一种基于蝴蝶结模型的变压器故障风险评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于蝴蝶结模型的变压器风险评估的方法，首先通过在线监测数据得到变压器当前的运行状态，并收集变压器历年来的运行数据和检修记录，得到变压器的健康指数；再结合变压器的故障分析，得出变压器各个部件的故障概率；然后根据所建立的变压器蝴蝶结模型和风险评估矩阵，结合前述数据对变压器进行风险评估，建立变压器风险台账。本发明可以了解变压器故障可能存在的部位、产生原因以及对应的解决措施，并能量化一台变压器的相对风险大小，这将有助于电力系统运维人员及时地对变压器的异常状况进行处理，防止变压器故障隐患爆发造成设备损坏事故，避免因采取不得当的检修方式导致经济上的浪费和安全可靠性的下降，具有较高的社会和经济效益。
【专利说明】一种基于蝴蝶结模型的变压器故障风险评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变压器【技术领域】，更具体地，涉及一种基于蝴蝶结模型的变压器故障 风险评估方法。
【背景技术】
[0002] 电力变压器是电网中能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能 量来源的必经之路，是电网中最重要和最关键的设备之一。因此，提高变压器的运行维护技 术和管理水平，预防和降低故障的几率，采用合理的维修策略降低维修费用，是国内外电力 行业急需解决的难题。
[0003] 鉴于电力变压器在长时间的运行中，受到电磁振动、机械磨损、化学作用、大气腐 蚀、电腐蚀等内外影响，其健康状态逐渐变坏，在不同程度上影响了该设备的安全可靠性。 对电力变压器进行风险评估的目的就是为了评估变压器的异常运行状况对电力系统的潜 在影响程度，对变压器运行中的不确定性进行量化分析，让相关人员更好的了解变压器的 健康状况及采取何种应对措施。本发明中的风险评估技术既可以帮助电力系统运维人员及 时地对变压器的异常状况进行处理，防止变压器故障隐患爆发造成设备损坏事故，又可以 避免因采取不得当的检修方式导致经济上的浪费和安全可靠性的下降，具有较高的社会和 经济效益。
[0004] 目前我国变压器评估方法有很多种，大多以预防性试验为主，其中主要包括：测量 绝缘电阻、测量直流泄漏电流、直流耐压试验、交流耐压试验、介损正切试验、绝缘油试验、 微水测试、油中溶解气体色谱分析、局放试验等。这些试验项目繁多，且数据庞杂。在变压 器状态评估中，目前主要采用"是非制"，即状态分为"合格"和"不合格"状态，没有更详细 地进行优劣程度的评价，不利于变压器的维护和更换。为了准确判断出变压器的健康状况， 需要在变压器在线监测数据的基础上，结合变压器其他电气试验参数进行综合分析判断， 同时还要考虑变压器故障对成本、环境等的影响，因此急需一种可满足上述要求的新型变 压器风险评估技术。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于蝴蝶结模型的变压器故障 风险评估方法，通过此方法了解变压器可能存在的故障、产生原因以及相应的处理措施，并 能根据变压器的具体参数和运行情况对变压器运行状态进行量化评估，明确电力变压器的 相对风险优先级。
[0006] 本发明提供了一种基于蝴蝶结模型的变压器故障风险评估方法，其特征在于，包 括下述步骤：
[0007] S1 :根据变压器当前运行状态，将得到的在线监测数据与标准运行数据库进行比 较，可以获得变压器的健康指数HI ;
[0008] S2 :根据变压器的结构将所述变压器分为九个关键部件，并结合所述变压器的历 史缺陷、故障分析和所述健康指数HI获得各个部件的故障概率<^ = 2：^ 4^x100% _
[0009] 其中，九个关键部件分别为铁芯、绕组、套管、分接开关、冷却系统、储油柜、绝缘介 质、引线、附件；P为年故障发生概率；N为设备总台数；i为设备的分类，i = 1?9 A为某 一分类的设备台数；入为设备故障率，入=KX，xhi，K和C分别为比例系数和曲率系数；
[0010] S3 :针对九个关键部件分别建立变压器故障的蝴蝶结模型，同时根据风险概率和 风险影响等级建立安全、可靠性、成本及环境四个风险评估矩阵；然后根据每一个部件的故 障概率和故障后果等级获得该部件的安全风险值、可靠性风险值、成本风险值、环境风险值 和整体风险值；
[0011] S4:根据每个关键部件的蝴蝶结模型、风险评估矩阵以及变压器的历史数据，对所 述变压器进行综合风险的评估。
[0012] 其中，蝴蝶结模型包括5部分要素：①起因，事故发生的可能原因；②事前的预防 措施，为降低事故发生几率而采取的行动；③事故，可能造成不良后果的意外事件；④事故 后的控制措施，事故发生后，为减少不良影响或减低后果严重程度所采取的行动；⑤后果， 事故可能造成的后果。
[0013] 其中，所述变压器每个部件的安全风险值、可靠性风险值、成本风险值、环境风险 值均根据公式风险（R)=风险概率（P) X风险后果（C)获得；风险概率P的计算过程为：首 先由变压器当前运行参数对比标准运行数据阈值，得到该参数下的健康指数HI。根据健康 指数可以判断变压器各关键部位的具体运行健康状况，结合变压器历史故障部位及检修次 数，以及变压器在线监测数据，确定其故障概率。具体说来，安全风险值对应的安全风险概 率根据相关数据在安全风险评估矩阵中定位获得，可靠性风险值对应的可靠性风险概率根 据相关数据在可靠性风险评估矩阵中定位获得，成本风险值对应的成本风险概率根据相关 数据在成本风险评估矩阵中定位获得，环境风险值对应的安全风险概率根据相关数据在环 境风险评估矩阵中定位获得。后果等级C需要由专家现场打分确定。
[0014] 其中，所述整体风险值穴=-Z：4-；-其中Ri依次为安全风险值、可靠性风险 ? 1 rr l m 9 值、成本风险值、环境风险值，Wi为其各自权重。
[0015] 其中，所述风险概率的确定。把主观风险概率与模糊数学理论相结合来计算风险 概率，即用模糊数学理论将主观概率模糊化、定量化，将变压器的风险概率划分为：非常大 (E，发生概率>50% )、大（D，发生概率>25% )、中度（C，发生概率>10% )、小（B，发生概率 >5% )、很小（A，发生概率在5 %以下）5个等级。
[0016] 其中，所述变压器风险影响等级的确定。综合考虑了变压器故障后本区域电网波 动情况（包括电能质量、频率、电压、负载）、相邻区域电网波动情况以及所属大面积电网波 动情况等因素，将变压器的风险影响等级划分为：轻度损坏I (经济损失〈1万）、轻度至中 度损坏II (经济损失〈1百万）、中度损坏III (经济损失>1百万）、重大设备损坏IV (经济 损失>5百万）、整个设施发生重大损坏V (经济损失>1千万）5个等级。
[0017] 其中，所述综合风险等级的确定。综合考虑风险发生概率和影响等级，通过风险矩 阵确定风险等级。综合风险等级包括3个，即高风险、中等风险和低风险。
[0018] 本发明可以清晰地了解变压器可能存在的故障、产生原因以及相应的处理措施， 并能根据变压器的具体参数和运行情况对变压器运行状态进行量化评估，明确电力变压器 的相对风险优先级，为变压器维护和检修提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例提供的一种基于蝴蝶结模型的变压器故障风险评估方法实 现流程示意图；
[0020] 图2为本发明实施例提供的变压器蝴蝶结模型的结构示意图；
[0021] 图3为本发明实施例提供的变压器划分为九个关键部件的结构示意图；
[0022] 图4为本发明实施例提供的变压器套管的蝴蝶结模型；
[0023] 图5为本发明实施例提供的变压器绕组的蝴蝶结模型；
[0024] 图6为本发明实施例提供的变压器铁芯的蝴蝶结模型；
[0025] 图7为本发明实施例提供的变压器分接开关的蝴蝶结模型；
[0026] 图8为本发明实施例提供的变压器绝缘介质的蝴蝶结模型；
[0027] 图9为本发明实施例提供的变压器储油柜的蝴蝶结模型；
[0028] 图10为本发明实施例提供的变压器引线的蝴蝶结模型；
[0029] 图11为本发明实施例提供的变压器附件的蝴蝶结模型；
[0030] 图12为本发明实施例提供的变压器冷却系统的蝴蝶结模型。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0032] 本发明可以清晰地了解变压器可能存在的故障、产生原因以及相应的处理措施， 并能根据变压器的具体参数和运行情况对变压器运行状态进行量化评估，明确电力变压器 的相对风险优先级，为变压器维护和检修提供依据，具有较高的社会经济效益。
[0033] 蝴蝶结模型是一种比较全面的风险评估方法，它可以将变压器事故的若干要素以 及预防和控制事故的措施有机结合在一起，是一种非常清晰有效的表达方式，是用来进行 变压器风险管理的有效工具。本发明引入这一概念并将其创新性地应用于变压器风险评估 工作中，可完善现有方法的不足。
[0034] 本发明提供了一种采用蝴蝶结模型对变压器进行风险评估的技术方法，以期达到 通过此方法了解变压器可能存在的故障、产生原因以及相应的处理措施，并能根据变压器 的具体参数和运行情况对变压器运行状态进行量化评估，明确电力变压器的相对风险优先 级。
[0035] 为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0036] 步骤1 :通过在线监测数据得到变压器当前的运行状态，并收集变压器历年来的 运行数据和检修记录；
[0037] 步骤2 :根据前述数据，计算得到变压器的健康指数，并结合变压器的历史记录与 故障分析，得出各个部件的故障概率；
[0038] 步骤3 :建立变压器故障的蝴蝶结模型和风险评估矩阵；
[0039] 步骤4 :根据所建立的蝴蝶结模型和风险评估矩阵，结合以上数据对变压器进行 风险评估，建立变压器风险台账（含风险描述、风险概率、安全风险值、可靠性风险值、成本 风险值、环境风险值、整体风险值和风险等级）。
[0040] 本发明提供了一种基于蝴蝶结模型的变压器风险评估技术，包括以下步骤：
[0041] 进一步，步骤1包括如下内容：
[0042] 1)步骤1所述变压器在线监测即利用传感技术和微电子技术，对运行中的变压器 进行监测，获取反应运行状态的运行数据，为变压器状态检修提供实时数据和重要的参考 依据。变压器的在线监测项目主要有油中溶解气体测量与分析（DGA)、局部放电测量（PD)、 有载开关的触头磨损等。
[0043] 2)步骤1所述变压器的运行数据包括了变压器的使用年限、额定电压、额定电流； 各部件的温升限值；色谱分析数据，包括三相氢气值、甲烷值、乙烷值、乙烯值、乙炔值、一氧 化碳、二氧化碳及总烃含量等数据；局部放电数据，包括三相各项放电值；当前环境温度； 当前负荷电流；历史数据，包括历年故障部位和维修次数。
[0044] 进一步，步骤2包括如下内容：
[0045] 1)步骤2故障概率其具体计算方法为：
[0046]
【权利要求】
1. 一种基于蝴蝶结模型的变压器故障风险评估方法，其特征在于，包括下述步骤： 51 :根据变压器当前运行状态，将得到的在线监测数据与标准运行数据库进行比较，可 以获得变压器的健康指数HI ; 52 :根据变压器的结构将所述变压器分为九个关键部件，并结合所述变压器的历史缺 陷、故障分析和所述健康指数HI获得各个部件的故障概率
其中，九个关键部件分别为铁芯、绕组、套管、分接开关、冷却系统、储油柜、绝缘介质、 引线、附件；P为年故障发生概率；N为设备总台数；i为设备的分类，i = 1?9 为某一 分类的设备台数彳为设备故障率，入=KX，XHI，K和C分别为比例系数和曲率系数； 53 :针对九个关键部件分别建立变压器故障的蝴蝶结模型，同时根据风险概率和风险 影响等级建立安全、可靠性、成本及环境四个风险评估矩阵；然后根据每一个部件的故障概 率和故障后果等级获得该部件的安全风险值、可靠性风险值、成本风险值、环境风险值和整 体风险值； S4:根据每个关键部件的蝴蝶结模型、风险评估矩阵以及变压器的历史数据，对所述变 压器进行综合风险的评估。
2. 如权利要求1所述的变压器故障风险评估方法，其特征在于，蝴蝶结模型包括5部分 要素：①起因，事故发生的可能原因；②事前的预防措施，为降低事故发生几率而采取的行 动；③事故，可能造成不良后果的意外事件；④事故后的控制措施，事故发生后，为减少不 良影响或减低后果严重程度所采取的行动；⑤后果，事故可能造成的后果。
3. 如权利要求1所述的变压器故障风险评估方法，其特征在于，所述变压器每个部件 的安全风险值、可靠性风险值、成本风险值、环境风险值均根据公式风险（R)=风险概率 (P) X风险后果（C)获得。
4. 如权利要求1所述的变压器故障风险评估方法，其特征在于，所述整体风险值
其中Ri依次为安全风险值、可靠性风险值、成本风险值、环境风险值，Wi 为其各自权重。
【文档编号】G06Q50/06GK104331843SQ201410605718
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】臧春艳, 马继先, 郭绍伟, 龙凯华, 蔡巍, 端木林楠, 郝震, 陈亚敏 申请人:华中科技大学, 国家电网公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院