电力变压器故障模式重要度的模糊评定方法.pdf
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1、第 3 2卷第 6期 2 0 1 1年 6月 仪 器 仪 表 学 报 C h i n e s e J o u r n a l o f S c i e n t i f i c I n s t r u me n t Vo 1 3 2 N o 6 J u n 2 01 l 电力变压器故 障模式重要度 的模糊评定方 法 术 王有元 ,周婧婧 ,李剑 , 金卓睿 ,李龙江 ( 1重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆4 0 0 0 4 4 ; 2四川省电力公司成都6 1 0 0 4 1 ) 摘要:由于设备价值昂贵、 可靠性试验实施困难等客观因素, 应用传统重要度分析方法难以实现电力变压器
2、各故障模式的故 障重要度分析 , 提出了一种基于梯形模糊数的电力变压器故障模式重要度评定方法。该方法在分析影响电力变压器故障模式 重要度各因素的基础上 , 建立了电力变压器故障模式重要度评估指标体系; 应用 D e l p h i 法确定评估指标的评价等级和评分标 准, 同时引入协调程度修正专家评分; 并利用梯形模糊数确定各评估指标的权重; 最后应用线性加权方法得出电力变压器各故 障模式的重要度。评估实例表明, 该方法简便、 有效 , 能够为电力变压器的可靠性评估提供各故障模式的重要度。 关键词 : 电力变压器; 重要度 ; 梯形模糊数; 专家意见协调程度 ; 变异系数; 故障模式 中图分类号
3、 : T M 8 5 5 文献标识码 : A 国家标 准学科分 类代 码 : 4 7 0 4 0 Fu z z y e v a l ua t i o n m e t h o d f o r t he i mpo r t a n c e o f p o we r t r a ns f o r m e r f a ul t m o de s Wa n g Y o u y u a n , Z h o u J i n g j i n g , L i J i a n , J i n Z h u o r u i , L i L o n g j i a n g ( S t a t e K e y L a b
4、 o r a t o r y o fP o w e r T r a n s m i s s i o n E q u ip m e n t & S t e m S a f e t y a n d N e w T e c h n o l o g y , C h o n g q i n g U n i v e r s i t y , C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 4 , C h i n a ; 2 S i c h nan E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n ,C h e n g d u 6 1 0 0 4 1 ,
5、C h i n a) Ab s t r a c t : D u e t o t h e h i g h v a l u e a n d d i ffic u l t i e s i n r e l i a b i l i t y t e s t s o f p o we r e q u i p me n t s ,i t i s h a r d t o r e a l i z e t h e i m p o r t a n e e a n a l y s i s o f e a c h f a u l t mo d e o f p o we r t r a ns f o r me r u s
6、i n g t r a di t i o n a l i mpo r t a n c e a n a l y s i s me t ho dTh us ,t h i s p a p e r p r o p o s e s a n e w e v a l u a t i o n me t h o d f o r t h e i mp o rta n c e o f p o we r t r a n s f o r me r f a u l t mo d e s b a s e d o n t r a p e z o i d a l f u z z y n u mb e r Thi s me t
7、h o d e s t a b l i s h e s e v a l u a t i o n i n de x s y s t e m o f i mp o r t a n c e t h r o u g h a n a l y z i n g t h e i n flu e n c i ng f a c t o r s o f i mp o r t a n c e o f f a u l t mo d e s,us e s De l p hi me t h o d t o d e t e r mi ne t h e e v a l u a t i o n g r a d e a n d c
8、 o r r e s p o n d i n g e v a l u a t i o n c r i t e r i o n o f t h e e v a l u a t i o n i n d e x e s ,i n t r o d u c e s a c o o r d i n a t i o n d e g r e e t o mo d i f y t h e e x p e r t e v a l u a t i o n g r a d e ,a n d e m p l o y s a t r a p e z o i d a l f u z z y n u mb e r t o d
9、 e t e rm i n e t h e i n d e x w e i g h t v a l u e s F i n a l l y ,l i n e a r w e i g h t i n g me t h o d i s u s e d t o o b t a i n t h e i mpo rta n c e o f e a c h f a u l t mo d e Ev a l u a t i o n e x a mp l e s s h o w t h a t t h i s me t h o d i s c o n v e ni e n t a n d e f f e c t
10、 i v e, a n d c a n p r o v i d e t h e i mp o rt a n c e o f e a c h f a u l t mo d e f o r p o w e r t r a n s f o r me r r e l i a b i l i t y e v a l u a t i o n Ke y wo r d s:p o we r t r a ns f o rm e r ;i mpo r t a n c e;t r a p e z o i d a l f uz z y n u mb e r ;c o o r di na t i o n d e g r
11、 e e o f e x p e rt o p i n i o n;c o e f - fic i e n t o f v a r i a t i o n;f a u h mo de 1 引 言 作为电力系统 中的关键设 备 , 大 型电力变压器 的运 行可靠性直接关系到电网的安全和稳定 。重要度作 为一种反映子系统故障对系统故障贡献大小的可靠性指 标 , 主要用于系统可靠性 的预测 和分配 、 优化系统设计 、 指导系统维修等领域。因此 , 进行变压器故障模式 的重 要度分析, 可为变压器维修决策的制定提供科学依据, 并 为最终实现状态维修奠定 基础 , 对于提高 电力变压器 的 运行可靠性
12、, 保障整个电网的安全可靠运行具有十分重 要 的意义 。 重要度可以分为 : 结构重要度 、 概率重要度和关键重 要度3种, 分别反映子系统在系统结构中的重要顺序, 子 收稿 日期 : 2 0 1 0 - 0 6 R e c e i v e d D a t e : 2 0 1 0 - 0 6 基金项 目:国家 8 6 3计划( 2 0 0 9 A A 0 4 Z 4 1 6 ) 、 重庆市 自然科学基金( 2 0 0 8 B A 3 0 2 6 ) 资助项 目 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 王有元 等 : 电力变压器故障模式重要度的模糊评定方法 1
13、2 0 9 系统概率变化影 响系统概率变化 的程 度 , 子系统故 障概 率变化率影响系统故 障概率 变化率 的程度 。其 中, 子 系 统失效概率和系统失效概率是重要度评价所依 据的两 大 主要参数 。然而 , 对 于电力 变压器来说 , 由于部件繁 多 、 造价 昂贵 、 各部件 失效概率均 为小 概率事件等原 因 , 有关变压器故 障概率的研究在国内外都很少见到。因此 无 法采用传统方法评定变压器故障模式的重要度。 本文在分析影响电力变压器故 障模式重要 度各 因素 的基础上 , 建立 了电力 变压 器故障模式重要度 评估指标 体系 ; 应用 D e l p h i 法确定指标 的评价等
14、级和评分标准 , 同 时引入协调程度修正专 家评分 ; 并利用梯形模 糊数确定 各评估指标的权重 ; 最 后通过线性加权方法得 出各种故 障模式 的重要度。 2 重要度评价 指标 的确定 2 1 重要度评价指标体 系的建立 电力变压器结构复杂, 运行条件、 环境千差万别。因此 , 很多因素都会对电力变压器故障模式 的重要度产生影响, 如: 失效对系统功能、 相关设备 、 人员和环境安全性 的影响、 失效引起的生产损失、 变压器运行条件 、 失效频率、 停运时 问、 故障的可监测性 、 是否有备用设备、 失效部件的类型( 复 杂、 简单) 、 是否有备件、 维修费用、 维修难易程度等 J 。 通
15、过咨询 四川省 电力公 司和下属的 6个地市级供 电 局 的多名专家 , 考虑各 因素间的关联性 , 以尽可 能减小分 析复杂性 为出发点 , 建立 了涵盖可靠性 、 经济 性 、 可监测 性 、 可维修性 4个方面 的电力 变压器重要度评 估指标体 系 , 如 图 1所示 。 图 1 重要度评估 指标体系 Fi g1 I mp o r t a nc e e va l u a t i o n i n de x s y s t e m 2 2 指标等级的划分 实现重要度评价的一个重要的环节是 : 对各项影响因 素的分析中, 怎样根据各组成部件的基本信息, 制定一个 恰 当的指标等级分类 标准,
16、并给 出对应的评分 , 以保证评 估结果的准确性 , 并尽可能简化故障模式重要度 的评价过 程。考虑到 D e l p h i 法这一经典专家预测方法具有反馈性 、 匿名性和量化性等优点 , 非 常适合 电力变压器重要度 评估涉及专家较多 、 专家意见不容易统一等特点 , 本文引 入 D e l p h i 法来解决评估指标等级划分这一关键问题。 D e l p h i 法的基本 思路是 : 以匿名 方式广泛征 求专家 意见 , 通过反复的交流 、 反馈和修 正, 使专 家意见逐渐趋 于一致 , 然后综合专家意见对评价对象做 出定 性和定量 相结合的评价和预测 。其关键 问题是确 定合理 、
17、有效 的 评价指标评分标准 , 即指标等级的划分。 基于以上分析 , 由于评估专家分别来源于 6个不同地 区, 因此首先将评估专家按 区域划分为 6 个专家组 。每个 专家组包括5到1 0名左右的高级工程师、 工程师、 技师, 其 比例一般为 1 : 2 : 2 。然后 , 针对各地变压器的实际运行 、 监 测和维护情况, 经过问卷调查及反复讨论 , 得到图 1中8 个 评价指标的评估等级和相应的评分标准如下。 1 )失效对人身和环境安全性的影响 ( s ) 变压器失效可能导致爆炸 、 燃烧 、 绝缘油泄漏等严重 事故的发生 , 对人 身和环境安全造成 巨大的影响。因此 , 该指标主要考虑待评
18、估变压器部件 的温度 和所承受 的压 力 以及所包含的介质是否为可燃性 、 腐蚀性 、 有毒性介质 等 。其评分标准如表 1 所示 。 表 1 失效对人身和环境安全性影 响的评分标准 Ta b l e 1 S c o r e s o ft h e e ffe c t o ff a i l u r e o n th e s a f e t y o f e nv i r o nme nt a nd pe r s onn e l 介质特性 容易燃 烧和爆 炸 高温 、 高压 有毒或有腐蚀性 没有明显的危险性 评分 1 0 7 0 4 O 1 2 )失效对系统整体功能 的影 响 ( S F ) 某个部
19、件的失效会影 响到电力变压器 总体功能的发 挥 , 如果该变压器有备用设备的话 , 相同的部件失效所造 成的影响将大幅降低。因此 , 该指标主要考虑有无 备用 变压器 , 部件失效后对系统整体功 能的影响程度。其评 分标准如表 2所示 。 表 2失效对 系统整体功能影响的评分标准 Ta bl e 2 Sc o r e s o f t he e ffe c t o f f a i l ur e o n s y s t e m f un c t i o n 3 )维修的难易程度 ( D ) 从变压器维修 角度 来说 , 维修 的难易程度与 失效部 学兔兔 w w w .x u e t u t u
20、.c o m 1 2 1 0 仪器仪表学报 第 3 2卷 件 的复杂程度 、 备 品备件的供应情况 以及接 近失效 部件 的难易程度等因素相关。其评分标准如表 3所示 。 表 3 维修难易程度 的评分标准 Tab l e 3 Sc o r e s o f mai nt e na nc e di f fic ul t y de g r e e s 难易程 度 评分 非常困难 比较困难 困难 比较容易 0 8 5 l O 60 8 5 O 2 O 6 0 1 0 2 4 )停运损失 ( O C ) 变压器的停运损失一般包括 由于变压器停运所 导致 电力系统运行方式 的改变 、 备用变压 器的投运
21、以及变压 器退出而引起 的经济损失 。其评分标准如表 4所示 。 表 4停运损失的评分标准 Ta b l e 4 S c o r e s o f o u t r a g e c o s t s 停运损失 非常大 大 中等 很小 评分 1 O 7 0 4 0 1 5 )维修 费用 ( MC ) 变压器的维修费用涉及变压器故障部件 的费用 、 该部 件备件的费用、 运输费用 、 人工费用等多个方面 , 可通过折 算为总的修复费用来进行评价。其评分标准如表 5 所示。 表 5 维修 费用 的评 分标 准 Ta bl e 5 Sc o r e s of ma i nt e na nc e c o s
22、t s 维修费用 万元 5 0 1 0 5 0 0 5 1 0 2 0 0 0 0 1 0 8 5 0 6 5 0 4 5 0 2 5 O 1 8 )停运时间 ( D T ) 停运时间包括变压器 因部件失效 所导致的停 运 、 维 修和重新启动所需的时间, 与变压器的结构形式 、 额定功 率 、 电网运行方式等诸多因素有关 , 一般可以按工时 为单 位对其进行评估 。其评分标准如表 8所示。 表 8 停运时间的评分标 准 Tab l e 8 Sc o r e s o f do wnt i me 停运时间 天 评分 3 O 2 03 O 1 02 0 2 ) 个评价指标 的决 策问题 , 由 n
23、 ( n 2 ) 个评价指标 , , , 组成 的指标集可记 X = I i N , 其 中 N = 1 , 2 , , n 。 通过聘请 ( 1 ) 位专 家根据表 9的定义各 自独 立地对指标集 中的各项指标做出两两比较判断, 给出 互补判断矩阵蠢=( r ) 。葡中元素r =( a b , c 扣d ) 为梯形模糊数 , 表示指标 相 比指标 , 的重要程度 , 其取 值如表 9和图3 所示。其中: 0口 b d 1 , Vi , N, 且满足以下 2个条件 : 1 )a =0 5, b =0 5 , C =0 5 , d =0 5 , Vi , 表 9 重要程度 的等级划分表 Ta b
24、l e 9 Gr a de s of i m po r t anc e de g r e e l 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 图 3 等级划分的方法 Fi g 3 Gr a d e d i v i s i o n me t h o d 记第 k 位专 家给 出的判断矩 阵为 =( r ) 。 其中 , r = ( 0 , , c , ) ( k=1 , 2 , , L ; , ) 。 根据梯形模糊数互补判断矩阵计算指标权重 的方法 如下 。 步骤 1 : 由式 ( 4 ) 得到各专家的偏好信息。 r lj= a , b , c , )=了 1( r + r 十 +r )= ( 圭
25、k=l 。 , 毫 , 毒 c , 砉 d ” ) (4 ) 步骤 2 : 由式( 5 ) 确定评价指标 的模糊评价值的期望。 ( b , c , d ) ( o , b , c , d ) f。 b c d 1 l _, _, 旦 - , _ f ( 5 ) I n , n q , n , n n l 、 一 d c b 。 l 步骤 3: 指标权重的确定。 根据式 ( 5 ) 中 ( i N)由式 ( 6 ) 可确定各指标的权 重 : , ( )=o d ( v )+( 1一 ) ( ) ( 6 ) 式 中: O 1 , i N。 通常可取 = 0 5 , 则式 ( 6 ) 可改 写为 :
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- 电力变压器 故障 模式 重要 模糊 评定 方法
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