基于多特征量的配電變壓器運行可靠性評估

陸志欣，梁自維，黃勝

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，佛山 528000）

引言

配電變壓器是配電網末端重要的電能轉化設備，其在配電網中分布廣泛、數量龐大，配電變壓器的運行可靠性高低事關重大，保障配電變壓器的可靠運行對配電網具有重要的意義[1-3]。傳統的配電變壓器維護采取定期巡檢的方式，而隨著電力系統規模的不斷擴大，配電網原有的人力資源逐漸難以保證配電變壓器的精細巡檢。在這種情況下，如何依靠不斷完善的配電變壓器監測數據，實現對配電變壓器運行可靠性評估，是當前配電網生產工作的重要難題之一[4-6]。

針對配電變壓器的運行可靠性評估，許多專家學者開展了研究并取得了一定的研究成果。文獻[7-9]對配電變壓器各組成元件進行劃分，針對各個元件提出了評估指標，進而進行配電變壓器的狀態評估，但主要以電氣監測量為數據支撐。文獻[10]利用大數據技術，結合信息熵理論，進行配電變壓器的狀態評估，但未計及配電變壓器的運行指標。文獻[11]建立了基于信息遷移的配變故障診斷模型，主要關注配電變壓器的故障數據缺失和過期的處理。文獻[12-13]研究了短路強度、絕緣老化、電氣特性等基于電氣量指標的配電變壓器的狀態評估方法。

以上研究都有著重的特性和優點，但大多從配電變壓器運行電氣量或者設備部件的監測量出發，進行狀態評估，較少地考慮環境量的因素。因此，本文提出一種多特征量的配電變壓器運行可靠性評估方法，充分考慮配電變壓器運行的電氣特點和環境因素，對在線監測數據建立評估指標體系，采用數學評估方法結合多維數據的指標進行配變運行可靠性評估。

1 配電變壓器運行可靠性評估體系

配電變壓器的可靠運行通常由電氣量、環境量、狀態量三大特征量來統籌概括，當電氣量穩定、環境量適宜、狀態量正常時，便可確定該配電變壓器的運行可靠。為直觀評估配變的運行可靠性能，本文通過將上述三大特征量所包含的各項指標數值化，建立一套完整的運行可靠性評估體系，具體如圖1 所示。

圖1 評價指標體系

1.1 電氣量指標

電氣量作為配變運行的關鍵特征量，所包含的可靠性指標能直接反映配變運行好壞情況，具體獲取如圖2所示。式中：

圖2 電氣量可靠性指標體系

SN—配變額定容量；

1.2 環境量指標

環境量作為配變運行狀態的重要特征量，所包含的評估指標能反映配變的管理狀態，可靠性指標獲取如圖3 所示。

圖3 環境量可靠性指標體系

1.3 狀態量指標

狀態量作為配變運行的實時特征量，所包含的可靠性指標反映配變的實時狀態，指標的獲取如圖4 所示。

圖4 狀態量可靠性指標體系

2 三量融合的可靠性評估方法

2.1 指標權重計算

綜合指標層所得的各項可靠性指標得分，根據各層指標權重因子層層計算可得出目標層總得分，以此量化評估配變的可靠性高低。

本文運用層次分析法和熵權法分別得到主觀權重ωz,i和客觀權重ωk,i，引入偏好系數α將主客觀權重相結合，得到組合權重iλ。

為了確保組合權重與兩個單一權重之間的偏差最小，取α=0.5，表示主觀權重和客觀權重各占比50 %。

2.2 指標評分原則

利用模糊隸屬度評價函數可以完成指標層單項指標值到指標層單項指標評價得分的映射。本文對電氣量、狀態量、環境量所建立的指標層單項指標依據指標值與配變運行可靠性高低的關系，將指標層單項指標分為階躍型、效益性、成本型和區間型四種類型，如圖5 所示，其中di是指標層單項指標的計算值，si是單項指標的評分值，范圍為[0，100]，橫坐標為單項指標值，縱坐標為單項指標評價得分。

圖5 指標類型劃分

每個準則層指標的單項指標的類型如表1 所示。

表1 指標層單項指標的指標類型

2.3 評價流程

整體的配變運行可靠性評估流程如圖6 所示。

圖6 評價流程圖

具體步驟如下：

1）選擇評價空間和時間范圍；

2）根據所選的空間和時間，獲取所選范圍的全部底層基礎數據；

3）計算步驟②中的基礎數據，計算單項指標值；

4）逐層計算運行狀態評價結果：計算過程中，從底層單項指標開始，逐層向上計算。

5）計算配變運行可靠性的最終總得分，并依據得分發現配變的運行薄弱環節。

3 應用算例

以某一實際配電變壓器數據為例，應用多特征量的計算得分來評估配變運行可靠性。具體情況如表2 所示。

表2 指標數據及評估結果

由表2 可知該配變準則層指標中評分較低的指標為狀態量，狀態量中的油絕緣性能和油頂溫度指標均較低，尤其是油絕緣性能得分僅有20，這是因為該配變存在油絕緣性能劣化問題，同時，油頂溫度較高，需要進一步加強配變管理工作，從而保證用戶的安全可靠供電。

為直觀觀察配電變壓器的電氣量、狀態量和環境量的得分分布，繪制3 邊雷達圖如圖7 所示。

由圖7，該配變可靠性評估得分較低主要由電氣量和狀態量評分較低引起，應重點關注這兩類指標，提前運維避免故障停電。

4 結語

本文針對配變運行可靠性評估，提出了一套配變運行可靠性綜合評估指標體系和評估方法，通過實際算例分析證明了本文指標體系及方法的可行性。所提出的指標體系涵蓋配變運行幾個重要方面，能夠全面反映某配變在一段時問內的運行狀態好壞，有利于實現配電網變壓器可靠監測和主動運維，對配電網變壓器設備運行可靠性的提升具有重要價值。