一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，主要包括以下步骤：1)获取变压器数据。2)计算变压器老化指数。3)计算规划时段t内退役备用的变压器数量和所有变压器的就位时间。4)计算1个周期内变压器的总失效率。5)计算1个周期内变压器处于第m种失效状态的概率。6)计算规划时段t内变压器启用第y种备用方案的可靠性水平。7)计算规划时段t内最优备用方案的就位时间和失效备用的变压器数量。8)计算最优备用方案所需贮备的变压器数量。本发明专利技术能够充分利用变压器状态监测量的实测数据，准确评估变压器的实际状态。本发明专利技术所建立的模型考虑了各台变压器的实际状态和失效率，能够准确评估变压器组的可靠性。

A Transformer Standby Method Based on State Monitoring and Reliability Criterion

【技术实现步骤摘要】
一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法
本专利技术涉及变压器备用领域，具体是一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法。
技术介绍
变压器是保证电网正常运行的核心设备之一，承担着能量转换和传输功能，对电力系统的可靠运行具有重要作用，变压器的失效包括可修复失效和老化失效，当变压器发生可修复失效时，通常需要较长的修复时间才能够恢复供电，老化失效是不可修复失效，意味着变压器寿命的终止，当变压器突然发生老化失效时，如果通过购置新的变压器进行更换失效设备则需要更长的时间。因此，变压器发生失效时可能导致严重的停电事故，进而造成严重的经济损失。当变压器发生失效时，备用变压器的安装使用能够有效缩短故障时间，减少停电损失，但是备用变压器的采购、贮备和维护也需要大量的资本投入，如果备用变压器的数量过多，则会增加资本投入，造成不必要的资金浪费，如果备用变压器的数量过少，则会带来不必要的系统风险，难以满足系统运行的可靠性。因此，合理的变压器备用方法能够有效提高系统运行的可靠性和经济性。然而，现有的变压器备用方法缺点在于：1)依据历史故障的统计数据，认为变压器组中的各台变压器具有相同的失效率，忽略了各台变压器的使用时间、运行状况和运行环境的差异；2)备用方法能够确定备用变压器的数量，但并不能确定备用变压器的就位时间；3)只依据变压器的服役年龄评估变压器的老化失效率，并没有考虑各台变压器的实际状态，因而不能准确评估变压器的可靠性和系统的风险性。比如，现有方法提出，设定各台变压器的失效率均为0.015次/年，所确定的备用变压器数量是1台，没有确定备用变压器的就位时间，也有研究是依据变压器的服役年龄计算变压器的老化失效率，忽略了变压器的实际状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，主要包括以下步骤：1)获取变压器数据。所述变压器数据主要包括变压器状态监测量实测数据、变压器状态监测量加权系数、变压器老化失效参数、变压器平均修复时间和变压器平均失效频率。所述变压器老化失效参数主要包括变压器的服役年龄参数、老化失效率模型参数和退役年龄参数。2)计算变压器老化指数。计算变压器老化指数的主要步骤如下：2.1)记第i台变压器状态监测量实测数据集为X＝[xi1，xi2，…，xij，…，xif]。记第j种状态监测量加权系数集为W＝[w1，w2，…，wj，…，wf]。2.2)第i台变压器的老化指数Idpi如下所示：式中，xij和wj分别表示第i台变压器的第j个状态监测量的实测数据和加权系数。i＝1,2，…，n。n为变压器台数。j＝1,2,…,f。f为状态监测量个数。i、n、f和j均为自然数。2.3)根据公式1，n台变压器老化指数集合I＝[I1，I2，…，Idpi，….，In]。3)计算规划时段t内退役备用的变压器数量和所有变压器的就位时间，规划时段t的周期记为T。计算规划时段t内退役备用的变压器数量和就位时间的主要步骤如下：3.1)计算第i台变压器的绝缘年龄Lci，即：3.2)计算第i台变压器在规划时间段t内第k年的绝缘年龄Lfik，即：式中，i＝1,2,…,n。n为变压器的台数。k＝1,2,…,t。t为规划时间段。Ii为变压器服役年龄参数。3.3)计算第i台变压器在规划时间段t内第k个周期的老化失效率λaik，即：式中，Pj为规划时间段t的1个周期内的第j个子时间段的失效概率。其中，规划时间段t的1个周期内的第j个子时间段的失效概率Pj如下所示：式中，N为规划时间段t的1个周期内以Δx等分的子时间段数。α为变压器老化失效率模型的尺度参数。β为变压器老化失效率模型的形状参数。3.4)对比变压器的退役年龄参数Lmax和第i台变压器在规划时间段t内第k个周期的绝缘年龄Lfik。若Lfik>Lmax，则第i台变压器在第k个周期发生退役。4)计算1个周期内变压器的总失效率。计算1个周期内变压器对应的总失效率的主要步骤如下：4.1)计算变压器的可修复失效率λr，即：式中，Tr为变压器平均修复时间。fy为变压器平均失效频率。4.2)计算第i台变压器在规划时间段t内第k个周期对应的总失效率λik，即：λik＝λaik+λr-λaikλr(7)式中，λaik为第i台变压器在规划时间段t内第k个周期的老化失效率。5)计算1个周期内变压器处于第m种失效状态的概率。m＝1,2,3，…，Nm。Nm为失效状态总数。计算周期T内变压器处于第m种失效状态的概率的主要步骤如下：5.1)设定失效变压器的数量，记为nfailure。5.2)枚举出nfailure台失效变压器在发生失效时，所对应的失效状态和失效状态数量Nm。式中，和表示不同的失效状态。5.3)计算变压器在规划时间段t的第k个周期内处于第m种失效状态时对应的概率Pmk，即：式中，nm为第m种失效状态所对应的失效变压器数量。nm＝0,1,…,nfailure。m＝1,2,…,Nm。Nm为失效状态数。λbk和λdk分别为第b台变压器和第d台变压器在第k个周期所对应的总失效率。b＝1,2,…,nm。d＝1,2,…,n-nm。5.4)计算第s个失效状态在规划时间段t内第k个周期发生失效时对应的概率Psk，即：式中，ns为具有失效变压器数量为x的失效状态数。x＝0,1,…,nfailure。6)计算规划时段t内变压器启用第y种备用方案的可靠性水平，y＝1,2,3，…，Ny。Ny为备用方案总数。计算时段t内变压器启用备用方案的可靠性水平的主要步骤如下：6.1)设定失效备用的变压器数量，记为nspare。nspare<nfailure。6.2)统计变压器组中依次启用0至nspare台失效备用变压器时所具有的备用方案数Ny，即：Ny＝nspare+1(11)6.3)计算出变压器组启用各个备用方案在所述规划时间段t内每年分别对应的可靠性水平Pyk，即：式中，y＝1,2,…,Ny。Ny表示备用方案数。7)选取最优备用方案，即选择可靠性水平最高的备用方案，并计算规划时段t内最优备用方案的就位时间和失效备用的变压器数量。计算规划时段t内备用方案的就位时间和失效备用的变压器数量的主要步骤如下：7.1)获取系统可接受的停电持续小时数AT，并根据所述变压器的台数n，计算出变压器组设定的可靠性水平Re，即：7.2)在规划时间段t内，将第k个周期变压器组的第y个备用方案所对应的可靠性水平Pyk和变压器组设定的可靠性水平Re进行对比，筛选出Pyk＞Re所对应的备用方案。7.3)根据所筛选出的备用方案，在规划时间段t内，统计各个备用方案所对应的失效备用的变压器数量和就位时间。8)计算最优备用方案所需贮备的变压器数量。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的。本专利技术提供了一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用分析方法，通过利用各台变压器的状态监测信息，准确评估各台变压器的实际状态，从而为变压器组制定合理的备用策略，确保电力系统运行的可靠性，避免不必要的资金浪费。本专利技术能够充分利用变压器状态监测量的实测数据，准确评估变压器的实际状态。本专利技术所建立的模型考虑了各台变压器的实际状态和失效率，能够准确评估变压器组的可靠性。本专利技术所提出的方法不仅可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述变压器数据；2)计算变压器老化指数。3)计算规划时段t内退役备用的变压器数量和所有变压器的就位时间；规划时段t的周期记为T；4)计算1个周期内变压器的总失效率；5)计算1个周期内变压器处于第m种失效状态的概率；m＝1,2,3，…，Nm；Nm为失效状态总数；6)计算规划时段t内变压器启用第y种备用方案的可靠性水平；y＝1,2,3，…，Ny；Ny为备用方案总数；7)选择最优备用方案，即选择可靠性水平最高的备用方案，并计算规划时段t内最优备用方案的就位时间和失效备用的变压器数量；8)计算最优备用方案所需贮备的变压器数量。

【技术特征摘要】
1.一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述变压器数据；2)计算变压器老化指数。3)计算规划时段t内退役备用的变压器数量和所有变压器的就位时间；规划时段t的周期记为T；4)计算1个周期内变压器的总失效率；5)计算1个周期内变压器处于第m种失效状态的概率；m＝1,2,3，…，Nm；Nm为失效状态总数；6)计算规划时段t内变压器启用第y种备用方案的可靠性水平；y＝1,2,3，…，Ny；Ny为备用方案总数；7)选择最优备用方案，即选择可靠性水平最高的备用方案，并计算规划时段t内最优备用方案的就位时间和失效备用的变压器数量；8)计算最优备用方案所需贮备的变压器数量。2.根据权利要求1所述的一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，其特征在于：所述变压器数据主要包括变压器状态监测量实测数据、变压器状态监测量加权系数、变压器老化失效参数、变压器平均修复时间和变压器平均失效频率；所述变压器老化失效参数主要包括变压器的服役年龄参数Ii、老化失效率模型参数和退役年龄参数。3.根据权利要求1或2所述的一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，其特征在于，计算变压器老化指数的主要步骤如下：1)记第i台变压器状态监测量实测数据集为X＝[xi1，xi2，…，xij，…，xif]；记第j种状态监测量加权系数集为W＝[w1，w2，…，wj，…，wf]；2)第i台变压器的老化指数Idpi如下所示：式中，xij和wj分别表示第i台变压器的第j个状态监测量的实测数据和加权系数；i＝1,2，…，n；n为变压器台数；j＝1,2,…,f；f为状态监测量个数；i、n、f和j均为自然数；3)根据公式1，n台变压器老化指数集合I＝[I1，I2，…，Idpi，….，In]。4.根据权利要求1所述的一种基于状态监测和可靠性准则的变压器备用方法，其特征在于，计算规划时段t内退役备用的变压器数量和就位时间的主要步骤如下：1)计算第i台变压器的绝缘年龄Lci，即：2)计算第i台变压器在规划时间段t内第k年的绝缘年龄Lfik，即：式中，i＝1,2,…,n；n为变压器的台数；k＝1,2,…,t；t为规划时间段；Ii为变压器服役年龄参数；3)计算第i台变压器在规划时间段t内第k个周期的老化失效率λaik，即：式中，Ph为规划时间段t的1个周期内的第h个子时间段的失效概率；N为子时间段总数；Δx表示任意子时间段；其中，规划时间段t的1个周期内的第h个子时间段的失效概率Ph如下所示：式中，N为规划时间段t的1个周期内以Δx等分的子时间段数；α为变压器老化失效率模型的尺度参数；β为变压器老化失效率模型的形状参数；4)对比变压器的退役年龄参数Lmax和第i台变压器在规划时间段t内第k个...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洲洋，姜云鹏，李辉，项波，胡伟楠，张聪誉，王波，范克军，胡敬喜，罗张尧，熊维兵，张勇，钟国龙，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网重庆市电力公司万州供电分公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：北京,11