一种基于服役年龄和负荷水平的变压器可靠性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于服役年龄和负荷水平的变压器可靠性分析方法，包括如下步骤：(1)确定变压器负荷等级；(2)确定变压器在初始状态下的负荷值；(3)获取变压器的热点温度；(4)根据变压器的热点温度获取变压器的绝缘寿命；(5)获取变压器的故障概率累计分布函数；(6)获取变压器在初始状态下的平均故障率指标以及故障状态下的平均故障率指标；(7)获取连锁故障启动概率指标Pic和连锁故障脆弱环节指示量Pvc；通过对Pic与Pvc率排序，识别出系统中处于临界状态的变压器；本发明专利技术提供的可靠性分析方法，结合变压器自身结构、功能、运行年龄以及区域电网中变压器之间的耦合关系对设备可靠性的影响，提高了连锁故障情景下变压器可靠性分析准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于输变电设备
，更具体地，涉及一种基于服役年龄和负荷水平 的变压器可靠性分析方法。
技术介绍
电力变压器作为电力系统的枢纽设备，其运行状态直接影响到电网的稳定性和可 靠性。长期以来，国内外对变压器可靠性状态的判断都是通过例行试验和诊断性试验，同时 结合定期检修来实现的，以相关标准和专家及运行经验为基准，对其进行静态评估。虽然定 期检修一般可以在维护过程中发现设备存在的缺陷，对电力变压器的安全经济运行起到了 重要的作用，但可能存在"维修过剩"和"维修不足"等情况，不仅会导致人力和物力的浪费， 而且增加了故障隐患，降低了供电可靠性。随着我国电力工程的逐步推进，电网容量日益增 大，变压器一旦发生故障将会对社会、经济产生严重的影响。因此，针对电力变压器进行可 靠性分析，确定网络中的薄弱环节，协助安排设备的检修计划，对降低维护成本、提高电力 系统的稳定性具有十分重要的意义。 变压器的可靠性分析是以设备的运行状态为基础，通过对系统工况及其他信息进 行记录、分类和整合，从负荷水平、诊断性试验结果、设备历史检修记录等数据中提取出状 态特征信息并进行客观分析，完成可靠性指标的计算，并对变压器进行可靠性评级，进而辅 助电网的调度决策及设备检修计划的安排。目前，我国关于变压器可靠性分析的研宄仍处于起步阶段，对于变电设备 的可靠性评估，主要是依据运行统计数据完成相关的可靠性指标计算；申请号为 CN201310303983. 1的专利技术专利公开的《基于风险评估的电力系统薄弱环节辨识方法》，提出 了基于风险指标和薄弱环节特征量的薄弱辨识指标，通过多次采样，统计发电机与输变电 设备故障特征，结合电力系统失效状态得到系统的故障风险，并计算元件的薄弱辨识指标， 最终通过对指标的排序，找出系统中输变电设备的薄弱环节；上述方法未结合系统中变压 器自身结构、功能、运行年龄以及故障模式等因素以及区域电网中变压器之间的耦合关系 对设备可靠性的影响。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于服役年龄和负荷水 平的变压器可靠性分析方法，其目的在于通过概率指标对变压器进行排序，以识别出系统 中处于临界状态的变压器，由此提高连锁故障情景下变压器可靠性分析准确度。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于服役年龄和负荷水平 的变压器可靠性分析方法，具体如下： (1)根据变压器负荷曲线划分变压器负荷等级； (2)针对各负荷等级里的变压器，进行潮流分析以获取第i台变压器在初始状态 下的负荷值；其中，i表示变压器编号，ie ;N为供电系统中变压器的总台数； 其中，初始状态是指供电系统里所有变压器正常工作的状况； ⑶获取变压器i在初始状态下与其负荷对应的热点温度0 iHST，并根据热点温度 与变压器绝缘寿命之间的关系，获取变压器i的量化寿命Li(0HST); (3)获取第i台变压器在初始状态下与其负荷对应的热点温度0iHST;并根据热点 温度与变压器绝缘寿命之间的关系，获取第i台变压器的量化寿命Q(0HST);并结合变压器量化寿命Q(0HST)，采用Weibull分布获取变压器的故障概率累计 分布函数P,.⑴=1-e( \ 其中，变压器量化寿命Li(0HST)为Weibull分布的尺度参数；0为Weibull分布 的形状参数，t指变压器的服役年龄； (4)采用处理后验条件概率的马尔科夫模型（Markovmodel)，基于变压器的服役 年龄，获取变压器基于其服役年龄的可靠性指标E 其中，Pj为第j个子区间中的故障概率， 其中，S是由变压器的服役年龄t划分而成的相等的子区间的个数，je; △t为所述子区间的时间步长，根据具体情况，At可以小时、分钟为单位； 由于设备处于正常运行状态是指设备在从投运到评估的时间段内无故障，为后验 条件概率事件，因此采用处理后验条件概率的马尔科夫模型（Markovmodel)分析变压器服 役年龄对变压器可靠性的影响；上述可靠性指标Df表征变压器发生故障的难易程度，其数 值越高表明设备越容易发生故障，可靠性越低； (5)令i=i+1，并重复步骤（2)~（4)，直到i=N，以获取供电系统中N台变压 器在初始状态下的可靠性指标； (6)根据变压器在初始状态下的可靠性指标，获取变压器的连锁故障启动概率指 标Pie(ProbabilityofInitiationofaCascadingFailure)，并根据连锁故障启动概率 指标Pi。识别出供电系统中最容易引发连锁故障的变压器； 连锁故障启动概率指标Pi。用于表征供电系统中某台变压器停运对系统中处于不 同服役年龄和负荷水平下的其他变压器所造成的影响的程度；其值越大，表明该变压器对 其他设备的干扰越严重，越易引发连锁故障。 优选地，上述变压器可靠性分析方法，还包括如下步骤： (7)获取在第n台变压器停运情况下其他各变压器的负荷值，并令n=n+1，重复 步骤（3)~（4)，直到n=N，以获取供电系统中N台变压器在第n台变压器停运情况下的 可靠性指标；其中，n表示变压器编号，ne; 由于第n台变压器因故障停运时供电系统中潮流将重新分布，因此需重新对供电 系统进行潮流计算，确定各变压器的负荷值； (8)根据所述变压器在某台变压器停运情况下的可靠性指标，获取变压器的连锁 故障脆弱环节指不量Pv。（ProbabilityofVulnerabilitytoConsequentFailure)，并根 据所述连锁故障脆弱环节指示量pv。识别出供电系统中最容易受扰动影响的变压器； 连锁故障脆弱环节指示量Pv。用于表征在一定的服役年龄和负荷水平下，供电系 统中某台变压器停运时，其他变压器发生连锁故障的概率；其值越大，表明该变压器越容易 受到其他变压器故障的影响，引发二次连锁故障。 优选的，步骤（6)所述的连锁故障启动概率指标Pi。具体如下： 其中，Dn，b是第n台变压器在初始状态下的可靠性；D是第i台变压器在初始状 态下的可靠性；Di，n是第i台变压器在第n台变压器停运时的可靠性。 优诜的，步骤（8)所沭的连锁故障脆弱环节指示量Pv。具体如下： 其中，Dn，i是第n台变压器在第i台变压器停运时的可靠性；Dn，b是第n台变压器 在初始状态下的可靠性，Du是第i台变压器在初始状态下的可靠性。 优选地，步骤（1)中划分变压器负荷等级的过程具体如下： (1. 1)根据变压器年负荷曲线上的变压器负荷情况，以星期为单位，将全年的变压 器负荷水平分为m个等级；其中，将负荷水平相差在±3%之内的星期划在同一个等级内； (1. 2)将同一个等级内的变压器的负荷水平取平均值，以所述平均值作为该等级 的负荷水平；m为正整数，且5彡m彡10。 优选的，步骤（3)中，根据初始状态下的负荷值，采用热点温度模型0HST = 0a+A0TQ+A0w，获取变压器在初始状态下的热点温度0HST; 其中，0a为环境温度，A0TOS顶层油温升，A0 w为热点温度相对与顶层油温 的差值；结合变压器故障停运时负荷突变的情况，根据负荷的步进式递增、递减规律，获取 A01〇和A0 w; 当负荷递增时： A0w=Hgrky 其中，(t) = 1-exp(_t/ (knXt。））， f2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于服役年龄和负荷水平的变压器可靠性分析方法，其特征在于，所述变压器可靠性分析方法具体包括如下步骤：(1)根据变压器负荷曲线划分变压器负荷等级；(2)针对各负荷等级的变压器，进行潮流分析以获取第i台变压器在初始状态下的负荷值；其中，i表示变压器编号，i∈[1,N]；N为供电系统中变压器的总台数；(3)获取第i台变压器在初始状态下与其负荷对应的热点温度ΘiHST；并根据热点温度与变压器绝缘寿命之间的关系，获取第i台变压器的量化寿命Li(ΘHST)；结合所述变压器量化寿命Li(ΘHST)，获取变压器的故障概率累计分布函数Pf：Pf(t)=1-e(-(tLi(ΘHST))β);]]>其中，变压器量化寿命Li(ΘHST)为函数Pf的尺度参数；β为函数Pf的形状参数，t指变压器的服役年龄；(4)基于变压器的服役年龄，获取变压器的可靠性指标Df，Df=1tΣj=1sPj×[t-(2j-1)·Δt2];]]>其中，s是由变压器的服役年龄t划分而成的相等的子区间的个数，j∈[1，s]；Δt为所述子区间的时间步长；Pj为第j个子区间中的故障概率，Pj=∫0jΔtPf(t)dt-∫0(j-1)ΔtPf(t)dt∫0∞Pf(t)dt;]]>(5)令i＝i+1，并重复步骤(2)～(4)，直到i＝N，以获取供电系统中N台变压器在初始状态下的可靠性指标；(6)根据变压器在初始状态下的可靠性指标，获取变压器的连锁故障启动概率指标Pic，并根据连锁故障启动概率指标Pic识别出供电系统中最容易引发连锁故障的变压器；所述Pic值越大的变压器可靠性越差，越易引发连锁故障。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李振柱，林湘宁，熊卫红，李正天，谢志成，苏舒，张宏志，刘溟，涂长庚，罗志宏，郑培文，朱黎明，
申请(专利权)人：华中电网有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42