基于运行状态的电力变压器瞬时强迫停运率的确定方法研究

毛振军 王宇 齐致

【摘 要】传统的反映变压器运行安全可靠性的强迫停运率指标是基于变压器历史运行数据的统计值，反映的是变压器的总体安全特性。事实上，变压器在不同时刻、不同运行状态下停运的可能性不同，恒定的统计值无法精确表达变压器当前运行状态的优劣也就无法应用于具有短期性、实时性的电力系统运行风险评估中。因此，变压器瞬时强迫停运率的确定对掌握电网的实时运行状态有重要意义。本文在分析电力变压器状态量的基础上，指出了采用n维曲面拟合方法确定变压器瞬时强迫停运率的新思路。在三维曲面拟合的基础上，推导了n维曲面拟合的方法，給出了利用n维曲面拟合方法确定电力变压器瞬时强迫停运率的步骤，并对相关问题作了深入的分析。

【关键词】变压器；瞬时强迫停运率；n维曲面拟合；安全运行

电力变压器在电力系统中的地位举足轻重，是电力系统中最重要、最关键的电气设备之一，其运行安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。变压器的瞬时强迫停运率的确定可以提高电力系统风险评估的水平，从而更准确的掌握电网的实时运行状态，为运行人员的正确决策提供客观依据。

然而，传统的反映变压器运行安全可靠性的强迫停运率指标是基于变压器历史运行数据的统计值，反映的是变压器的总体安全特性。事实上，变压器在不同时刻、不同运行状态下（如不同负荷水平，运行温度，局部放电，泄漏电流等）停运的可能性不同，恒定的统计值无法精确表达变压器当前运行状态的优劣（瞬时停运可能性的大小），也就无法应用于具有短期性、实时性的电力系统运行风险评估中。因此，变压器瞬时强迫停运率的确定对掌握电网的实时运行状态有重要意义。

本文首次提出了一种对变压器瞬时强迫停运率进行量化评估的方法。该方法基于变压器的历史运行数据和当前变压器所处的运行状态，采用N维曲面拟合的数值方法对变压器的可靠性参数——瞬时强迫停运率进行量化分析和处理，并最终得到变压器的瞬时强迫停运率数值。基于该方法还可以确定发电机、架空线路、电缆等其他电气设备的瞬时强迫停运率，这为电力系统风险评估的在线应用奠定了基础。

一、变压器状态量分析

通常情况下，设备由正常状态演变至异常状态或故障状态的过程是一个积累的过程，设备的性能有一个由轻到重的劣化过程，这种处于正常状态和异常状态之间的中间状态称为“劣化状态”。设备的劣化状态可用相对劣化度来衡量，定义为设备工作状态偏离正常状态，向故障状态发展，用L表示。假设设备有一系列状态参数X1，X2，……，Xn，第i个参数的相对劣化度为li，表示该参数偏离正常状态的程度。相对劣化度可用下式计算：

式中，li为状态参数的相对劣化度；A为该参数的允许值（良好值）；B为该参数极限值；C为该参数点检实测值；k为指数，一般情况下可取0.5～1。引进指数k主要考虑设备相对劣化度与状态参数可能不满足线形关系，k取值越小，表示参数实测值接近极限值时，劣化度变化越陡，因此通过状态参数的相对劣化度可以反映出设备状态的发展变化趋势。

二、n维曲面拟合的数学方法

（一）三维曲面拟合方法

设在三维直角坐标系Oxyu中给定（m+1）×（n+1）个点（即三维坐标）

成立，则称相应的曲面p*（x，y）为在曲面族（3）中按最小二乘原则确定的对于数据（2）的拟合曲面。

（二）N+1维曲面拟合方法

三、确定变压器瞬时强迫停运率的方法

由第2节可知，表征电力变压器瞬时强迫停运率的状态量分别为：

确定变压器瞬时强迫停运率的步骤如下：

1.据同类型变压器的历史运行数据（强迫停运资料），提取出同类型变压器的强迫停运样本（设样本数为N），记第i台次强迫停运事件Qi（x1，x2，…，xn，T）。xi为状态量Xi对应的相对劣化度，其值由式（1）确定；n为状态量个数。T为停运时间（单位，小时）。

3.按（8）式计算第Si状态等级的强迫停运率。

4.利用3.2中n+1维曲面拟合方法，对M个点（Ri1，Ri2，…，Rin，FORSi）进行曲面拟合。

5.得曲面拟合结果，即函数FOR=f（x1，x2，…，xn）后，变压器任意状态的瞬时强迫停运率FOR可得。

需要注意的是，1）由于历史运行数据的不完整性，本方法中状态量的选择应根据实际情况确定，尽量选择隶属数据记录完整的作为确定变压器强迫停运率的状态量；2）状态等级的多少，即M值得大小，直接影响结果的精确度：M值大，曲面拟合时取值点多，结果就更精确；但M值过大时，各状态等级之间的差异就越不明显，结果反而会远离真实值；当M值过小时，结果也会远离真实值，如取极限1时，结果就是传统的统计值——恒定单一强迫停运率值。

结 论

本文分析了电力系统表征设备强迫停运率的传统方法——恒定单一强迫停运率的缺点和不足，首次提出确定运行中电气设备某特定时刻瞬时强迫停运率的必要性。同时，在分析电力变压器状态量的基础上，指出了采用n维曲面拟合方法确定变压器瞬时强迫停运率的新思路。本文在三维曲面拟合的基础上，推导了n维曲面拟合的方法，给出了利用n维曲面拟合方法确定电力变压器瞬时强迫停运率的步骤，并对相关问题作了深入的分析。

参考文献：

[1]赵儆，电力市场中的可靠性理论研究[D].北京，清华大学博士论文，2005.

[2]王谦.基于模糊理论的电力变压器运行状态综合评估方法研究[D].重庆，重庆大学硕士论文，2005.

[3]李录平等.大型汽轮机组状态综合评价的理论与系统研究[J].热能动力工程，2002.

[4]Mori H.，Kanaoka D.Application of preconditioned RBFN to temperature forecasting for short-term load forecasting[C]. Proceedings of IEEE Region 10 Conference （TENCON06）， Hong Kong，China，2006.

[5]严华，吴捷，马志强，等.模糊集理论在电力系统短期负荷预测中的应用[J].电力系统自动化，2000.