基于多特征量的配电变压器运行可靠性评估

陆志欣，梁自维，黄胜

（广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山 528000）

引言

配电变压器是配电网末端重要的电能转化设备，其在配电网中分布广泛、数量庞大，配电变压器的运行可靠性高低事关重大，保障配电变压器的可靠运行对配电网具有重要的意义[1-3]。传统的配电变压器维护采取定期巡检的方式，而随着电力系统规模的不断扩大，配电网原有的人力资源逐渐难以保证配电变压器的精细巡检。在这种情况下，如何依靠不断完善的配电变压器监测数据，实现对配电变压器运行可靠性评估，是当前配电网生产工作的重要难题之一[4-6]。

针对配电变压器的运行可靠性评估，许多专家学者开展了研究并取得了一定的研究成果。文献[7-9]对配电变压器各组成元件进行划分，针对各个元件提出了评估指标，进而进行配电变压器的状态评估，但主要以电气监测量为数据支撑。文献[10]利用大数据技术，结合信息熵理论，进行配电变压器的状态评估，但未计及配电变压器的运行指标。文献[11]建立了基于信息迁移的配变故障诊断模型，主要关注配电变压器的故障数据缺失和过期的处理。文献[12-13]研究了短路强度、绝缘老化、电气特性等基于电气量指标的配电变压器的状态评估方法。

以上研究都有着重的特性和优点，但大多从配电变压器运行电气量或者设备部件的监测量出发，进行状态评估，较少地考虑环境量的因素。因此，本文提出一种多特征量的配电变压器运行可靠性评估方法，充分考虑配电变压器运行的电气特点和环境因素，对在线监测数据建立评估指标体系，采用数学评估方法结合多维数据的指标进行配变运行可靠性评估。

1 配电变压器运行可靠性评估体系

配电变压器的可靠运行通常由电气量、环境量、状态量三大特征量来统筹概括，当电气量稳定、环境量适宜、状态量正常时，便可确定该配电变压器的运行可靠。为直观评估配变的运行可靠性能，本文通过将上述三大特征量所包含的各项指标数值化，建立一套完整的运行可靠性评估体系，具体如图1 所示。

图1 评价指标体系

1.1 电气量指标

电气量作为配变运行的关键特征量，所包含的可靠性指标能直接反映配变运行好坏情况，具体获取如图2所示。式中：

图2 电气量可靠性指标体系

SN—配变额定容量；

1.2 环境量指标

环境量作为配变运行状态的重要特征量，所包含的评估指标能反映配变的管理状态，可靠性指标获取如图3 所示。

图3 环境量可靠性指标体系

1.3 状态量指标

状态量作为配变运行的实时特征量，所包含的可靠性指标反映配变的实时状态，指标的获取如图4 所示。

图4 状态量可靠性指标体系

2 三量融合的可靠性评估方法

2.1 指标权重计算

综合指标层所得的各项可靠性指标得分，根据各层指标权重因子层层计算可得出目标层总得分，以此量化评估配变的可靠性高低。

本文运用层次分析法和熵权法分别得到主观权重ωz,i和客观权重ωk,i，引入偏好系数α将主客观权重相结合，得到组合权重iλ。

为了确保组合权重与两个单一权重之间的偏差最小，取α=0.5，表示主观权重和客观权重各占比50 %。

2.2 指标评分原则

利用模糊隶属度评价函数可以完成指标层单项指标值到指标层单项指标评价得分的映射。本文对电气量、状态量、环境量所建立的指标层单项指标依据指标值与配变运行可靠性高低的关系，将指标层单项指标分为阶跃型、效益性、成本型和区间型四种类型，如图5 所示，其中di是指标层单项指标的计算值，si是单项指标的评分值，范围为[0，100]，横坐标为单项指标值，纵坐标为单项指标评价得分。

图5 指标类型划分

每个准则层指标的单项指标的类型如表1 所示。

表1 指标层单项指标的指标类型

2.3 评价流程

整体的配变运行可靠性评估流程如图6 所示。

图6 评价流程图

具体步骤如下：

1）选择评价空间和时间范围；

2）根据所选的空间和时间，获取所选范围的全部底层基础数据；

3）计算步骤②中的基础数据，计算单项指标值；

4）逐层计算运行状态评价结果：计算过程中，从底层单项指标开始，逐层向上计算。

5）计算配变运行可靠性的最终总得分，并依据得分发现配变的运行薄弱环节。

3 应用算例

以某一实际配电变压器数据为例，应用多特征量的计算得分来评估配变运行可靠性。具体情况如表2 所示。

表2 指标数据及评估结果

由表2 可知该配变准则层指标中评分较低的指标为状态量，状态量中的油绝缘性能和油顶温度指标均较低，尤其是油绝缘性能得分仅有20，这是因为该配变存在油绝缘性能劣化问题，同时，油顶温度较高，需要进一步加强配变管理工作，从而保证用户的安全可靠供电。

为直观观察配电变压器的电气量、状态量和环境量的得分分布，绘制3 边雷达图如图7 所示。

由图7，该配变可靠性评估得分较低主要由电气量和状态量评分较低引起，应重点关注这两类指标，提前运维避免故障停电。

4 结语

本文针对配变运行可靠性评估，提出了一套配变运行可靠性综合评估指标体系和评估方法，通过实际算例分析证明了本文指标体系及方法的可行性。所提出的指标体系涵盖配变运行几个重要方面，能够全面反映某配变在一段时问内的运行状态好坏，有利于实现配电网变压器可靠监测和主动运维，对配电网变压器设备运行可靠性的提升具有重要价值。