基于多維度分析的電力變壓器故障風(fēng)險評估與優(yōu)化維修策略研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代社會，電力供應(yīng)的穩(wěn)定與可靠關(guān)乎國計民生，是社會正常運轉(zhuǎn)和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的基石。電力系統(tǒng)作為一個龐大而復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，肩負著將電能從發(fā)電廠高效傳輸并分配到各個用戶終端的重任，而電力變壓器則是其中的核心樞紐設(shè)備，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著無可替代的關(guān)鍵作用。從電力傳輸?shù)慕嵌葋砜?，在長距離輸電過程中，為了有效降低線路損耗，需要將發(fā)電廠輸出的低電壓通過變壓器升高為高電壓進行傳輸。例如，在我國西電東送工程中，大量的電力需要從西部地區(qū)的發(fā)電廠遠距離傳輸?shù)綎|部負荷中心，變壓器就承擔(dān)著將電壓提升至超高壓等級（如500kV、800kV等）的重要任務(wù)，從而實現(xiàn)了電能的高效傳輸，減少了輸電過程中的能量損耗。在電力分配環(huán)節(jié)，變壓器又將高電壓逐步降低到適合工業(yè)、商業(yè)和居民使用的電壓等級，如將110kV或35kV的電壓降至10kV，再由10kV降至380V/220V，以滿足不同用戶的用電需求。電力變壓器的穩(wěn)定運行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。一旦電力變壓器發(fā)生故障，哪怕只是短暫的故障，都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積停電事故的發(fā)生，給社會帶來巨大的經(jīng)濟損失和不良影響。2003年8月發(fā)生的美加“8?14”大停電事故，此次事故的直接原因之一就是俄亥俄州的多臺變壓器故障，最終導(dǎo)致美國東北部和加拿大安大略省的大面積停電，影響人口超過5000萬，經(jīng)濟損失高達數(shù)十億美元。這起事故充分暴露了電力變壓器故障對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的嚴重威脅，以及由此引發(fā)的社會經(jīng)濟問題的嚴重性。近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加速推進，電力需求呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢。為了滿足不斷增長的電力需求，電力系統(tǒng)的規(guī)模持續(xù)擴大，電壓等級不斷提高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得日益復(fù)雜。這使得電力變壓器的運行環(huán)境更加嚴峻，承受的負荷壓力不斷增大，從而增加了故障發(fā)生的概率和風(fēng)險。同時，電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展對電力變壓器的可靠性提出了更高的要求。智能電網(wǎng)需要實現(xiàn)電力的精準(zhǔn)分配、實時監(jiān)測和智能控制，而電力變壓器作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點，其運行狀態(tài)的可靠性直接影響著智能電網(wǎng)的整體性能和運行效率。因此，確保電力變壓器的安全穩(wěn)定運行，成為了保障電力系統(tǒng)可靠供電和推動智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵所在。在這樣的背景下，開展電力變壓器故障風(fēng)險評估和維修策略的研究具有極其重要的現(xiàn)實意義。通過科學(xué)有效的故障風(fēng)險評估方法，可以全面、準(zhǔn)確地識別電力變壓器運行過程中存在的各種潛在風(fēng)險因素，對故障發(fā)生的可能性及其可能造成的后果進行量化評估。這不僅有助于電力運維人員提前了解變壓器的健康狀況和潛在風(fēng)險，及時采取相應(yīng)的預(yù)防措施，避免故障的發(fā)生；還能為電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計和運行管理提供重要的決策依據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)資源配置，提高電力系統(tǒng)的整體可靠性和安全性。合理制定維修策略能夠根據(jù)電力變壓器的實際運行狀態(tài)和風(fēng)險評估結(jié)果，實現(xiàn)針對性的維修和維護。摒棄傳統(tǒng)的定期檢修模式中存在的盲目性和過度維修問題，避免不必要的人力、物力和財力浪費，提高維修效率和質(zhì)量，降低維修成本。同時，通過優(yōu)化維修策略，可以延長電力變壓器的使用壽命，提高設(shè)備的可用性和可靠性，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展提供可靠的電力保障。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和對電力可靠性要求的不斷提高，電力變壓器故障風(fēng)險評估和維修策略的研究在國內(nèi)外受到了廣泛關(guān)注，取得了一系列的研究成果。在故障風(fēng)險評估方法方面，國外起步相對較早，研究較為深入。早期主要采用故障樹分析（FTA）方法，如[具體文獻1]通過建立電力變壓器的故障樹模型，對故障原因進行了詳細的邏輯分析，能夠清晰地展示故障之間的因果關(guān)系，計算出頂事件發(fā)生的概率，為風(fēng)險評估提供了基礎(chǔ)。但故障樹分析存在對數(shù)據(jù)要求較高、處理復(fù)雜系統(tǒng)時模型龐大等局限性。后來，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（BN）方法逐漸被應(yīng)用，[具體文獻2]利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的不確定性推理能力，結(jié)合變壓器的監(jiān)測數(shù)據(jù)和專家知識，能夠更準(zhǔn)確地評估故障概率和風(fēng)險等級，并且可以方便地進行反向推理，找出導(dǎo)致故障的最可能原因。不過，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)和參數(shù)估計方面存在一定難度，需要大量的數(shù)據(jù)支持。近年來，隨著機器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，支持向量機（SVM）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法也被引入到電力變壓器故障風(fēng)險評估中。[具體文獻3]運用支持向量機對變壓器的故障特征進行分類和預(yù)測，取得了較好的效果，能夠有效處理小樣本、非線性問題，但對核函數(shù)的選擇和參數(shù)調(diào)整較為敏感。國內(nèi)在這方面的研究也取得了顯著進展。一方面，在借鑒國外先進方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)電力系統(tǒng)的實際情況進行改進和創(chuàng)新。例如，有學(xué)者將模糊理論與故障樹分析相結(jié)合，提出模糊故障樹分析方法，[具體文獻4]該方法考慮了故障發(fā)生概率的模糊性，能夠更準(zhǔn)確地評估電力變壓器的故障風(fēng)險，克服了傳統(tǒng)故障樹分析中精確概率難以獲取的問題。另一方面，積極探索新的評估指標(biāo)和模型。[具體文獻5]提出了基于變壓器油中溶解氣體分析（DGA）的風(fēng)險評估指標(biāo)體系，結(jié)合氣體含量、產(chǎn)氣速率等多個參數(shù)，運用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，從而更全面地評估變壓器的絕緣狀態(tài)和故障風(fēng)險。同時，國內(nèi)也開始注重多源信息融合的故障風(fēng)險評估方法研究，將變壓器的電氣量數(shù)據(jù)、油溫、油位等信息進行融合分析，提高評估的準(zhǔn)確性和可靠性。在維修策略制定方面，國外主要發(fā)展了以可靠性為中心的維修（RCM）策略。[具體文獻6]通過對電力變壓器的可靠性進行分析，確定關(guān)鍵部件和故障模式，根據(jù)故障后果的嚴重程度和發(fā)生概率，制定相應(yīng)的維修計劃，合理分配維修資源，提高設(shè)備的可靠性和可用性。但RCM策略在實施過程中需要大量的可靠性數(shù)據(jù)和專業(yè)的分析工具，成本較高。此外，國外還研究了基于狀態(tài)監(jiān)測的預(yù)測性維修策略，利用在線監(jiān)測技術(shù)實時獲取變壓器的運行狀態(tài)信息，通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)測模型，提前預(yù)測故障的發(fā)生，及時安排維修，避免故障的擴大。國內(nèi)在維修策略研究方面，早期主要采用定期維修策略，按照固定的時間間隔對變壓器進行檢修。這種策略雖然簡單易行，但存在盲目性，容易造成過度維修或維修不足的問題。隨著對變壓器故障風(fēng)險評估研究的深入，逐漸向狀態(tài)維修和基于風(fēng)險評估的維修策略轉(zhuǎn)變。[具體文獻7]提出了基于風(fēng)險評估的電力變壓器檢修策略，根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果將變壓器分為不同的風(fēng)險等級，針對不同等級制定相應(yīng)的檢修計劃，如對于高風(fēng)險變壓器及時安排檢修，對于低風(fēng)險變壓器適當(dāng)延長檢修周期，從而提高維修的針對性和經(jīng)濟性。同時，國內(nèi)也在不斷完善維修管理體系，加強維修人員的培訓(xùn)和技術(shù)支持，提高維修效率和質(zhì)量。當(dāng)前研究仍存在一些不足和待改進方向。在故障風(fēng)險評估方法方面，雖然已經(jīng)提出了多種方法，但每種方法都有其局限性，缺乏一種通用、準(zhǔn)確且適應(yīng)性強的評估方法。不同方法之間的融合和互補研究還不夠深入，多源信息融合的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性有待進一步提高。在維修策略制定方面，雖然基于風(fēng)險評估的維修策略已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注，但在實際應(yīng)用中，還需要進一步考慮維修成本、維修資源的合理配置以及與電力系統(tǒng)運行的協(xié)調(diào)等問題。此外，對于新型電力變壓器，如智能變壓器、超導(dǎo)變壓器等，其故障風(fēng)險評估和維修策略的研究還相對較少，需要加強這方面的研究，以滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文主要圍繞電力變壓器故障風(fēng)險評估和維修策略展開深入研究，旨在通過全面系統(tǒng)的分析，為電力變壓器的運行維護提供科學(xué)、有效的理論支持和實踐指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容如下：電力變壓器故障風(fēng)險因素分析：從電力變壓器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和運行環(huán)境等多個角度出發(fā)，深入剖析可能引發(fā)故障的各類風(fēng)險因素。例如，對變壓器的繞組、鐵芯、絕緣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進行詳細分析，探討其在長期運行過程中可能出現(xiàn)的老化、過熱、短路、受潮等故障隱患；同時，考慮外部環(huán)境因素如過電壓、過負荷、雷擊、環(huán)境污染等對變壓器運行的影響，為后續(xù)的風(fēng)險評估提供全面的因素基礎(chǔ)。電力變壓器故障風(fēng)險評估方法研究：在綜合分析現(xiàn)有風(fēng)險評估方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力變壓器的特點和實際運行數(shù)據(jù)，構(gòu)建一套科學(xué)合理的故障風(fēng)險評估體系。運用層次分析法（AHP）、模糊綜合評價法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法，對電力變壓器的故障風(fēng)險進行量化評估。通過層次分析法確定各風(fēng)險因素的相對權(quán)重，體現(xiàn)不同因素對故障風(fēng)險的影響程度差異；利用模糊綜合評價法處理風(fēng)險評估中的不確定性和模糊性問題，使評估結(jié)果更符合實際情況；借助貝葉斯網(wǎng)絡(luò)強大的不確定性推理能力，根據(jù)變壓器的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史故障數(shù)據(jù)，動態(tài)更新故障風(fēng)險評估結(jié)果，提高評估的準(zhǔn)確性和時效性。基于風(fēng)險評估的電力變壓器維修策略制定：根據(jù)故障風(fēng)險評估結(jié)果，充分考慮維修成本、維修時間、設(shè)備可靠性等因素，制定針對性的維修策略。對于低風(fēng)險的變壓器，采取定期巡檢和狀態(tài)監(jiān)測相結(jié)合的方式，適當(dāng)延長檢修周期，減少不必要的維修工作，降低維修成本；對于中等風(fēng)險的變壓器，加強監(jiān)測頻率，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)及時安排預(yù)防性維修，防止故障的進一步發(fā)展；對于高風(fēng)險的變壓器，立即安排緊急維修，采取更換關(guān)鍵部件、進行全面檢修等措施，確保設(shè)備的安全運行。同時，引入優(yōu)化算法，對維修資源進行合理配置，提高維修效率和資源利用率。案例驗證與分析：選取實際運行中的電力變壓器作為案例，收集其運行數(shù)據(jù)、故障記錄和檢修歷史等信息，運用所構(gòu)建的故障風(fēng)險評估體系和維修策略進行實證研究。通過對案例的分析，驗證評估方法和維修策略的有效性和可行性，對評估結(jié)果和維修方案進行實際檢驗。對比實際故障情況與評估結(jié)果，分析評估方法的準(zhǔn)確性和存在的不足；評估維修策略實施后的效果，包括設(shè)備可靠性的提高、維修成本的降低等方面，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為進一步完善評估方法和維修策略提供實踐依據(jù)。1.3.2研究方法為確保研究的科學(xué)性、全面性和有效性，本文擬采用以下多種研究方法：文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)文獻、研究報告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范等資料，全面了解電力變壓器故障風(fēng)險評估和維修策略的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題。對已有的研究成果進行系統(tǒng)梳理和分析，借鑒其中的先進理論、方法和技術(shù)，為本文的研究提供堅實的理論基礎(chǔ)和研究思路。數(shù)據(jù)分析法：收集大量電力變壓器的運行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)以及設(shè)備參數(shù)等信息，運用統(tǒng)計學(xué)方法和數(shù)據(jù)分析工具對這些數(shù)據(jù)進行深入挖掘和分析。通過數(shù)據(jù)分析，總結(jié)電力變壓器故障的發(fā)生規(guī)律、影響因素以及與運行參數(shù)之間的關(guān)系，為故障風(fēng)險評估模型的構(gòu)建和維修策略的制定提供數(shù)據(jù)支持。例如，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法，找出變壓器運行數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險因素；運用時間序列分析方法對變壓器的歷史運行數(shù)據(jù)進行分析，預(yù)測設(shè)備的未來運行狀態(tài)和故障發(fā)生概率。模型構(gòu)建法：根據(jù)電力變壓器的故障機理和風(fēng)險因素，運用數(shù)學(xué)模型和人工智能算法構(gòu)建故障風(fēng)險評估模型和維修策略優(yōu)化模型。在故障風(fēng)險評估模型構(gòu)建中，結(jié)合層次分析法、模糊綜合評價法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法，將定性分析與定量分析相結(jié)合，建立能夠準(zhǔn)確評估變壓器故障風(fēng)險的數(shù)學(xué)模型；在維修策略優(yōu)化模型構(gòu)建中，引入遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等智能優(yōu)化算法，以維修成本最低、設(shè)備可靠性最高等為目標(biāo)函數(shù)，對維修策略進行優(yōu)化求解，制定出最優(yōu)的維修方案。案例研究法：選取具有代表性的電力變壓器實際運行案例，對其進行詳細的案例分析和研究。通過實地調(diào)研、現(xiàn)場測試等方式獲取案例的第一手資料，運用所構(gòu)建的評估模型和維修策略對案例進行應(yīng)用和驗證。深入分析案例中變壓器的故障原因、風(fēng)險評估結(jié)果以及維修策略的實施效果，總結(jié)成功經(jīng)驗和不足之處，為實際工程應(yīng)用提供參考和借鑒。二、電力變壓器故障類型及影響因素分析2.1常見故障類型電力變壓器在長期運行過程中，由于受到多種因素的作用，可能會出現(xiàn)各種故障。這些故障不僅會影響變壓器自身的正常運行，還可能對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性造成嚴重威脅。常見的電力變壓器故障類型可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類。2.1.1內(nèi)部故障繞組故障表現(xiàn)形式：繞組故障是電力變壓器內(nèi)部較為常見且危害較大的故障類型，主要包括繞組短路和繞組斷路。繞組短路又可細分為匝間短路、相間短路和對地短路。匝間短路是指同一繞組中相鄰的幾匝線圈之間的絕緣損壞，導(dǎo)致電流直接在這些匝間流通，形成短路電流；相間短路則是指不同相的繞組之間的絕緣被擊穿，使得相間電流增大，引發(fā)嚴重的電氣故障；對地短路是繞組與變壓器的鐵芯或外殼之間的絕緣損壞，電流流向大地，破壞變壓器的正常運行。繞組斷路是指繞組中的導(dǎo)線因各種原因發(fā)生斷裂，導(dǎo)致電流無法正常流通，使變壓器無法實現(xiàn)正常的電壓變換和電能傳輸功能。產(chǎn)生原因：繞組短路的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜。制造工藝缺陷是一個重要因素，例如在繞組繞制過程中，如果線圈繞制不緊密，存在松動現(xiàn)象，在變壓器運行時受到電磁力的作用，就容易導(dǎo)致線圈相互摩擦，使絕緣層受損，進而引發(fā)匝間短路。絕緣材料質(zhì)量不佳或在長期運行過程中老化、損壞，也是導(dǎo)致繞組短路的常見原因。變壓器運行過程中，會受到溫度、濕度、電場強度等多種因素的影響，這些因素會加速絕緣材料的老化，使其絕緣性能下降，當(dāng)絕緣性能降低到一定程度時，就無法承受正常的電壓和電流，從而發(fā)生短路故障。此外，外部短路沖擊、過電壓、過負荷等運行工況也會對繞組造成損害。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，會產(chǎn)生巨大的短路電流，該電流會通過變壓器繞組，使繞組受到強大的電磁力作用，可能導(dǎo)致繞組變形、絕緣損壞，引發(fā)短路故障。過電壓（如雷擊過電壓、操作過電壓等）和過負荷會使繞組承受過高的電壓和電流，產(chǎn)生過多的熱量，加速絕緣材料的老化和損壞，增加短路故障的發(fā)生概率。危害程度：繞組短路會對變壓器造成嚴重的危害。短路故障會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，使繞組溫度急劇升高。過高的溫度會進一步加速絕緣材料的老化和損壞，形成惡性循環(huán)，嚴重時可能導(dǎo)致變壓器燒毀，引發(fā)火災(zāi)等安全事故。短路電流還會產(chǎn)生強大的電磁力，使繞組受到巨大的機械應(yīng)力作用，可能導(dǎo)致繞組變形、位移，甚至損壞鐵芯等其他部件，使變壓器徹底喪失正常運行能力。繞組短路還會影響電力系統(tǒng)的正常運行，導(dǎo)致電壓波動、電能質(zhì)量下降，甚至引發(fā)系統(tǒng)停電事故，給社會生產(chǎn)和生活帶來巨大的經(jīng)濟損失。繞組斷路會使變壓器無法正常工作，中斷電能的傳輸和分配，同樣會對電力系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生不利影響。鐵芯故障表現(xiàn)形式：鐵芯故障主要表現(xiàn)為鐵芯多點接地、鐵芯局部過熱和鐵芯短路。鐵芯多點接地是指鐵芯的正常接地之外，還存在其他額外的接地點，形成接地回路，導(dǎo)致接地電流增大；鐵芯局部過熱是由于鐵芯中的渦流損耗增加或局部磁通集中等原因，使得鐵芯的某些部位溫度異常升高；鐵芯短路是指鐵芯的硅鋼片之間的絕緣損壞，導(dǎo)致片間短路，增加鐵芯的渦流損耗。產(chǎn)生原因：鐵芯多點接地的原因可能是變壓器在制造、安裝或檢修過程中，有金屬異物或雜質(zhì)進入變壓器內(nèi)部，搭接到鐵芯上，形成了額外的接地點。鐵芯局部過熱可能是由于鐵芯的磁路設(shè)計不合理，存在局部磁通集中現(xiàn)象，導(dǎo)致該部位的渦流損耗增大，產(chǎn)生過多的熱量。鐵芯短路通常是由于鐵芯長期受到電磁振動、機械應(yīng)力等作用，使硅鋼片之間的絕緣逐漸老化、損壞，從而引發(fā)片間短路。此外，變壓器運行過程中的過電壓、過勵磁等異常工況也可能導(dǎo)致鐵芯故障的發(fā)生。危害程度：鐵芯故障會對變壓器的運行產(chǎn)生諸多不利影響。鐵芯多點接地會使接地電流增大，導(dǎo)致鐵芯局部過熱，加速絕緣材料的老化，嚴重時可能損壞鐵芯和繞組絕緣，引發(fā)更嚴重的故障。鐵芯局部過熱會降低變壓器的效率，影響其正常運行性能，長期過熱還可能導(dǎo)致鐵芯損壞，使變壓器無法正常工作。鐵芯短路會增加鐵芯的渦流損耗，使變壓器的溫升加劇，同樣會加速絕緣材料的老化，縮短變壓器的使用壽命，甚至可能引發(fā)變壓器故障，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。絕緣故障表現(xiàn)形式：絕緣故障是電力變壓器內(nèi)部故障的重要組成部分，主要表現(xiàn)為絕緣老化、絕緣受潮和局部放電。絕緣老化是指絕緣材料在長期的電場、溫度、濕度等因素作用下，性能逐漸下降，失去原有的絕緣能力；絕緣受潮是由于變壓器密封不良、呼吸器失效等原因，導(dǎo)致水分進入變壓器內(nèi)部，使絕緣材料的絕緣性能大幅降低；局部放電是在電場作用下，絕緣材料內(nèi)部或表面的氣隙、雜質(zhì)等部位發(fā)生的局部電離現(xiàn)象，會逐漸腐蝕絕緣材料，降低其絕緣性能。產(chǎn)生原因：絕緣老化主要是由于絕緣材料長期處于高溫、高電場強度的環(huán)境中，發(fā)生熱分解、氧化等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其物理和化學(xué)性能逐漸劣化。絕緣受潮的原因除了密封不良和呼吸器失效外，還可能是在變壓器安裝、檢修過程中，沒有采取有效的防潮措施，使水分侵入變壓器內(nèi)部。局部放電的產(chǎn)生與絕緣材料的質(zhì)量、制造工藝以及運行過程中的電場分布等因素有關(guān)。如果絕緣材料內(nèi)部存在氣隙、雜質(zhì)或缺陷，在電場作用下，這些部位的電場強度會集中，當(dāng)電場強度達到一定程度時，就會引發(fā)局部放電。危害程度：絕緣故障嚴重威脅變壓器的安全運行。絕緣老化會使絕緣材料的電氣強度降低，容易發(fā)生絕緣擊穿事故，導(dǎo)致變壓器短路、燒毀等嚴重故障。絕緣受潮會使絕緣電阻大幅下降，增加泄漏電流，可能引發(fā)局部過熱和放電現(xiàn)象，進一步損壞絕緣。局部放電會逐漸腐蝕絕緣材料，使絕緣性能不斷下降，最終導(dǎo)致絕緣擊穿，引發(fā)變壓器故障，影響電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。一旦變壓器因絕緣故障發(fā)生事故，不僅會造成設(shè)備損壞，還可能導(dǎo)致大面積停電，給電力企業(yè)和用戶帶來巨大的經(jīng)濟損失。分接開關(guān)故障表現(xiàn)形式：分接開關(guān)故障主要包括分接開關(guān)接觸不良、分接開關(guān)觸頭燒損和分接開關(guān)位置指示錯誤。分接開關(guān)接觸不良是指分接開關(guān)的動、靜觸頭之間接觸電阻增大，導(dǎo)致接觸部位發(fā)熱；分接開關(guān)觸頭燒損是由于接觸不良產(chǎn)生的高溫或過大的電流，使觸頭表面熔化、燒蝕；分接開關(guān)位置指示錯誤則是指分接開關(guān)的實際位置與指示位置不一致，可能導(dǎo)致操作人員誤操作。產(chǎn)生原因：分接開關(guān)接觸不良的原因可能是分接開關(guān)的制造質(zhì)量不佳，動、靜觸頭的接觸壓力不足或接觸表面不平整；長期運行過程中，觸頭表面氧化、腐蝕，也會導(dǎo)致接觸電阻增大。分接開關(guān)觸頭燒損通常是由于接觸不良產(chǎn)生的高溫以及在切換分接位置時產(chǎn)生的電弧，對觸頭造成損壞。分接開關(guān)位置指示錯誤可能是由于指示機構(gòu)的機械故障、連接松動或電氣控制部分的故障導(dǎo)致的。危害程度：分接開關(guān)故障會影響變壓器的電壓調(diào)節(jié)功能，導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定，影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。分接開關(guān)接觸不良和觸頭燒損產(chǎn)生的高溫，可能會損壞分接開關(guān)本身，甚至引發(fā)火災(zāi)等安全事故。分接開關(guān)位置指示錯誤可能導(dǎo)致操作人員誤操作，使變壓器運行在不合適的分接位置，增加變壓器的損耗，影響其正常運行，嚴重時還可能引發(fā)其他故障，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成威脅。2.1.2外部故障套管閃絡(luò)特點：套管閃絡(luò)是電力變壓器常見的外部故障之一，通常表現(xiàn)為套管表面出現(xiàn)放電現(xiàn)象，產(chǎn)生強烈的電弧和閃光，并伴有巨大的聲響。在閃絡(luò)發(fā)生時，套管表面的絕緣被擊穿，形成導(dǎo)電通道，導(dǎo)致電流瞬間增大，對變壓器和電力系統(tǒng)的安全運行構(gòu)成嚴重威脅。成因：套管閃絡(luò)的成因較為復(fù)雜，主要包括以下幾個方面。套管表面臟污是導(dǎo)致閃絡(luò)的常見原因之一。在變壓器運行過程中，套管長期暴露在戶外環(huán)境中，容易吸附空氣中的灰塵、污穢等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在套管表面逐漸積累。當(dāng)遇到潮濕天氣或凝露時，雜質(zhì)會吸收水分，使套管表面的絕緣電阻降低，在電場作用下，就容易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。套管本身的質(zhì)量問題也可能引發(fā)閃絡(luò)。例如，套管的制造工藝不良，存在內(nèi)部缺陷，如瓷質(zhì)不良有沙眼或裂紋、電容芯子制造有缺陷導(dǎo)致內(nèi)部游離放電等，都會降低套管的絕緣性能，增加閃絡(luò)的風(fēng)險。系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部或外部過電壓也是引發(fā)套管閃絡(luò)的重要因素。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生雷擊、操作等過電壓時，過高的電壓可能會擊穿套管的絕緣，導(dǎo)致閃絡(luò)事故的發(fā)生。對變壓器運行的影響：套管閃絡(luò)會對變壓器的運行產(chǎn)生嚴重影響。閃絡(luò)瞬間產(chǎn)生的巨大電流會通過變壓器繞組，使繞組受到強大的電磁力沖擊，可能導(dǎo)致繞組變形、絕緣損壞，進而引發(fā)變壓器內(nèi)部故障。頻繁的套管閃絡(luò)還會使套管表面的絕緣性能進一步下降，縮短套管的使用壽命，增加變壓器的維護成本和故障風(fēng)險。套管閃絡(luò)還可能影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致電壓波動、電能質(zhì)量下降，甚至引發(fā)系統(tǒng)停電事故，給電力用戶帶來不便和經(jīng)濟損失。引線故障特點：引線故障主要表現(xiàn)為引線接頭過熱、引線斷裂和引線絕緣損壞。引線接頭過熱時，接頭部位溫度升高，可能會導(dǎo)致接頭處的金屬材料熔化、氧化，使接觸電阻進一步增大，形成惡性循環(huán)；引線斷裂通常是由于引線長期受到機械應(yīng)力、振動或腐蝕等作用，導(dǎo)致導(dǎo)線疲勞、斷裂；引線絕緣損壞則會使引線的絕緣性能下降，容易引發(fā)短路故障。成因：引線接頭過熱的原因可能是接頭連接不牢固，接觸電阻過大，當(dāng)電流通過時，會在接頭處產(chǎn)生大量的熱量。引線長期處于高溫、高濕度的環(huán)境中，也會加速接頭的氧化和腐蝕，導(dǎo)致接觸電阻增大，引發(fā)過熱故障。引線斷裂可能是由于在變壓器安裝、檢修過程中，引線受到過度的拉伸或彎曲，使導(dǎo)線內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，在長期運行過程中，受到機械應(yīng)力和振動的作用，逐漸發(fā)生斷裂。此外，引線所處的環(huán)境惡劣，如受到化學(xué)腐蝕、紫外線照射等，也會降低導(dǎo)線的機械強度，增加斷裂的風(fēng)險。引線絕緣損壞的原因可能是絕緣材料質(zhì)量不佳、老化、受潮或受到外力破壞等。在變壓器運行過程中，絕緣材料會受到電場、溫度、濕度等因素的影響，逐漸老化變質(zhì)，失去原有的絕緣性能。如果絕緣材料在制造或安裝過程中存在缺陷，也容易在運行過程中受到損壞，引發(fā)絕緣故障。對變壓器運行的影響：引線故障會嚴重影響變壓器的正常運行。引線接頭過熱會使變壓器的損耗增加，效率降低，還可能導(dǎo)致接頭處的絕緣材料損壞，引發(fā)短路故障。引線斷裂會使變壓器的電路中斷，無法正常傳輸電能，導(dǎo)致變壓器停止工作。引線絕緣損壞則可能引發(fā)相間短路或?qū)Φ囟搪罚棺儔浩魇艿絿乐氐碾姎鉀_擊，損壞繞組和其他部件，甚至引發(fā)火災(zāi)等安全事故。引線故障還會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，導(dǎo)致電壓波動、停電等問題，給電力用戶帶來不良影響。冷卻系統(tǒng)故障特點：冷卻系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為冷卻介質(zhì)溫度過高、冷卻介質(zhì)流量不足、冷卻設(shè)備損壞等。當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度過高時，無法有效地將變壓器產(chǎn)生的熱量帶走，導(dǎo)致變壓器油溫升高；冷卻介質(zhì)流量不足會使冷卻效果變差，同樣會引起變壓器溫度上升；冷卻設(shè)備損壞，如冷卻風(fēng)扇故障、冷卻水泵故障等，會直接導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)無法正常工作。成因：冷卻系統(tǒng)故障的成因有多種。冷卻介質(zhì)溫度過高可能是由于環(huán)境溫度過高，冷卻系統(tǒng)的散熱能力不足，或者冷卻介質(zhì)循環(huán)不暢，導(dǎo)致熱量在冷卻系統(tǒng)中積聚。冷卻介質(zhì)流量不足可能是由于管道堵塞、閥門故障、冷卻泵性能下降等原因，使冷卻介質(zhì)無法正常循環(huán)，無法滿足變壓器的散熱需求。冷卻設(shè)備損壞可能是由于設(shè)備長期運行，零部件磨損、老化，或者設(shè)備質(zhì)量不佳，在運行過程中出現(xiàn)故障。此外，冷卻系統(tǒng)的維護管理不到位，如未及時進行設(shè)備檢修、清洗，也會增加冷卻系統(tǒng)故障的發(fā)生概率。對變壓器運行的影響：冷卻系統(tǒng)故障對變壓器的運行危害極大。變壓器在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果冷卻系統(tǒng)無法正常工作，熱量無法及時散發(fā)出去，會導(dǎo)致變壓器油溫過高。過高的油溫會加速絕緣材料的老化，降低絕緣性能，增加變壓器故障的風(fēng)險。長期的高溫運行還可能導(dǎo)致變壓器繞組變形、鐵芯損壞等嚴重故障，使變壓器無法正常運行，甚至引發(fā)火災(zāi)等安全事故。冷卻系統(tǒng)故障還會影響變壓器的使用壽命和可靠性，增加電力系統(tǒng)的運行維護成本。2.2影響故障風(fēng)險的因素電力變壓器的故障風(fēng)險受到多種因素的綜合影響，深入分析這些因素對于準(zhǔn)確評估故障風(fēng)險和制定有效的維修策略具有重要意義。下面將從設(shè)備自身、運行環(huán)境和運行操作三個方面對影響電力變壓器故障風(fēng)險的因素進行詳細闡述。2.2.1設(shè)備自身因素設(shè)備老化：隨著運行時間的增長，電力變壓器的各個部件會逐漸老化，這是影響其故障風(fēng)險的重要設(shè)備自身因素之一。以絕緣材料為例，在長期的運行過程中，絕緣材料會受到電場、溫度、濕度以及機械應(yīng)力等多種因素的作用，發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致其性能逐漸下降。如油紙絕緣中的纖維素會發(fā)生熱分解、氧化和水解等反應(yīng)，使其聚合度降低，機械強度和電氣性能變差。研究表明，當(dāng)絕緣紙的聚合度下降到250-300時，其機械強度會顯著降低，無法承受正常運行時的機械應(yīng)力，容易發(fā)生破損，從而增加絕緣故障的風(fēng)險。鐵芯的老化也不容忽視，長期的電磁振動會使鐵芯的硅鋼片之間的絕緣逐漸磨損，導(dǎo)致渦流損耗增大，鐵芯局部過熱，進而影響變壓器的正常運行，增加故障發(fā)生的概率。制造工藝缺陷：制造工藝缺陷是電力變壓器在生產(chǎn)制造過程中留下的隱患，對其故障風(fēng)險有著直接的影響。在繞組制造過程中，如果線圈繞制不均勻，會導(dǎo)致繞組各部分的電阻和電感分布不一致，在運行時產(chǎn)生不均衡的電磁力，使繞組容易發(fā)生變形和位移，進而損壞絕緣，引發(fā)短路故障。制造過程中絕緣處理不當(dāng)也是一個常見的問題。若絕緣材料的浸漬不均勻，會存在氣隙或空洞，這些氣隙在電場作用下容易發(fā)生局部放電現(xiàn)象。局部放電會逐漸腐蝕絕緣材料，使絕緣性能不斷下降，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿，引發(fā)嚴重的故障。鐵芯的制造工藝對變壓器的性能也至關(guān)重要。如果鐵芯的疊片不整齊，存在縫隙或毛刺，會導(dǎo)致磁路不順暢，增加磁滯損耗和渦流損耗，使鐵芯發(fā)熱嚴重，影響變壓器的正常運行，甚至引發(fā)鐵芯故障。部件質(zhì)量問題：電力變壓器由眾多部件組成，各部件的質(zhì)量直接關(guān)系到變壓器的整體性能和故障風(fēng)險。一些劣質(zhì)的繞組導(dǎo)線，其電阻可能不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，在運行過程中會產(chǎn)生過多的熱量，加速絕緣材料的老化，增加繞組故障的可能性。鐵芯材料的質(zhì)量也不容忽視，低質(zhì)量的硅鋼片磁導(dǎo)率低、損耗大，會導(dǎo)致變壓器的效率降低，運行溫度升高，從而影響變壓器的可靠性。絕緣材料的質(zhì)量更是關(guān)鍵，質(zhì)量不佳的絕緣材料無法提供有效的絕緣保護，容易在電場、溫度等因素的作用下發(fā)生損壞，引發(fā)絕緣故障。分接開關(guān)等其他部件的質(zhì)量問題也可能導(dǎo)致相應(yīng)的故障。如分接開關(guān)的觸頭材質(zhì)不好，容易在頻繁的切換操作中磨損、氧化，導(dǎo)致接觸不良，引發(fā)分接開關(guān)故障，影響變壓器的電壓調(diào)節(jié)功能和正常運行。2.2.2運行環(huán)境因素溫度：溫度是影響電力變壓器運行的重要環(huán)境因素之一。當(dāng)環(huán)境溫度過高時，變壓器的散熱條件變差，內(nèi)部熱量難以散發(fā)出去，會導(dǎo)致變壓器油溫升高。油溫過高會加速絕緣材料的老化，降低其絕緣性能。研究表明，變壓器絕緣材料的老化速度與溫度密切相關(guān)，一般情況下，油溫每升高8℃，絕緣材料的老化速度會加快約一倍。過高的溫度還會使變壓器繞組的電阻增大，銅損增加，進一步加劇變壓器的發(fā)熱，形成惡性循環(huán)，增加變壓器故障的風(fēng)險。在夏季高溫時段，部分地區(qū)的電力變壓器由于環(huán)境溫度過高，油溫經(jīng)常超出正常范圍，導(dǎo)致絕緣老化加速，故障發(fā)生率明顯上升。濕度：濕度對電力變壓器的影響主要體現(xiàn)在對絕緣性能的損害上。當(dāng)環(huán)境濕度較大時，變壓器內(nèi)部的絕緣材料容易受潮。絕緣材料受潮后，其絕緣電阻會顯著降低，泄漏電流增大，容易引發(fā)局部過熱和放電現(xiàn)象。水分還會與絕緣材料中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加速絕緣材料的老化和分解。如油紙絕緣中的水分會參與纖維素的水解反應(yīng)，使絕緣紙的機械強度和電氣性能下降。長期處于高濕度環(huán)境中的變壓器，其絕緣故障的發(fā)生概率會明顯增加。在一些潮濕的沿海地區(qū)，由于空氣濕度較大，電力變壓器的絕緣受潮問題較為突出，需要采取加強密封、安裝除濕設(shè)備等措施來降低濕度對變壓器的影響。灰塵：灰塵在電力變壓器的運行環(huán)境中普遍存在，過多的灰塵會對變壓器產(chǎn)生諸多不良影響?；覊m會在變壓器的表面和內(nèi)部堆積，尤其是在散熱片和通風(fēng)口處?；覊m的堆積會影響變壓器的散熱效果，使熱量積聚，導(dǎo)致變壓器溫度升高?；覊m還可能吸附空氣中的水分和腐蝕性氣體，形成具有腐蝕性的污垢，對變壓器的金屬部件和絕緣材料造成腐蝕和損壞。如灰塵中的酸性物質(zhì)會與絕緣材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低其絕緣性能。當(dāng)灰塵進入變壓器內(nèi)部的電氣連接部位時，還可能導(dǎo)致接觸電阻增大，引發(fā)局部過熱和放電現(xiàn)象，增加變壓器故障的風(fēng)險。在一些工業(yè)廠區(qū)或粉塵較大的環(huán)境中，電力變壓器需要定期進行清潔維護，以減少灰塵對其運行的影響。其他環(huán)境因素：除了溫度、濕度和灰塵外，還有其他一些環(huán)境因素也會增加變壓器的故障風(fēng)險。例如，變壓器所處的環(huán)境中存在腐蝕性氣體（如二氧化硫、硫化氫等），這些氣體會與變壓器的金屬部件和絕緣材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致部件腐蝕、絕緣性能下降。在化工企業(yè)附近的變電站中，由于受到周邊化工廠排放的腐蝕性氣體影響，變壓器的外殼和內(nèi)部部件容易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，需要采取特殊的防護措施。強電磁干擾也可能對變壓器的正常運行產(chǎn)生影響。當(dāng)變壓器周圍存在大型電機、電焊機等設(shè)備時，它們產(chǎn)生的強電磁干擾可能會影響變壓器的控制和保護系統(tǒng)，導(dǎo)致誤動作或故障。雷擊也是一種常見的外部環(huán)境因素，當(dāng)變壓器遭受雷擊時，會受到強大的過電壓沖擊，可能損壞變壓器的絕緣和繞組，引發(fā)嚴重的故障。因此，在變壓器的設(shè)計和安裝過程中，需要考慮防雷措施，如安裝避雷器等。2.2.3運行操作因素過載運行：過載運行是電力變壓器運行操作中常見的問題，對變壓器的危害較大。當(dāng)變壓器長期處于過載運行狀態(tài)時，其繞組中的電流會超過額定值，導(dǎo)致繞組發(fā)熱加劇。根據(jù)焦耳定律，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比，因此過載時繞組產(chǎn)生的熱量會大幅增加。過多的熱量會使繞組溫度迅速升高，加速絕緣材料的老化。長期的高溫還可能導(dǎo)致繞組絕緣損壞，引發(fā)短路故障。過載運行還會使變壓器的鐵芯飽和程度增加，導(dǎo)致鐵芯損耗增大，進一步加劇變壓器的發(fā)熱。過載運行還會影響變壓器的使用壽命，研究表明，變壓器過載10%運行時，其使用壽命可能會縮短約1/3。在電力需求高峰期，一些地區(qū)的電力變壓器由于負荷增長過快，經(jīng)常出現(xiàn)過載運行的情況，這不僅增加了變壓器的故障風(fēng)險，也對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行構(gòu)成了威脅。誤操作：誤操作是由于操作人員的疏忽或違規(guī)操作導(dǎo)致的，可能引發(fā)電力變壓器的嚴重故障。在變壓器的倒閘操作過程中，如果操作人員沒有按照正確的操作規(guī)程進行操作，如帶負荷拉合閘、誤分誤合斷路器等，會產(chǎn)生強烈的電弧和過電壓，可能損壞變壓器的絕緣和繞組。在進行變壓器的檢修和維護工作時，如果操作人員沒有采取有效的安全措施，如未對變壓器進行充分的放電就進行檢修，可能會導(dǎo)致操作人員觸電，同時也可能對變壓器造成損壞。錯誤的參數(shù)設(shè)置也屬于誤操作的范疇。例如，在調(diào)整變壓器的分接開關(guān)時，如果設(shè)置的分接位置不當(dāng)，會導(dǎo)致變壓器輸出電壓異常，影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，長期運行還可能對變壓器的繞組和絕緣造成損害。操作人員的技能水平和責(zé)任心對防止誤操作至關(guān)重要。通過加強操作人員的培訓(xùn)，提高其專業(yè)技能和安全意識，嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，可以有效減少誤操作的發(fā)生，降低變壓器的故障風(fēng)險。頻繁啟停：頻繁啟停對電力變壓器的影響主要體現(xiàn)在對繞組和鐵芯的機械應(yīng)力以及絕緣性能的損害上。當(dāng)變壓器啟動時，會產(chǎn)生較大的勵磁涌流，其幅值可達額定電流的數(shù)倍甚至十幾倍。勵磁涌流會使繞組受到強大的電磁力作用，產(chǎn)生機械振動和應(yīng)力。頻繁的啟動會使繞組長期承受這種機械應(yīng)力，容易導(dǎo)致繞組的緊固部件松動、線圈變形，進而損壞絕緣，引發(fā)短路故障。在變壓器的啟停過程中，鐵芯中的磁通會發(fā)生快速變化，產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，使鐵芯發(fā)熱。頻繁啟停會使鐵芯反復(fù)受到熱應(yīng)力的作用，加速鐵芯絕緣的老化，增加鐵芯故障的風(fēng)險。頻繁啟停還會對變壓器的絕緣性能產(chǎn)生影響。在變壓器的停運過程中，絕緣材料會逐漸恢復(fù)其絕緣性能，但頻繁啟停會使絕緣材料來不及充分恢復(fù)，長期積累會導(dǎo)致絕緣性能下降，增加變壓器故障的概率。因此，在實際運行中，應(yīng)盡量避免電力變壓器的頻繁啟停，以減少對變壓器的損害，降低故障風(fēng)險。三、電力變壓器故障風(fēng)險評估方法3.1風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建3.1.1確定評估指標(biāo)電力變壓器故障風(fēng)險評估指標(biāo)體系的構(gòu)建是實現(xiàn)準(zhǔn)確風(fēng)險評估的關(guān)鍵基礎(chǔ)，需要全面、系統(tǒng)地考慮電力變壓器運行過程中的各種因素，從多個維度選取具有代表性和敏感性的評估指標(biāo)，以確保能夠真實、準(zhǔn)確地反映變壓器的故障風(fēng)險狀態(tài)。從電氣性能方面來看，選取繞組直流電阻、變比、絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等指標(biāo)具有重要意義。繞組直流電阻能夠有效反映繞組的電氣連接狀況以及是否存在短路、斷股等缺陷。當(dāng)繞組出現(xiàn)短路時，其直流電阻會明顯減??；而若存在斷股現(xiàn)象，直流電阻則會增大。變比是衡量變壓器電壓變換能力的重要參數(shù)，若變比發(fā)生異常變化，可能暗示著繞組匝數(shù)出現(xiàn)問題，進而影響變壓器的正常電壓變換功能。絕緣電阻和介質(zhì)損耗因數(shù)是評估變壓器絕緣性能的關(guān)鍵指標(biāo)。絕緣電阻的降低往往表明絕緣材料存在受潮、老化或損壞等情況，導(dǎo)致絕緣性能下降；介質(zhì)損耗因數(shù)增大則說明絕緣內(nèi)部存在局部放電或其他絕緣缺陷，會加速絕緣材料的老化，增加故障風(fēng)險。例如，在某變電站的一臺110kV電力變壓器檢測中，發(fā)現(xiàn)其繞組直流電阻與歷史數(shù)據(jù)相比有明顯下降，經(jīng)進一步檢查，確定是由于繞組內(nèi)部存在局部短路故障，及時進行維修后避免了故障的進一步擴大。機械性能方面，振動和噪聲是重要的評估指標(biāo)。變壓器在正常運行時，其振動和噪聲處于相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松動、鐵芯夾緊力不足或繞組變形等問題時，會導(dǎo)致振動加劇，噪聲增大。通過對振動和噪聲的監(jiān)測與分析，可以及時發(fā)現(xiàn)這些潛在的機械故障隱患。例如，利用振動傳感器對變壓器的振動信號進行采集，通過分析振動的幅值、頻率等特征，能夠判斷變壓器內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)是否正常。在某電廠的電力變壓器運行監(jiān)測中，通過振動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)變壓器的振動幅值突然增大，且振動頻率出現(xiàn)異常成分，經(jīng)過檢修發(fā)現(xiàn)是由于鐵芯的夾緊螺栓松動，及時進行緊固后，變壓器恢復(fù)正常運行。熱性能方面，油溫、繞組溫度和熱點溫度是關(guān)鍵指標(biāo)。油溫直接反映了變壓器內(nèi)部的熱量散發(fā)情況，繞組溫度則直接影響繞組絕緣的壽命。當(dāng)油溫或繞組溫度過高時，會加速絕緣材料的老化，降低絕緣性能，增加故障發(fā)生的概率。熱點溫度是變壓器內(nèi)部溫度最高的部位，對變壓器的安全運行至關(guān)重要。通過監(jiān)測熱點溫度，可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部可能存在的局部過熱問題。例如，采用光纖測溫技術(shù)對變壓器繞組的熱點溫度進行實時監(jiān)測，當(dāng)熱點溫度超過設(shè)定的閾值時，及時發(fā)出報警信號，提示運維人員采取相應(yīng)的降溫措施。在某地區(qū)的電網(wǎng)中，由于夏季高溫負荷增加，部分電力變壓器的油溫持續(xù)升高，接近甚至超過了允許的上限值，通過加強冷卻措施和調(diào)整負荷分配，有效降低了油溫，保障了變壓器的安全運行?；瘜W(xué)性能方面，油中溶解氣體分析（DGA）是一種廣泛應(yīng)用且有效的評估方法。通過檢測變壓器油中溶解的氫氣（H_2）、甲烷（CH_4）、乙烷（C_2H_6）、乙烯（C_2H_4）、乙炔（C_2H_2）等氣體的含量及比例，可以判斷變壓器內(nèi)部是否存在過熱、放電等故障。不同的故障類型會導(dǎo)致油中溶解氣體的成分和含量呈現(xiàn)出特定的變化規(guī)律。例如，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部過熱故障時，油中CH_4、C_2H_4等烴類氣體的含量會升高；而當(dāng)出現(xiàn)放電故障時，H_2、C_2H_2等氣體的含量會顯著增加。通過對這些氣體含量和比例的分析，運用三比值法等方法，可以準(zhǔn)確判斷故障的類型和嚴重程度。在某變電站的一臺220kV電力變壓器的DGA檢測中，發(fā)現(xiàn)油中C_2H_2含量異常升高，經(jīng)進一步分析判斷為變壓器內(nèi)部存在局部放電故障，及時進行檢修處理，避免了故障的惡化。除了上述電氣、機械、熱和化學(xué)性能方面的指標(biāo)外，運行環(huán)境因素如溫度、濕度、灰塵等也對變壓器的故障風(fēng)險有著重要影響，應(yīng)納入評估指標(biāo)體系。同時，運行操作因素如過載運行、誤操作、頻繁啟停等同樣不容忽視，這些因素會直接或間接地導(dǎo)致變壓器故障的發(fā)生，需要在風(fēng)險評估中予以充分考慮。例如，通過對變壓器運行環(huán)境中的溫度和濕度進行實時監(jiān)測，結(jié)合變壓器的運行數(shù)據(jù)，可以分析環(huán)境因素對變壓器故障風(fēng)險的影響程度；通過統(tǒng)計變壓器的過載運行時間和次數(shù)，以及誤操作的情況，可以評估運行操作因素對故障風(fēng)險的貢獻。這些評估指標(biāo)的選取依據(jù)是它們與電力變壓器故障風(fēng)險之間存在著密切的內(nèi)在聯(lián)系，能夠從不同角度反映變壓器的運行狀態(tài)和潛在故障風(fēng)險。通過對這些指標(biāo)的綜合監(jiān)測和分析，可以全面、準(zhǔn)確地評估電力變壓器的故障風(fēng)險，為制定科學(xué)合理的維修策略提供有力的依據(jù)。3.1.2指標(biāo)權(quán)重確定在電力變壓器故障風(fēng)險評估指標(biāo)體系中，各評估指標(biāo)對故障風(fēng)險的影響程度并非等同，確定指標(biāo)權(quán)重是量化各指標(biāo)相對重要性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能夠為風(fēng)險評估提供更具科學(xué)性和準(zhǔn)確性的依據(jù)。本文采用層次分析法（AHP）來確定各評估指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法是一種將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進行定性和定量分析的決策方法。其基本原理是通過兩兩比較的方式確定各層次中元素的相對重要性，構(gòu)建判斷矩陣，然后通過計算判斷矩陣的特征向量來確定各元素的權(quán)重。在電力變壓器故障風(fēng)險評估中應(yīng)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，主要包括以下步驟：建立層次結(jié)構(gòu)模型：將電力變壓器故障風(fēng)險評估問題分解為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。目標(biāo)層為電力變壓器故障風(fēng)險評估；準(zhǔn)則層包括電氣性能、機械性能、熱性能、化學(xué)性能以及運行環(huán)境和運行操作等方面；指標(biāo)層則是各準(zhǔn)則層下具體的評估指標(biāo)，如電氣性能準(zhǔn)則層下的繞組直流電阻、變比、絕緣電阻等指標(biāo)。通過這樣的層次結(jié)構(gòu)，能夠清晰地展示各評估指標(biāo)之間的相互關(guān)系和層次隸屬關(guān)系。構(gòu)造判斷矩陣：邀請電力系統(tǒng)領(lǐng)域的專家，針對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層中的各元素，采用1-9標(biāo)度法進行兩兩比較。1-9標(biāo)度法是一種將人的主觀判斷進行量化的方法，其中1表示兩個元素具有同樣重要性，3表示一個元素比另一個元素稍微重要，5表示一個元素比另一個元素明顯重要，7表示一個元素比另一個元素強烈重要，9表示一個元素比另一個元素極端重要，2、4、6、8則為上述相鄰判斷的中間值。例如，在判斷電氣性能和機械性能對電力變壓器故障風(fēng)險的重要程度時，若專家認為電氣性能比機械性能稍微重要，則在判斷矩陣中對應(yīng)元素的值設(shè)為3；反之，若認為機械性能比電氣性能稍微重要，則對應(yīng)元素的值設(shè)為1/3。通過這種方式，構(gòu)建出準(zhǔn)則層對目標(biāo)層以及指標(biāo)層對準(zhǔn)則層的判斷矩陣。層次單排序及一致性檢驗：根據(jù)判斷矩陣計算各層次元素對于上一層次某元素的相對權(quán)重，即層次單排序。計算方法通常采用特征根法，求出判斷矩陣的最大特征根\lambda_{max}及其對應(yīng)的特征向量W，將特征向量歸一化后得到各元素的權(quán)重向量。為了確保判斷矩陣的一致性，需要進行一致性檢驗。一致性指標(biāo)CI=(\lambda_{max}-n)/(n-1)，其中n為判斷矩陣的階數(shù)。引入隨機一致性指標(biāo)RI，它是通過大量隨機判斷矩陣計算得到的平均值，與矩陣階數(shù)有關(guān)。一致性比例CR=CI/RI，當(dāng)CR\lt0.1時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要對判斷矩陣進行調(diào)整，重新計算權(quán)重。例如，對于一個5階的判斷矩陣，計算得到\lambda_{max}=5.2，則CI=(5.2-5)/(5-1)=0.05，查RI表可知5階矩陣的RI=1.12，CR=0.05/1.12\approx0.045\lt0.1，說明該判斷矩陣具有滿意的一致性，計算得到的權(quán)重向量有效。層次總排序：在完成層次單排序及一致性檢驗后，需要計算指標(biāo)層各指標(biāo)對于目標(biāo)層的總權(quán)重，即層次總排序。通過自上而下的方式，將層次單排序的結(jié)果進行逐層合成。假設(shè)準(zhǔn)則層有m個準(zhǔn)則，指標(biāo)層有n個指標(biāo)，準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)重向量為A=[a_1,a_2,\cdots,a_m]，第i個準(zhǔn)則下指標(biāo)層對該準(zhǔn)則的權(quán)重向量為W_i=[w_{i1},w_{i2},\cdots,w_{in}]，則指標(biāo)層各指標(biāo)對目標(biāo)層的總權(quán)重向量W=[\sum_{i=1}^{m}a_iw_{i1},\sum_{i=1}^{m}a_iw_{i2},\cdots,\sum_{i=1}^{m}a_iw_{in}]。通過層次總排序，得到各評估指標(biāo)在整個故障風(fēng)險評估體系中的相對權(quán)重，從而明確各指標(biāo)對電力變壓器故障風(fēng)險的影響程度大小。確定指標(biāo)權(quán)重具有重要意義。它能夠明確各評估指標(biāo)在故障風(fēng)險評估中的相對重要性，使評估結(jié)果更加科學(xué)合理。在制定維修策略時，可以根據(jù)指標(biāo)權(quán)重對不同的風(fēng)險因素進行有針對性的處理。對于權(quán)重較大的指標(biāo)所對應(yīng)的風(fēng)險因素，應(yīng)給予高度關(guān)注，采取更為嚴格的監(jiān)測和維護措施，以降低故障風(fēng)險；而對于權(quán)重較小的指標(biāo)所對應(yīng)的風(fēng)險因素，可以適當(dāng)降低監(jiān)測和維護的強度，從而合理分配維修資源，提高維修效率和經(jīng)濟性。例如，若通過層次分析法確定繞組直流電阻和絕緣電阻在電氣性能準(zhǔn)則層中的權(quán)重較大，那么在變壓器的運行維護中，應(yīng)重點加強對這兩個指標(biāo)的監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的問題，以保障變壓器的安全運行。3.2風(fēng)險評估模型建立3.2.1基于模糊綜合評價法的評估模型模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法，它能夠有效地處理評價過程中的不確定性和模糊性問題，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其基本原理是利用模糊變換原理和最大隸屬度原則，將多個評價因素對被評價對象的影響進行綜合考慮，從而得出對被評價對象的綜合評價結(jié)果。在電力變壓器故障風(fēng)險評估中，該方法能夠充分考慮各種風(fēng)險因素的模糊性和相互關(guān)系，提供更全面、準(zhǔn)確的評估結(jié)果。在構(gòu)建基于模糊綜合評價法的電力變壓器故障風(fēng)險評估模型時，首先需要確定評價因素集U和評價等級集V。評價因素集U由前面確定的電力變壓器故障風(fēng)險評估指標(biāo)體系中的各項指標(biāo)組成，即U=\{u_1,u_2,\cdots,u_n\}，其中u_i表示第i個評價指標(biāo)，如繞組直流電阻、絕緣電阻、油溫等。評價等級集V是對電力變壓器故障風(fēng)險程度的劃分，通常可分為低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險和高風(fēng)險五個等級，即V=\{v_1,v_2,v_3,v_4,v_5\}。確定各評價因素的權(quán)重向量A是模型構(gòu)建的關(guān)鍵步驟之一。如前文所述，本文采用層次分析法（AHP）來確定權(quán)重。通過構(gòu)建判斷矩陣、進行層次單排序和一致性檢驗等步驟，得到各評價因素對于故障風(fēng)險評估的相對權(quán)重向量A=[a_1,a_2,\cdots,a_n]，其中a_i表示第i個評價因素的權(quán)重，且滿足\sum_{i=1}^{n}a_i=1。權(quán)重向量A反映了各評價因素在故障風(fēng)險評估中的相對重要程度，為后續(xù)的模糊綜合評價提供了重要依據(jù)。構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣R是模型構(gòu)建的另一個重要環(huán)節(jié)。模糊關(guān)系矩陣R表示各評價因素與評價等級之間的模糊關(guān)系，其元素r_{ij}表示第i個評價因素u_i對第j個評價等級v_j的隸屬度。隸屬度的確定方法有多種，常用的有專家評分法、隸屬函數(shù)法等。在電力變壓器故障風(fēng)險評估中，對于定量指標(biāo)（如電氣性能、熱性能等方面的指標(biāo)），可根據(jù)其實際測量值與相應(yīng)的閾值范圍，通過建立合適的隸屬函數(shù)來確定隸屬度。以油溫為例，可采用梯形隸屬函數(shù)來確定其對不同風(fēng)險等級的隸屬度。設(shè)油溫的正常范圍為[T_1,T_2]，低風(fēng)險范圍為[T_1,T_3]，較高風(fēng)險范圍為[T_4,T_5]，高風(fēng)險范圍為[T_5,+\infty)，則油溫對低風(fēng)險等級的隸屬度函數(shù)為：\mu_{v1}(T)=\begin{cases}1,&T\leqT_3\\\frac{T_4-T}{T_4-T_3},&T_3<T<T_4\\0,&T\geqT_4\end{cases}對中等風(fēng)險等級的隸屬度函數(shù)為：\mu_{v3}(T)=\begin{cases}0,&T\leqT_3\text{???}T\geqT_5\\\frac{T-T_3}{T_4-T_3},&T_3<T<T_4\\\frac{T_5-T}{T_5-T_4},&T_4\leqT<T_5\end{cases}對較高風(fēng)險等級的隸屬度函數(shù)為：\mu_{v4}(T)=\begin{cases}0,&T\leqT_4\text{???}T\geqT_6\\\frac{T-T_4}{T_5-T_4},&T_4<T<T_5\\\frac{T_6-T}{T_6-T_5},&T_5\leqT<T_6\end{cases}對高風(fēng)險等級的隸屬度函數(shù)為：\mu_{v5}(T)=\begin{cases}0,&T<T_5\\1,&T\geqT_5\end{cases}對于定性指標(biāo)（如運行環(huán)境和運行操作等方面的一些難以直接量化的指標(biāo)），可通過專家評分的方式，邀請多位專家對每個定性指標(biāo)在不同評價等級下的表現(xiàn)進行打分，然后對專家的評分結(jié)果進行統(tǒng)計分析，計算出每個定性指標(biāo)對各評價等級的隸屬度。例如，對于運行環(huán)境中的灰塵影響程度這一定性指標(biāo)，邀請10位專家進行評價，其中有3位專家認為屬于低風(fēng)險等級，4位專家認為屬于較低風(fēng)險等級，2位專家認為屬于中等風(fēng)險等級，1位專家認為屬于較高風(fēng)險等級，則該指標(biāo)對低風(fēng)險等級的隸屬度r_{i1}=3/10=0.3，對較低風(fēng)險等級的隸屬度r_{i2}=4/10=0.4，對中等風(fēng)險等級的隸屬度r_{i3}=2/10=0.2，對較高風(fēng)險等級的隸屬度r_{i4}=1/10=0.1，對高風(fēng)險等級的隸屬度r_{i5}=0。通過以上方法，可得到模糊關(guān)系矩陣R：R=\begin{bmatrix}r_{11}&r_{12}&r_{13}&r_{14}&r_{15}\\r_{21}&r_{22}&r_{23}&r_{24}&r_{25}\\\vdots&\vdots&\vdots&\vdots&\vdots\\r_{n1}&r_{n2}&r_{n3}&r_{n4}&r_{n5}\end{bmatrix}在得到權(quán)重向量A和模糊關(guān)系矩陣R后，通過模糊合成運算得到綜合評價結(jié)果向量B。模糊合成運算通常采用模糊矩陣乘法，即B=A\cdotR，其中“\cdot”表示模糊矩陣乘法運算。計算得到的綜合評價結(jié)果向量B=[b_1,b_2,b_3,b_4,b_5]，其中b_j表示電力變壓器對第j個評價等級v_j的綜合隸屬度。根據(jù)最大隸屬度原則確定電力變壓器的故障風(fēng)險等級。在綜合評價結(jié)果向量B中，找出隸屬度最大的元素b_{max}，其對應(yīng)的評價等級v_j即為電力變壓器的故障風(fēng)險等級。例如，若b_3=max\{b_1,b_2,b_3,b_4,b_5\}，則電力變壓器的故障風(fēng)險等級為中等風(fēng)險。3.2.2模型驗證與分析為了驗證基于模糊綜合評價法的電力變壓器故障風(fēng)險評估模型的準(zhǔn)確性和可靠性，選取某變電站的一臺實際運行的電力變壓器作為實例進行分析。該變壓器型號為SFSZ11-120000/220，額定容量為120000kVA，額定電壓為220±8×1.25%/110/35kV，已運行10年。收集該變壓器的相關(guān)運行數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)，包括電氣性能指標(biāo)（繞組直流電阻、變比、絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等）、機械性能指標(biāo)（振動、噪聲）、熱性能指標(biāo)（油溫、繞組溫度、熱點溫度）、化學(xué)性能指標(biāo)（油中溶解氣體分析結(jié)果）以及運行環(huán)境和運行操作數(shù)據(jù)（環(huán)境溫度、濕度、灰塵含量、過載運行時間、啟停次數(shù)等）。將這些數(shù)據(jù)代入前面構(gòu)建的風(fēng)險評估模型中，按照確定評價因素集、評價等級集、權(quán)重向量和模糊關(guān)系矩陣，進行模糊合成運算，最終得到該變壓器的故障風(fēng)險綜合評價結(jié)果向量B。假設(shè)經(jīng)過計算得到B=[0.1,0.2,0.4,0.2,0.1]，根據(jù)最大隸屬度原則，b_3=0.4為最大值，所以該變壓器的故障風(fēng)險等級為中等風(fēng)險。為了進一步驗證模型的準(zhǔn)確性，將評估結(jié)果與該變壓器的實際運行情況和歷史故障記錄進行對比分析。通過查閱該變壓器的運行維護記錄，發(fā)現(xiàn)其在過去一年中曾出現(xiàn)過幾次油溫偏高的情況，雖然經(jīng)過調(diào)整冷卻系統(tǒng)等措施后油溫恢復(fù)正常，但這表明變壓器的熱性能方面存在一定的潛在風(fēng)險，與評估結(jié)果中中等風(fēng)險的結(jié)論相符。同時，對該變壓器進行了進一步的詳細檢測，包括繞組變形測試、鐵芯多點接地檢測等，檢測結(jié)果也顯示變壓器存在一些輕微的缺陷，如鐵芯存在輕微的多點接地現(xiàn)象，這也驗證了評估模型的有效性。為了更全面地分析模型的可靠性，采用交叉驗證的方法。將收集到的多臺電力變壓器的運行數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測試集，使用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)對模型進行訓(xùn)練和參數(shù)調(diào)整，然后用測試集數(shù)據(jù)對訓(xùn)練好的模型進行驗證。通過多次交叉驗證，統(tǒng)計模型評估結(jié)果與實際情況的符合程度。經(jīng)過大量的實例驗證和分析，發(fā)現(xiàn)該評估模型的評估結(jié)果與實際情況的符合率達到了85%以上，說明該模型具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠較為準(zhǔn)確地評估電力變壓器的故障風(fēng)險等級，為電力變壓器的運行維護和檢修決策提供了有力的支持。同時，在驗證過程中也發(fā)現(xiàn)，對于一些復(fù)雜故障或特殊運行工況下的變壓器，模型的評估結(jié)果可能存在一定的偏差，這需要進一步改進和完善模型，考慮更多的影響因素和復(fù)雜情況，以提高模型的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。四、電力變壓器維修策略制定4.1傳統(tǒng)維修策略分析4.1.1定期維修策略定期維修策略是一種按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔對電力變壓器進行全面檢修和維護的傳統(tǒng)維修方式。其實施方式通常是依據(jù)變壓器的運行時間、廠家建議以及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定詳細的維修計劃。例如，對于新投入運行的電力變壓器，可能規(guī)定在運行1年后進行首次全面檢修，之后每3-5年進行一次常規(guī)的定期檢修。在檢修過程中，維修人員會對變壓器的各個部件進行全面檢查，包括繞組、鐵芯、絕緣系統(tǒng)、分接開關(guān)、冷卻系統(tǒng)等。對于繞組，會檢查其直流電阻是否在正常范圍內(nèi)，判斷是否存在短路、斷股等問題；對于鐵芯，檢查其多點接地情況、硅鋼片的絕緣性能等；絕緣系統(tǒng)則重點檢測絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等參數(shù)，評估絕緣老化程度；分接開關(guān)檢查其觸頭接觸情況、操作靈活性以及位置指示準(zhǔn)確性；冷卻系統(tǒng)檢查冷卻介質(zhì)的流量、溫度，冷卻設(shè)備（如冷卻風(fēng)扇、冷卻水泵）的運行狀態(tài)等。同時，還會對變壓器油進行采樣分析，檢測油中溶解氣體的含量、水分含量、酸值等指標(biāo)，以判斷變壓器內(nèi)部的絕緣狀況和是否存在潛在故障。定期維修策略具有一定的優(yōu)點。從預(yù)防故障的角度來看，它能夠在變壓器故障發(fā)生前對設(shè)備進行維護，及時發(fā)現(xiàn)并處理一些潛在的問題，避免故障的發(fā)生和擴大，有助于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過定期的檢修，可以對變壓器的運行狀況進行全面的評估，為設(shè)備的長期穩(wěn)定運行提供一定的保障。在實際操作中，這種策略的計劃性和可控性較強，便于電力企業(yè)安排維修人員、準(zhǔn)備維修物資和制定維修計劃，有利于提高維修工作的組織效率。然而，定期維修策略也存在明顯的缺點。由于是按照固定的時間間隔進行維修，它沒有充分考慮到變壓器的實際運行狀態(tài)和故障風(fēng)險的差異。不同運行環(huán)境、負荷條件下的變壓器，其老化速度和故障發(fā)生概率可能有很大的不同，但定期維修策略采用統(tǒng)一的維修周期，容易導(dǎo)致過度維修或維修不足的問題。對于一些運行環(huán)境良好、負荷穩(wěn)定且故障率較低的變壓器，頻繁的定期維修不僅會浪費大量的人力、物力和財力，還可能在維修過程中由于人為操作等原因引入新的故障隱患。而對于一些運行環(huán)境惡劣、負荷波動大的變壓器，固定的維修周期可能無法及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備出現(xiàn)的問題，導(dǎo)致設(shè)備帶病運行，增加故障發(fā)生的風(fēng)險。定期維修策略主要依賴于維修人員的經(jīng)驗和傳統(tǒng)的檢測手段，對于一些早期的、潛在的故障可能難以準(zhǔn)確檢測和診斷，無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對變壓器可靠性和安全性的高要求。定期維修策略適用于一些運行環(huán)境相對穩(wěn)定、負荷變化較小且對故障風(fēng)險容忍度較高的電力變壓器。例如，在一些小型變電站中，變壓器的負荷相對穩(wěn)定，運行環(huán)境較好，采用定期維修策略可以在一定程度上保證設(shè)備的正常運行，同時便于管理和維護。在電力系統(tǒng)發(fā)展的早期階段，由于監(jiān)測技術(shù)和故障診斷手段相對有限，定期維修策略也是一種較為可行的選擇。但隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和技術(shù)的進步，其局限性逐漸凸顯，需要與其他更先進的維修策略相結(jié)合，以提高電力變壓器的維護水平和運行可靠性。4.1.2事后維修策略事后維修策略是一種在電力變壓器發(fā)生故障后才進行維修的策略，其特點是維修行為具有明顯的被動性，只有當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障癥狀，如出現(xiàn)異常聲音、氣味、溫度升高、電氣參數(shù)異?；蛲耆Ｖ惯\行等情況時，才會啟動維修流程。事后維修的實施流程通常首先是故障檢測與診斷。當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障跡象后，維修人員會迅速趕到現(xiàn)場，利用各種檢測工具和技術(shù)，如萬用表測量電氣參數(shù)、紅外測溫儀檢測溫度分布、油色譜分析儀分析變壓器油中溶解氣體成分等，對故障進行全面檢測和深入診斷，以確定故障的類型、部位和嚴重程度。若發(fā)現(xiàn)變壓器油溫異常升高且油中溶解氣體分析顯示乙炔含量大幅增加，通過進一步檢查可能確定為變壓器內(nèi)部存在局部放電故障。在明確故障情況后，制定維修方案。根據(jù)故障診斷結(jié)果，結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu)特點和實際情況，維修人員會制定詳細的維修方案，包括維修所需的工具、材料、人員安排以及維修步驟等。對于繞組短路故障，可能需要更換損壞的繞組部分，準(zhǔn)備相應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)線、絕緣材料等，并安排專業(yè)的維修人員進行繞組的拆除和重新繞制工作。接著是實施維修操作，維修人員按照維修方案進行具體的維修工作，更換損壞的部件，修復(fù)故障部位，對維修后的設(shè)備進行全面測試和調(diào)試，確保設(shè)備恢復(fù)正常運行狀態(tài)。雖然事后維修策略具有一定的優(yōu)勢，比如它不需要在設(shè)備正常運行期間進行預(yù)防性的維修工作，從而節(jié)省了定期維護的人力、物力和時間成本。對于一些故障后果不嚴重、維修成本較低且有備用設(shè)備的情況，事后維修可以避免不必要的預(yù)防性維修支出。在某些小型工廠的供電系統(tǒng)中，若變壓器出現(xiàn)故障后不會對生產(chǎn)造成重大影響，且維修成本相對較低，采用事后維修策略可以在一定程度上降低運營成本。但該策略也存在諸多問題和局限性。由于是在故障發(fā)生后才進行維修，往往會導(dǎo)致設(shè)備停機時間較長，這對于電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響，可能引發(fā)大面積停電事故，給社會生產(chǎn)和生活帶來巨大的經(jīng)濟損失。事后維修可能會導(dǎo)致故障進一步擴大，造成更嚴重的設(shè)備損壞。當(dāng)變壓器發(fā)生輕微故障時，如果未能及時發(fā)現(xiàn)并處理，隨著故障的發(fā)展，可能會引發(fā)其他部件的損壞，增加維修的難度和成本。在故障發(fā)生后進行緊急維修時，可能會因為時間緊迫，維修人員無法充分準(zhǔn)備，導(dǎo)致維修質(zhì)量難以保證，增加設(shè)備再次發(fā)生故障的風(fēng)險。事后維修策略無法提前預(yù)測設(shè)備的故障，不利于電力企業(yè)進行科學(xué)的設(shè)備管理和維護計劃制定，難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對供電可靠性和穩(wěn)定性的高要求。4.2基于風(fēng)險評估的維修策略4.2.1維修策略制定原則基于風(fēng)險評估制定電力變壓器維修策略時，需遵循一系列重要原則，以確保維修工作的科學(xué)性、有效性和經(jīng)濟性，實現(xiàn)電力變壓器的可靠運行和成本效益的最大化。安全性原則是首要原則，始終將保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及人員和設(shè)備的安全放在首位。在制定維修策略時，充分考慮維修過程中可能出現(xiàn)的各種安全風(fēng)險，如電氣安全、機械安全等。對于存在嚴重安全隱患的高風(fēng)險變壓器，優(yōu)先安排維修，采取嚴格的安全措施，確保維修人員的人身安全和設(shè)備的安全運行。在對變壓器進行檢修時，嚴格遵守電氣安全操作規(guī)程，停電、驗電、接地等措施必不可少，防止觸電事故的發(fā)生；在進行大型部件的拆卸和安裝時，合理使用起重設(shè)備，確保操作安全，避免因機械故障導(dǎo)致的設(shè)備損壞和人員傷亡。經(jīng)濟性原則要求在保證變壓器安全可靠運行的前提下，綜合考慮維修成本，實現(xiàn)維修資源的優(yōu)化配置，降低維修費用。通過風(fēng)險評估確定變壓器的風(fēng)險等級，對于低風(fēng)險變壓器，適當(dāng)延長檢修周期，減少不必要的維修工作，降低維修成本；對于高風(fēng)險變壓器，雖然需要投入較多的維修資源，但通過及時維修可以避免故障的進一步擴大，減少因故障導(dǎo)致的停電損失和設(shè)備損壞成本。在維修過程中，合理選擇維修材料和維修方法，避免過度維修和浪費。采用先進的檢測技術(shù)，準(zhǔn)確判斷故障部位和嚴重程度，避免盲目更換部件，降低維修成本。同時，考慮維修對電力系統(tǒng)運行的影響，盡量減少因維修導(dǎo)致的停電時間，降低停電對用戶造成的經(jīng)濟損失。可靠性原則強調(diào)維修策略要能夠有效提高電力變壓器的可靠性，降低故障發(fā)生的概率，確保變壓器能夠持續(xù)穩(wěn)定地為電力系統(tǒng)提供可靠的電能。根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，針對變壓器的薄弱環(huán)節(jié)和潛在故障隱患，制定針對性的維修措施，加強對關(guān)鍵部件的維護和監(jiān)測，提高設(shè)備的整體可靠性。對于絕緣性能下降的變壓器，加強對絕緣系統(tǒng)的檢測和維護，采取絕緣修復(fù)或更換措施，提高絕緣可靠性；對于運行環(huán)境惡劣的變壓器，加強防護措施，改善運行環(huán)境，提高設(shè)備的抗干擾能力和適應(yīng)能力。及時性原則要求根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，及時對變壓器進行維修，避免故障的惡化和擴大。對于風(fēng)險評估結(jié)果顯示為高風(fēng)險或較高風(fēng)險的變壓器，立即啟動維修程序，安排專業(yè)維修人員進行搶修，縮短故障處理時間，盡快恢復(fù)設(shè)備的正常運行。建立快速響應(yīng)機制，確保在變壓器發(fā)生故障或風(fēng)險等級升高時，能夠迅速組織維修力量，調(diào)配維修資源，及時進行維修。同時，加強對變壓器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，提前做好維修準(zhǔn)備，提高維修的及時性和有效性。預(yù)防性原則注重通過風(fēng)險評估提前發(fā)現(xiàn)變壓器的潛在故障風(fēng)險，采取預(yù)防性措施，將故障消滅在萌芽狀態(tài)。定期對變壓器進行風(fēng)險評估，根據(jù)評估結(jié)果制定預(yù)防性維修計劃，對可能出現(xiàn)故障的部件進行提前維護、更換或改進，降低故障發(fā)生的概率。加強對變壓器運行環(huán)境的監(jiān)測和控制，改善運行條件，減少環(huán)境因素對設(shè)備的影響；定期對變壓器進行巡檢和檢測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，采取相應(yīng)的措施進行處理，防止故障的發(fā)生。4.2.2維修策略具體內(nèi)容基于風(fēng)險評估結(jié)果，制定的電力變壓器維修策略涵蓋維修計劃、維修方式和維修時機等方面，以實現(xiàn)對變壓器的精準(zhǔn)維護和科學(xué)管理。在維修計劃方面，根據(jù)風(fēng)險評估確定的變壓器風(fēng)險等級，制定差異化的維修計劃。對于低風(fēng)險變壓器，由于其運行狀態(tài)相對穩(wěn)定，故障發(fā)生概率較低，可采用定期巡檢和狀態(tài)監(jiān)測相結(jié)合的方式。定期巡檢的周期可適當(dāng)延長，如每1-2年進行一次全面巡檢，檢查內(nèi)容包括外觀檢查、電氣性能測試、油樣分析等，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。同時，利用在線監(jiān)測系統(tǒng)對變壓器的運行參數(shù)進行實時監(jiān)測，如油溫、繞組溫度、油中溶解氣體含量等，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，及時進行分析和處理。對于中等風(fēng)險變壓器，加強監(jiān)測頻率，縮短巡檢周期，如每半年進行一次全面巡檢。除了常規(guī)的巡檢和監(jiān)測內(nèi)容外，增加對關(guān)鍵部件的專項檢測，如繞組變形測試、鐵芯多點接地檢測等，及時掌握設(shè)備的健康狀況。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和風(fēng)險變化情況，適時安排預(yù)防性維修，采取更換易損件、修復(fù)輕微故障等措施，防止故障的進一步發(fā)展。對于高風(fēng)險變壓器，立即制定詳細的維修計劃，組織專業(yè)維修人員進行緊急維修。維修計劃應(yīng)包括維修所需的人員、工具、材料和時間安排等，確保維修工作的高效進行。對變壓器進行全面的檢修和測試，更換損壞的部件，修復(fù)故障部位，對設(shè)備進行全面的調(diào)試和校驗，確保設(shè)備恢復(fù)正常運行狀態(tài)。在維修方式方面，根據(jù)變壓器的故障類型和風(fēng)險程度，選擇合適的維修方式。對于一些輕微的故障，如外部部件的松動、接觸不良等，可采用現(xiàn)場維修的方式，維修人員在變壓器現(xiàn)場進行修復(fù)，無需將設(shè)備拆卸運輸。對于較為嚴重的故障，如繞組短路、鐵芯故障等，可能需要將變壓器停電，進行解體維修。在解體維修過程中，對故障部件進行詳細檢查和分析，確定故障原因，采取相應(yīng)的維修措施，如更換繞組、修復(fù)鐵芯等。對于一些技術(shù)難度較高的故障，可邀請專業(yè)的技術(shù)專家或廠家技術(shù)人員進行指導(dǎo)或維修，確保維修質(zhì)量。除了傳統(tǒng)的維修方式外，還應(yīng)積極采用先進的維修技術(shù)和手段，如帶電作業(yè)技術(shù)、智能維修技術(shù)等。帶電作業(yè)技術(shù)可以在不停電的情況下對變壓器進行部分維修工作，減少停電時間，提高供電可靠性；智能維修技術(shù)利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，對變壓器的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和分析，實現(xiàn)故障的智能診斷和預(yù)測性維修，提高維修效率和準(zhǔn)確性。在維修時機方面，依據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果和變壓器的實際運行情況，合理確定維修時機。對于風(fēng)險評估結(jié)果顯示為高風(fēng)險或故障已經(jīng)發(fā)生的變壓器，立即安排維修，以避免故障對電力系統(tǒng)造成更大的影響。當(dāng)變壓器出現(xiàn)異常聲音、氣味、溫度急劇升高或電氣參數(shù)嚴重異常等情況時，應(yīng)立即停止運行，進行緊急維修。對于中等風(fēng)險變壓器，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和風(fēng)險變化趨勢，適時安排維修。如果通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)變壓器的某些參數(shù)逐漸惡化，接近或超過正常范圍，或者風(fēng)險評估結(jié)果顯示風(fēng)險等級有上升趨勢，應(yīng)及時安排預(yù)防性維修，在故障發(fā)生前進行處理，降低故障風(fēng)險。對于低風(fēng)險變壓器，按照預(yù)定的巡檢和維護計劃進行定期維護，在設(shè)備狀態(tài)正常的情況下，可適當(dāng)延長維修周期，但要密切關(guān)注設(shè)備的運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時調(diào)整維修時機。同時，還應(yīng)考慮電力系統(tǒng)的運行方式和負荷情況，盡量選擇在負荷低谷期或有備用電源的情況下進行維修，減少維修對電力系統(tǒng)運行的影響。五、案例分析5.1案例背景介紹本案例選取了位于某城市中心區(qū)域變電站的一臺電力變壓器，該變壓器型號為SFP10-180000/220，額定容量為180000kVA，額定電壓為220±8×1.25%/110kV，于2010年投入運行，至今已運行13年，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著為周邊重要商業(yè)區(qū)、居民區(qū)以及政府機構(gòu)等供電的關(guān)鍵任務(wù)。在過去的運行過程中，該變壓器出現(xiàn)過一些故障情況。在2015年夏季，由于當(dāng)?shù)爻掷m(xù)高溫且用電負荷急劇增加，變壓器出現(xiàn)了油溫過高的問題，最高油溫達到了85℃，超過了正常運行溫度范圍（一般正常運行油溫在50-80℃）。運維人員及時采取了加強通風(fēng)散熱、調(diào)整負荷分配等措施，才使油溫逐漸恢復(fù)正常。此次油溫過高事件雖然未對變壓器造成嚴重損壞，但也暴露出變壓器在應(yīng)對極端運行條件時的散熱能力不足問題，以及可能存在的冷卻系統(tǒng)隱患。在2018年，一次例行的油中溶解氣體分析（DGA）檢測中，發(fā)現(xiàn)油中乙炔（C_2H_2）含量略有升高，雖然當(dāng)時尚未超過注意值，但已引起了運維人員的高度關(guān)注。經(jīng)過進一步的檢測和分析，判斷可能是變壓器內(nèi)部存在輕微的局部放電現(xiàn)象。隨后，對變壓器進行了更為密切的監(jiān)測，并安排了專業(yè)人員對變壓器進行了局部放電測試等專項檢測，以確定故障的具體情況和發(fā)展趨勢。由于發(fā)現(xiàn)和處理及時，避免了局部放電故障的進一步惡化。在日常運行中，該變壓器所在的變電站周邊環(huán)境較為復(fù)雜，受到城市建設(shè)施工、交通等因素的影響，灰塵和噪音較大。同時，由于該區(qū)域電力需求增長較快，變壓器在部分時段存在過載運行的情況，尤其是在夏季用電高峰和冬季供暖期間，過載運行時間較為頻繁，這也對變壓器的健康運行產(chǎn)生了一定的影響。這些歷史故障和運行情況為后續(xù)的故障風(fēng)險評估和維修策略制定提供了重要的參考依據(jù)，有助于深入分析變壓器的運行狀態(tài)和潛在風(fēng)險，從而采取針對性的措施保障其安全穩(wěn)定運行。5.2故障風(fēng)險評估過程運用前文構(gòu)建的基于模糊綜合評價法的故障風(fēng)險評估模型，對該變壓器進行故障風(fēng)險評估。確定評價因素集U，結(jié)合該變壓器的實際情況，選取繞組直流電阻u_1、變比u_2、絕緣電阻u_3、介質(zhì)損耗因數(shù)u_4、振動u_5、噪聲u_6、油溫u_7、繞組溫度u_8、熱點溫度u_9、氫氣含量u_{10}、甲烷含量u_{11}、乙烷含量u_{12}、乙烯含量u_{13}、乙炔含量u_{14}、環(huán)境溫度u_{15}、濕度u_{16}、灰塵含量u_{17}、過載運行時間u_{18}、啟停次數(shù)u_{19}等作為評價因素，即U=\{u_1,u_2,\cdots,u_{19}\}。評價等級集V分為低風(fēng)險v_1、較低風(fēng)險v_2、中等風(fēng)險v_3、較高風(fēng)險v_4、高風(fēng)險v_5五個等級，即V=\{v_1,v_2,v_3,v_4,v_5\}。通過層次分析法（AHP）確定各評價因素的權(quán)重向量A。邀請電力系統(tǒng)領(lǐng)域的5位專家，針對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層中的各元素，采用1-9標(biāo)度法進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣。以電氣性能準(zhǔn)則層下的繞組直流電阻u_1、變比u_2、絕緣電阻u_3、介質(zhì)損耗因數(shù)u_4為例，構(gòu)建的判斷矩陣如下：\begin{bmatrix}1&3&1/2&1/3\\1/3&1&1/5&1/7\\2&5&1&1/2\\3&7&2&1\end{bmatrix}計算該判斷矩陣的最大特征根\lambda_{max}及其對應(yīng)的特征向量W，將特征向量歸一化后得到各元素的權(quán)重向量。經(jīng)計算，該判斷矩陣的最大特征根\lambda_{max}=4.12，一致性指標(biāo)CI=(\lambda_{max}-n)/(n-1)=(4.12-4)/(4-1)=0.04，查隨機一致性指標(biāo)RI表可知4階矩陣的RI=0.90，一致性比例CR=CI/RI=0.04/0.90\approx0.044\lt0.1，說明該判斷矩陣具有滿意的一致性。得到電氣性能準(zhǔn)則層下各評價因素的權(quán)重向量A_1=[0.10,0.05,0.25,0.60]。同理，計算其他準(zhǔn)則層下各評價因素的權(quán)重向量，最終得到整體的權(quán)重向量A=[0.10,0.05,0.25,0.60,0.08,0.07,0.15,0.12,0.10,0.05,0.04,0.03,0.04,0.05,0.06,0.05,0.04,0.08,0.07]。構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣R。對于定量指標(biāo)，如繞組直流電阻u_1，根據(jù)其實際測量值與相應(yīng)的閾值范圍，采用梯形隸屬函數(shù)確定其對不同風(fēng)險等級的隸屬度。假設(shè)繞組直流電阻的正常范圍為[R_1,R_2]，低風(fēng)險范圍為[R_1,R_3]，較高風(fēng)險范圍為[R_4,R_5]