一种基于故障树和层次分析法的电力变压器状态评估方法

本发明属于输变电设备技术领域，具体涉及一种基于故障树法和层次分析法的电力变压 器状态综合评估方法。

变压器是电力系统中最为关键的设备之一，提高变压器的运行可靠性，无论对于整个电 网的安全可靠运行，还是降低电网运行成本都具有十分重要的意义。确定变压器状态是施行 状态检修的核心与基础,长期以来，我国主要依据《电力变压器检修导则》以及《电气设备 预防试验规程》对电力变压器进行周期检修，虽然能够提供变压器预防性试验数据的注意值， 但不能直接反应变压器的状态。常规的事后维修和周期维修的监测方法与现代化状态维护发 展趋势不相适应，为了保证电力系统供电可靠性，对变压器状态综合评估，进而合理安排检 修维护工作，减少周期性检修策略所造成的设备和自愿浪费已经成为一种必然的趋势。因此， 本发明提出基于故障树法和层次分析法的电力变压器状态综合评估方法。

本发明提供了一种基于故障树法和层次分析法的电力变压器状态综合评估方法，向人员 提供可靠的信息，使其更全面的了解变压器状况，全面正确的变压器评估整体水平，切实反 映电网中变压器的状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先基于故障树法（FTA）分析导致电力 变压器故障的因素，并建立评估电力变压器状态的指标体系，建立能够全面正确的评估变压 器整体水平，切实反映电网状态的指标。随后应用3标度的层次分析法分析各指标间的权重 关系，建立变压器状态的评估模型。再通过各指标间的层次关系得出变压器的综合状态水平， 进而将变压器状态分为五个等级，使工作人员清晰的了解该电力变压器所处的水平，合理安 排检修工作。具体包含以下步骤：

第一步分析故障因素，建立电力变压器状态综合评估指标体系。

本发明应用故障树法出导致变压器故障发生的所有可能的故障模式。设顶事件为变压 器状态；导致变压器失效的主要部件称为故障树法的中间事件，本文所采用的中间事件为： 本体和附体；然后对中间事件进行分析出故障的基本原因，即故障树的底事件。

分析了导致变压器故障的各种因素后，应尽量选取易于测量，并能较好反映变压器状态 的指标，建立电力变压器状态综合评估指标体系。本发明以运行监测状况、预防性试验、历 史状况作为一级指标，多角度、多层次地对电力变压器的状态进行状态综合评估，同时各个 评价指标包含有若干个子指标。

本发明中建立的变压器状态评估指标体系的一级指标有运行监测状况、预防性试验、历 史状况。

其中运行监测状况的二级指标有油中溶解气体、运行工况和运行环境。

油中溶解气体的三级指标有氢气含量、乙炔含量、总烃绝对产气率、总烃相对产气率、 CO绝对产气率；

运行工况的三级指标有负载情况、运行温度、密封和渗漏、运行中异常；

运行环境的三级指标有环境温度、湿度、污秽程度。

其中预防性试验的二级指标有电气试验参量和绝缘油试验参量。

电气试验参量的三级指标有：绕组电阻相间差、绕组介损、极化指数、绕组泄漏电流、 铁芯接地电流；

绝缘油试验参量的三级指标有油中含水量、油介损、油中糠醛含量。

其中历史状况的二级指标有运行年限、运行及检修历史。

第二步利用3标度层次分析法建立变压器状态综合评估模型

（1）构建判断矩阵

首先，用3标度层次分析法判断各因素的相对重要程度：

然后，构造一致判断矩阵C

$c_{\mathrm{ij}}=c_k^{(r_i-r_j)/R}$

层次分析法主要是通过定量对同一层的元素进行排序，为了突出不同因素的差距，取重 要程度系统Ck为9，则极差法的公式表为：

$c_{\mathrm{ij}}=9^{(r_i-r_j)/R}$

其中R＝rmax-rmin

（2）排序计算各指标权重

在构造了一致判断矩阵的基础上，计算出与一致判断矩阵相对应的最大特征值及相应的 特征向量，经归一化处理后，特征向量即为相应影响因素的权重。按指标间的层次关系，层 层推进，依次得到各指标的权重，最后可以得到一级指标对应的权重。

（3）变压器综合指标计算

根据第（2）步中得到的各个层次指标间的权重关系，以及各个基础指标的数据和相应的 评分，通过一系列指标的加权求和过程得出电力变压器综合指标得分。

$R=\underset{k=1}{\overset{N_1}{\Sigma }}{S}_{k,1}{w}_{k,1}=S_{k,1}^T*w_{X_0}$

$S_{m,i}=\underset{k=1}{\overset{N_{i+1}}{\Sigma }}\left(S_{k,i+1}{w}_{k,i+1}\right)$

$\underset{k=1}{\overset{N_{i+1}}{\Sigma }}{w}_{k,i+1}=1$

式中：R为电力变压器综合指标得分；N1和Ni+1分别表示第1级和第i+1级指标的个 数；Sm,i表示i级中第m个指标得分；wk,i+1表示i+1级中第k个指标的权重值。

（4）变压器状态等级划分

要对变压器整体进行合理的评估，将电力变压器的健康等级合理地分级也是一项很重要 的工作，本发明采用将变压器状态分为优秀、良好、一般、恶化、严重五个等级。本文计算 出变压器状态的综合得分，然后根据变压器状态评级标准，最终确定变压器所处的水平。

表1变压器状态评价标准

本发明的有益效果是：利用故障树法和层次分析法确定了一种对电力变压器状态进行综 合评估的方法，建立变压器状态的评估模型，得出变压器的综合状态水平，进而将变压器状 态分为五个等级，使工作人员清晰的了解该电力变压器所处的水平，合理安排检修工作。

图1为一种基于故障树法和层次分析法的电力变压器状态评估系统构示意图；

图2为变压器故障树图；

图3为电力变压器状态综合评估指标体系。

根据江西省南昌市电力公司的一台220kV主变进行的一次预防性试验数据和绝缘油特性 技术资料对该变压器进行状态评估。该变压器的实验数据如表2所示。另外通过人员描述可 以确定环境温度24-27℃，湿度30-35%，变压器声音均匀，负载最大时未超过额定容量的 65%，且由历史记录信息知该变压器从2005年10月投入使用，进行过1次大修。

表2变压器试验数据

本文根据《电力设备预防性试验规程》对各指标量值的规定，对变压器各项指标进行打 分，由下式可得二级指标的得分计算为：

$S_{\mathrm{1,2}}=\underset{k=1}{\overset{5}{\Sigma }}\left(S_{k,3}{w}_{k,3}\right)=0.4516*S_{\mathrm{1,3}}+0.0502*S_{\mathrm{2,3}}+0.2607*S_{\mathrm{3,3}}+0.1505*S_{\mathrm{4,3}}+0.0869*S_{\mathrm{5,3}}$

$S_{\mathrm{2,2}}=\underset{k=1}{\overset{3}{\Sigma }}\left(S_{k,3}{w}_{k,3}\right)=0.6923*S_{\mathrm{6,3}}+0.0769*S_{\mathrm{7,3}}+0.2308*S_{\mathrm{8,3}}$

同理求出S3,2,S4,2,S5,2,S6,2,S7,2

变压器状态综合评估一级指标得分计算为：

$S_{\mathrm{1,1}}=\underset{k=1}{\overset{3}{\Sigma }}\left(S_{k,2}{w}_{k,2}\right)=0.2308*S_{\mathrm{1,2}}+0.6923*S_{\mathrm{2,2}}+0.0769*S_{\mathrm{3,2}}$

同理求出S2,1，S3,1。可得该变压器状态得分:R＝78.9624分，根据表1，判断变压器处于 良好状态，可延后检修。