一种优化可靠性与经济性的变压器检修决策方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种综合考虑可靠性与经济性的电力设备检修优化领域，具体指一种 优化可靠性与经济性的变压器检修决策方法，属于电力系统可靠性检修技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电网规模的逐步扩大，变压器故障引起的事故范围及损失也将增大，为了实 现电力系统可靠稳定地供电，对变压器运行的可靠性要求将越来越严苛。如何合理安排变 压器的检修，直接影响到电力系统的安全可靠运行。
[0003] 变压器在长期运行中受损耗、自身老化和隐藏故障等因素的影响，可靠性水平随 着时间的增长逐渐下降，为了规避因变压器故障概率的攀升导致电网停电风险的增加，需 要定期开展检修工作。
[0004] 随着传感技术、数字信号处理等技术在状态监测及故障诊断中的应用，使得状态 检修迅猛发展，成为电力系统的一个重要研究领域。但是在线监测装置的工作环境十分恶 劣，测量信号的精度和数据的稳定性会受到影响，监测数据波动较大，各种在线监测数据与 离线试验数据的变化规律和波动范围存在较大差异。另外，完全实施状态检修的代价高昂 且某些关键技术尚未突破，因此在较长的一段时间内，还必须实施计划检修。目前变压器计 划检修通常按照电力设备检修规程进行实施，南方电网有限责任公司电力设备检修规程将 计划检修划分为A类检修、B类检修、C类检修S个检修等级，各类计划检修周期较为固定， 相同类型和容量的设备在各类计划检修下对应的周期都相同，没有考虑设备自身可靠性随 运行年限的变化，且针对计划检修进行的研究大多在设备故障率为恒定值的假设下进行检 修时段的优化安排。因此，从可靠性和经济性综合考虑变压器预防性检修策略，在满足一定 可靠性的基础上，研究使变压器检修成本达到最低的计划检修方法具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有预防性检修策略存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种优化可靠 性与经济性的变压器检修决策方法。本方法能够合理有效地制定变压器预防性检修策略， 避免造成变压器过度检修或检修不足，在满足一定可靠性的基础上使检修成本最小。
[0006] 本发明采用下述技术方案；
[0007] 一种优化可靠性与经济性的变压器检修决策方法，步骤如下，
[000引 1)基于变压器各基本部件的故障率函数和可靠度函数建立变压器故障率函数及 可靠度函数；
[0009] 变压器的基本部件为绕组、铁巧、引线、套管、分接开关、油、冷却系统和油箱；假 设变压器各基本部件之间为串联关系，则变压器故障率函数等于其基本部件故障率函数之 和，变压器可靠度函数为其基本部件可靠度函数之积；
[0010] 各基本部件的故障率函数A (t)和可靠度函数R(t)基于威布尔分布获得，公式如 下：
[0013] 式中，e为威布尔分布的形状参数，e<1表示故障率下降，即早期失效期，e=1 表示常数故障率，即偶然失效期，0〉1表示故障率上升，即老化失效期；n为威布尔分布的 尺度参数；
[0014] 2)计算变压器最大检修期限
[0015] 当变压器从某一时刻t。起到发生故障为止能够正常工作的剩余时间是一个随机 变量，其期望值记为MTTF(t。)，MTTF(t。）即为最大检修期限；
[0016]
[0017]式中，f(t It。）表示设备及部件正常工作到t。时，在t时刻发生故障的条件概率； [001 引
[0019] 3)确定该最大检修期限内的检修周期T
[0020]假设在最大检修期限内，定期对变压器开展预防性检修，检修周期为T，检修次数 N = MTTF(ta)/T，检修费用为
[0021]
[00巧式中，Cp为预防性检修费用，Cf为故障检修费用，C wees为电价，邸NSp为目标变压 器预防性检修退出后系统负荷削减的期望值，邸NSf为目标变压器故障退出后系统负荷削 减的期望值，表示第i次预防性检修内故障期望发生次数；tp为变压器预防性 检修时间，tf为变压器故障检修时间；
[0023] 因此，变压器预防性检修优化模型为
[0024]
[0025] 对上述变压器预防性检修优化模型求解即可得检修周期T ;
[0026] 4)根据确定的检修周期即可对变压器进行预防性检修。
[0027]其中，变压器预防性检修优化模型通过遗传算法进行求解，遗传算法中的交叉算 子和变异算子均采用自适应交叉率和变异率，W实现全局收敛，得到检修优化最优解；
[002引交叉率由下式确定：
[0029] 式中，P,。为初始交叉概率；P 为允许的最小交叉概率；gen为遗传到当前的进化 次数;maxgen为最大进化数；
[0030] 变异率由下式确定：
[0031]
[0032] 式中，Pm。为初始变异率；为允许的最小变异率；F为个体适应值；Fm"为当前群 体的最大适应度；Fwg为当前群体平均适应度；
[0033] 则具体的求解步骤为：
[0034] ①根据优化变量约束条件，采用实数编码随机生成一个大小为NIND的种群，种群 中每一个个体为变压器预防性检修周期T编码串连而成；
[0035] ②令遗传个体k = 1 ;
[0036] ⑨从种群中取第k个个体，即为一个变压器预防性检修周期T，计算该预防性检 修周期T下变压器检修费用C ;
[0037] ④用上一代的精英个体替换掉本代的最差个体，计算适应度值；
[003引⑥判断k《NIND是否满足，若满足，令k = k+1，返回⑨，否则转入⑧；
[0039] ⑧判断gen《maxgen是否满足，若满足，令gen = gen+1，经选择、交叉和变异形成 子代群体，返回②；否则转入⑦；
[0040] ⑦W最大检修期限内检修成本最小的个体对应的预防性检修周期作为变压器检 修的决策结果。
[0041] 具体地，变压器各部件按下述方法确定检修方式，
[0042] 3. 2. 1)故障后果等级分析
[0043] 对变压器各基本部件故障模式的故障后果进行分析分类，分别设定其权重值；
[0044] 3. 2. 2)故障模式发生比例
[0045] 变压器各基本部件m的故障模式j发生比例为
[0046]
[0047] 式中，Nmj.为在统计期间内变压器基本部件m的j故障模式发生的次数，Nm为在统 计期间内变压器基本部件m发生各种故障的总次数；
[0048] 3. 2. 3)部件检修优先度
[0049] 变压器部件检修方式由其对应的故障模式后果严重程度和发生比例双重决定，计 算部件各故障模式的后果权重与发生比例之积的累加值，通过设定优先度阀值，优先度大 于阀值的部件进行预防性检修，小于等于阀值的部件采取事后检修。
[0050] 本发明引入役龄回退因子bi来描述设备预防性检修效果的不完全性；设T i为第 i次预防性检修周期，则变压器第i次预防性检修周期内故障率函数和可靠度函数分别为：
[005引式中，入s">a)和Rs">a)分别表示第i个预防性检修周期变压器故障率函数和可 罪度函数；
[0054] 其中，役龄回退因子b浪下式确定：
[0 化 5]
[0化6] 相比现有变压器检修策略，本发明具有如下有益效果和优点：
[0化7] 1)建立了考虑多部件综合作用的变压器故障率函数和可靠度函数，考虑绕组、铁 巧、引线、套管、分接开关、油、冷却系统和油箱等各部件综合影响更符合工程实际。
[005引2) W平均剩余无故障工作时间为检修计划期，在平均剩余无故障工作时间内对变 压器研究预防性检修策略，保证了变压器处于一定可靠性的基础上开展检修。
[0059] 3)在变压器检修决策时，不仅考虑了变压器自身状态，还考虑了变压器检修退出 后对系统可靠性的影响，W检修计划期内变压器检修成本包括预防性检修费用、故障检修 费用和停电损失最小为目标函数，建立变压器检修决策模型，用最少的成本满足最大的电 网可靠性要求。
[0060] 4)通过对变压器部件故障模式的故障严重程度及发生比例分析，确定部件的检修 优先度安排检修方式，使得变压器部件检修决策更为明确。
【附图说明】
[0061] 图1为本发明方法的原理流程框图。
[0062] 图2为变压器运行过程故障率变化示意图。
[0063] 图3为变压器典型故障率曲线。
【具体实施方式】
[0064] 目前，变压器计划检修周期较为固定，相同类型和容量的设备在各类计划检修下 对应的周期都相同，没有考虑设备自身可靠性随运行年限的变化，且针对计划检修进行的 研究大多在设备故障率为恒定值的假设下进行检修时段的优化安排。因此，本发明提供一 种综合考虑可靠性和经济性的变压器预防性检修策略，采用威布尔函数来描述老化等