一种考虑雷击影响的变压器评价方法与流程

本发明涉及输变电设备状态评估领域，尤其涉及一种考虑雷击影响的变压器评价方法。

背景技术：

在电力系统中，不仅需要变压器的数量多，而且要求变压器的性能好，运行可靠。为此，大容量变压器都配置在线监测系统，并且电力生产管理系统中建立了完整的变压器档案，包括变压器基本信息以及运行状态、检修与维护、试验、缺陷及其消缺记录等。综合、有效地利用这些信息，正确评价电力变压器的运行水平，建立准确评估变压器运行状态的方法，保障变压器健康运行将成为可能。

运行中的变压器受到雷击过电压冲击时，由于雷电的电位很高，将造成变电压器外部过电压，当电力系统的某些参数发生变化时，由于电磁振荡的原因，将引起变压器内部过电压，这两类过电压所引起的变压器损坏大多是绕组主绝缘击穿，造成变压器故障。多次的雷击过电压冲击会使得油纸绝缘发生雷击击穿现象，因此随着雷击次数的增加会使得电力变压器的绝缘性能下降，随之带来的后果就是健康指数的增大和剩余寿命的减少。据此，在电力变压器受到雷电冲击后，引入雷电冲击修正系数对计算所得综合健康指数进行修正。

多次冲击电压对油纸绝缘的累积击穿现象是一个十分复杂的过程，其中伴随着粒子碰撞、电荷迁移等多种物理现象。有资料显示，当前所开展的有关累积效应的研究主要集中在多次冲击电压对油纸绝缘的累积击穿特性上，对累积效应的作用规律和作用机制还很少涉足。并且很少用概率来说明雷电的作用影响。同时也没有将雷击作用考虑进状态评估的方法。

中国专利文献cn108680814a公开了一种“多维度变压器运行状态评价方法”。包含：采集变压器油运行状态的色谱分析数据、电气试验数据和油化试验数据，将获取到的数据作为样本数据并进行标准化处理；将标准化处理后的数据划分为训练样本和测试样本；利用训练样本并结合支持向量机，构建变压器运行状态多维度评价模型，获取故障诊断的目标函数；迭代求解变压器运行状态多维度评价模型中目标函数的最佳可行解。上述技术方案仅考虑变压器常规工作状态下的评价，未考虑受到雷击影响后造成变压器运行状态的变化，导致评价范围较为单一。

技术实现要素：

本发明主要解决原有的技术方案缺少受到雷击影响后造成变压器运行状态变化的技术问题，提供一种考虑雷击影响的变压器评价方法，通过考虑雷击的累计效应，采用建模计算的方式将雷击的影响量化表示，同时各个参数可以根据具体变压器灵活调整，使得公式有较高的普适性，能计算出考虑油纸绝缘累积效应雷击时的雷电击穿概率同时能将雷击的影响纳入变压器评估方法中，给运维检修人员评价、更换变压器提供指导意义。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：

s1构建变压器评价体系；

s2确定评价体系中各指标的权重，计算综合健康指数；

s3引入考虑雷击影响的修正系数；

s4求得修正的变压器综合健康指数。

作为优选，所述的步骤s1构建的变压器评价体系为四层评价体系，包括：主体评价指标、油中溶解气体反应评价指标、油品质反应评价指标和电气性能反应评价指标。并用主观赋权与客观赋权相结合的综合赋权法确定各个指标，最后求得综合健康指数。

作为优选，所述的主健康指数的求取根据变压器健康指数公式(1)，得出设备的投运(t2-t1)年后的老化健康指数为：

其中，b为老化系数。

作为优选，所述的油中溶解气体反映的健康指数由多种气体含量数据综合决定，指标包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔，构建的评分函数如下：

具体评价标准制定参照ieee、iec公认的标准中规定了变压器中碳氢特征气体的限值，超过警戒值取10分。

作为优选，所述的油品质反应评价指标包括击穿强度、水分含量、介质损耗和酸值参量，构建的评分函数如下：

根据ieeestdc57.106tm-2006标准制定评分函数。其中x单位为μl/l，变压器电压等级为220kv。

作为优选，所述的电气性能反应评价指标包括绕组直流电阻最大相间差、吸收比和绕组介质损耗因数，构建的评分函数如下：

作为优选，所述的步骤2采用综合赋权法确定评价体系中各指标的权重，从而计算综合健康指数，所述综合赋权法具体步骤为，s21利用层次分析法求取主观权重；包括以下5个步骤：①建立层次结构；②建立判断矩阵；③层因素的权重计算；④进行一致性检验；⑤断定判断矩阵是否通过一致性检验。其中主权重wc＝[w1,w2,...,w18]1*18。

s22利用灵敏度权重法求取客观权重；

s23利用最小信息熵原理获得综合权重。

作为优选，所述的步骤s3修正系数包括负荷修正系数、环境修正系数、缺陷修正系数和雷电冲击修正系数。

作为优选，所述的s3运用应力-强度干涉模型和老化系数求得修正系数，具体步骤包括：

s31拟合油纸绝缘系统击穿电压与电压冲击次数的关系式

其中v表示绝缘击穿电压，n表示冲击电压次数；

s32运用应力--强度干涉模型求解单次雷电冲击下变压器击穿概率

其中fd(ud)表示变压器遭受雷电压的概率分布，fb(ub)表示变压器击穿电压概率分布；

其中变压器遭受雷电压的概率分布为

fd(ud)＝dfd(ud)(12)

变压器击穿电压概率分布为：

fb(ub)＝dfb(ub)(14)

s33引入变压器老化率求解多次雷电冲击下变压器击穿概率

变压器油纸绝缘老化率为：

其中vn为n次冲击下的绝缘击穿电压，v1为1次冲击时的绝缘击穿电压。

将式15作用于式13得到累积作用下变压器击穿电压概率分布：

求出fd(ud)，fb(ub)后代入式10得到多次雷电冲击下变压器击穿概率r

s34将击穿概率转化为修正系数f。

作为优选，所述的步骤s4变压器修正综合健康指数通过下式求得

hi＝f×hicom。(17)

本发明的有益效果是：通过考虑雷击的累计效应，采用建模计算的方式将雷击的影响量化表示，同时各个参数可以根据具体变压器灵活调整，使得公式有较高的普适性，能计算出考虑油纸绝缘累积效应雷击时的雷电击穿概率同时能将雷击的影响纳入变压器评估方法中，给运维检修人员评价、更换变压器提供指导意义。

附图说明

图1是本发明的一种流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种考虑雷击影响的变压器评价方法，如图1所示，包括以下步骤：

s1通过构建的四层评价体系求得变压器综合健康指数

主健康指数的求取根据变压器健康指数公式，得出设备的投运(t2-t1)年后的老化健康指数为：

其中，b为老化系数。

油中溶解气体反映的健康指数由一氧化碳，二氧化碳，氢气，甲烷，乙烷，乙烯，乙炔作为指标，具体评价标准制定参照ieee、iec公认的标准中规定了变压器中碳氢特征气体的限值，超过警戒值取10分，基于此本发明专利构建的评分函数fgas(i)如下(其中x单位为μl/l，变压器电压等级为220kv，下同)

油品质反映评价指标包括击穿强度、水分含量、介质损耗和酸值参量，根据ieeestdc57.106tm-2006标准制定评分函数为：

电气性能反映评价指标包括绕组直流电阻最大相间差，吸收比，绕组介质损耗因数，制定评分函数为：

使用层次分析法求出主观权重wc。包括以下5个步骤：①建立层次结构；②建立判断矩阵；③层因素的权重计算；④进行一致性检验；⑤断定判断矩阵是否通过一致性检验。

其中wc＝[w1,w2,...,w18]1*18，

使用灵敏度分析法求出客观权重wl(1*18)

利用最小信息熵原理获得综合权重，公式如下：

求得主健康指数为

油中溶解气体反映的健康指数

油品质反映的健康指数

电气性能反映的健康指数

求得变压器综合健康指数

s3引入考虑雷击影响的修正系数

拟合出该电压等级下油纸绝缘系统击穿电压与电压冲击次数的关系式

其中v表示绝缘击穿电压，n表示冲击电压次数；

引入变压器老化率求解多次雷电冲击下变压器击穿概率。

计算变压器油纸绝缘老化率为：

计算变压器遭受雷电压的概率密度

fd(ud)＝dfd(ud)

其中a为雷电波陡度，v为波速，l为变压器与避雷器之间的电气距离，常数c取680，非线性指数α取0.04，fi表示雷电流分布函数，现根据ieee标准取

计算变压器击穿电压概率密度为：

fb(ub)＝dfb(ub)

其中deq为等值油隙距离，k1和k2为电场集中系数，db为饼间油道宽，雷电压冲击系数k取1.6。

若变压器遭受过雷击冲击则击穿电压概率分布函数为

将fd(ud)、fb(ub)带入下式求得变压器雷击击穿的概率

将击穿概率转化为修正系数f。

将击穿概率通过修正系数表征，对应关系如表1

表1雷击击穿概率与修正系数对应关系

s4求得变压器修正综合健康指数

求得变压器考虑雷击影响的变压器修正综合健康指数为

hi＝f×hicom。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了综合健康指数、修正系数等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。