《基于风险评估的变压器寿命问题研究的国内外文献综述》3100字

基于风险评估的变压器寿命问题研究的国内外文献综述国内外对于变压器风险的研究最早是利用基于可靠性统计的确定性方法；而后是基于概率论、网络理论、电力系统等知识的可靠性评估方法；最后是结合可修复故障和基于服役年龄的老化失效故障的研究。1.1确定性方法早期的风险评估方法基于确定性准则和大量数据经验，如，常在电力行业中使用的百分比备用和输电规划的N-1原则等。N-1原则：正常运行方式下的N元件电力系统，N个元件中任意一个独立元件发生故障被切除后，应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电。此原则不需要搜集大量的元件停运数据，是一种极其简单的风险评估原则，基于此原则，常常对变压器的备用采用N-1备用，即在满足系统负荷要求后，再增加一台变压器以作备用，使得任意一台变压器失效后，不会产生过负荷。这种确定性准则最主要缺点是不能反映出设备的负荷变化，无法计算元件失效的具体概率[7]。1.2概率性评估方法上世纪中期以来，全球发生了许多损失巨大的停电事故，尤其是2003年8月发生的美加大停电，这次事故体现出的大电网运行的随机性和不确定性，成为电力系统风险评估新的难题。由此开始出现基于概率知识的评估方法，对于简单的电力系统，常用的方法有概率卷积法、串并联网络法、马尔可夫方程以及频率-持续时间法；对于复杂电力系统，常使用状态枚举法和蒙特卡洛模拟法[7]。以上这些方法需要对设备历史数据进行统计，求取设备的可靠性参数。元件可靠性参数最主要有故障率和修复时间，故障率定义为元件在单位时间内因故障不能正常工作的次数，其值为故障次数与暴露时间的比值；元件的修复时间定义为对元件实施修复所用的实际维修时间，即为元件故障导致停电到元件修复恢复供电经历的时间。而备用策略的制定需要一个可靠性准则，这个准则一般为系统的不可用率，不可用率定义为在系统稳定运行的条件下，给定时间内的瞬时不可用度的均值。不可用率是通过概率知识、串并联网络法、马尔可夫方程、频率-持续时间法、状态枚举法或者蒙特卡洛法计算。基于概率性可靠性评估方法制定变压器备用策略，首先是收集元件的可靠性参数，建立元件停运模型；而后计算元件故障率和修复时间等参数，运用串并联网络法、马尔可夫方程以及频率-持续时间法、状态枚举法或者蒙特卡洛法计算系统的不可用率；最后与给定的系统可靠性标准比较，制定变压器备用策略。该方法运用的是设备的平均数据，故此得出的设备不可用率是一个均值，这使得相同类型设备的不可用率都相同。1.3可修复失效和老化失效实际的变压器，其不可用率会随着设备绝缘的老化而改变，设备老化是电力公司多年来关心的问题，老化了的设备其失效概率更高[6]。而电力设备失效所造成的损失取决于其失效后系统停电所造成的损失，变压器作为电力系统核心设备，失效后所造成的往往是大范围停电，损失极大[7]。所以，忽略设备的老化因素，很可能会导致对电力系统风险评估不足，特别是在现今庞大的电网规模以及复杂运行条件下，忽略设备老化因素很可能会对风险评估产生负面影响[8]。当前常用的设备老化评估方法有人工神经网络法、统计法等。其中人工神经网络法被广泛用来评估变压器老化剩余寿命，其缺点是需要非常庞大的变压器数据，且要求各个设备的类型相似，其所处的地域运行环境也相近，最后得出变压器老化规律。但现实是电网公司中各个电网分布十分广泛，所处的地域也非常复杂，变压器设备类型各不相同，故难以收集到足够数量且符合要求的数据，故此急需一种较简单的方法来对老化失效故障进行计算。常使用的是成本低、但是计算精确度高的统计方法，威布尔分布法或者正态分布模拟老化失效模型[8]，此外还有使用Wiener方法模拟老化失效模型。在可靠性工程中，特别是对于电气设备老化累积失效的分布模拟，常使用威布尔分布法。其特点是可以利用概率值来计算它的分布参数，因此非常适用于寿命评估的数据处理。与之类似的是正态分布法，正态分布又称之为高斯分布，其随机变量服从一个数学期望、方差为，该方法也可以利用概率密度函数来计算出其分布参数。Wiener方法因为其马尔科夫性被用于老化失效模型的模拟，即其当前值就是作出其未来预测中所需的全部信息，该方法在任意一个时间区间上变化的概率都独立于其他任何一个时间区间。利用以上几种方法，可以模拟老化失效在任意时间区间上的失效概率。上述几种模拟方法计算出老化失效故障率后，根据老化失效不可用率的定义可得出老化失效不可用率值，结合可修复失效不可用率即可计算出设备组的失效概率。这种方法的缺点是老化失效模型计算是基于变压器的服役年龄数据，简单将变压器服役年龄作为变压器的实际寿命计算，服役年龄的值为投运时间和当前时间的差值，该方法认为运行相同时间的变压器寿命相同。在现实中，运行相同时间的变压器常常因为运行工况不同，导致其寿命不相同，这就使得变压器的服役年龄与变压器的真实寿命之间存在误差，计算出的老化失效率不准确。上文也提到，不可用率计算不准确，将会使得制定的变压器备用策略不准确，轻则造成浪费，提高成本，重则系统可靠性降低，导致系统风险增高，甚至出现长时间停电，威胁人民生活。上述提到的三种对于变压器风险的评估方法，即确定性方法、概率性可靠性评估法和可修复失效与老化失效评估法都具有各自的缺点：=1\*GB3①确定性方法的缺点是基于经验参数决定系统风险准则，这使得该方法并未考虑到各个设备之间的联系，即未考虑共因停运等多设备同时失效和区域性大范围失效，而且未计算设备失效的具体发生概率，难以对风险进行量化。=2\*GB3②概率性可靠性评估法的缺点在于其利用的计算数据是电力公司统计的数据平均值，认为各个设备的失效概率等同于历史平均值，且只考虑了可修复失效，未考虑到设备老化因素，老化因素在运行时间长，服役年龄高，地位重要的设备组风险评估中是必须被考虑在内的。=3\*GB3③结合可修复失效和老化失效的方法，其缺点在于老化失效计算采用变压器的服役年龄数据，而服役年龄并不能准确反映设备的真实寿命，使得老化失效故障率的计算不准确。参考文献[1]陈珩．电力系统稳态分析（第三版）[M]．北京：中国电力出版社，2007：1．[2]张威.MATLAB基础与编程入门.西安：西安电子科技大学出版社，2004.[3]邹枭，王征，宋立忠.电力系统风险评估研究现状及展望[J].电气工程，2018,6(2):143-148.[4]何敏.计及可靠性的配电变压器组检修及备用策略研究[D].重庆大学，2016.[5]宣润然，杨涛.变压器老化失效风险评估方法研究[J].中国农机化学报，2015,36(3):345-348.[6]李文沅，周家启，颜伟等.基于可靠性的电力系统设备备用规划方法[J].中国电机工程学报，2006,26(15):7-11.[7]项波，姜云鹏，任洲洋等.基于可靠性准则和绝缘年龄评估的变压器备用分析[J].中国电力，2019,52(12):46-53.[8](加)，李文沅著.电力系统风险评估:模型、方法和应用[M].科学出版社，2006.[9]张大波，李文沅，熊小伏.基于状态监测与系统风险的老化变压器更新策略(英文)[J].电力系统自动化，2013(17):64-71.[10]毕鹏翔，张文元，秦少臻等.变压器固体绝缘状况的监测方法[J].高电压技术，2000,26(3):47-49.[11]马元.变压器绝缘老化检测试验与寿命评估方法研究[D].山东大学，2010.[12]宋伟.变压器绝缘老化与寿命评估[D].山东大学，2005.[13]杨丽君.变压器油纸绝缘老化特征量与寿命评估方法研究[D].重庆大学，2009.[14]Pradhan,,MK等.Ontheestimation.ofelapsedlifeofoil-immersedpowertransformers[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2005,20(3):1962-1969.[15]方舟，那明晖，鞠颂.基于继电保护隐性故障的电力系统连锁故障研究[J].电力系统装备，2021(3):100-100,108.[16]张大波，李文沅，熊小伏.基于状态监测与系统风险的老化变压器更新策略(英文)[J].电力系统自动化，2013(17):64-71.[17]Leite,da,Silva等.ProbabilisticMethodologiesforDeterminingtheOptimalNumberofSubstationSpareTransformers[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2010,25(1):68-77.[18]Hamoud,,Gomaa等.AssessmentofSpareTransformerRequirementsforDistributionStations[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2011,26(1):174-180.[19]Hamoud,,Gomaa等.UseofMarkovModelsinAssessingSpareTransformerRequirementsforDistributionStations[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2012,27(2):1098-1105.[