一種基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法及系統的製作方法
2023-07-04 23:33:01 2
一種基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法及系統,該方法包括以下步驟:確定電力變壓器的主要故障模式;建立電力變壓器的故障樹;建立模糊判斷矩陣;獲得各部件的各故障因素的嚴重度權重向量;得出電力變壓器各部件及整體發生故障的概率及可靠度;建立電力變壓器的老化模型;確定電力變壓器各個壽命階段的年限。該系統包括:確定故障模式單元、建立故障樹單元、建立矩陣單元、獲得權重向量單元、獲得可靠度單元、建立老化模型單元以及壽命分析單元。該方法及系統在模糊判斷矩陣不一致時,也可以進行變壓器的風險評估,提高了實用性;在風險評估的基礎上進行壽命分析,提局了壽命分析的可靠性。
【專利說明】-種基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及變壓器【技術領域】,特別涉及一種基於風險評估的電力變壓器壽命分析 方法及系統。
【背景技術】
[0002] 隨著"西電東送、南北互供、全國聯網"戰略的實施和特高壓交直流輸電系統的規 劃建設,我國電網無疑將成為世界上最先進、最複雜的電網。電網的安全運行是保證穩定、 可靠的電力供應的基礎。電網瓦解和大面積停電事故,不僅會造成巨大的經濟損失,影響人 民正常生活,還會危及公共安全,造成嚴重的社會影響。電網的安全主要體現在電力設備安 全和系統運行安全兩個方面,而電力設備安全是電網安全的第一道防線。國內外的運行經 驗證明,只有從引發電網事故的主要源頭上建立起第一道防禦系統,大幅度提高大型互聯 電網運行可靠性的目標才有可能實現。
[0003] 電力變壓器是電網中能量轉換、傳輸的核心,是國民經濟各行各業和千家萬戶能 量來源的必經之路,是電網中最重要和最關鍵的設備之一。電力變壓器和與之配套的電力 電容器、電流互感器、電壓互感器、金屬氧化物避雷器、電力電纜、全封閉組合電器(GIS)等 電力設備的安全運行是避免電網重大事故的第一道防禦系統,而電力變壓器是這第一道防 御系統中的最關鍵設備。因此,提高變壓器的運行維護技術和管理水平,預防和降低故障的 機率,並採用合理的維修策略降低維修費用,是國內外電力行業急需解決的難題。
[0004] 隨著重大設備可靠性日益受到人們的重視,對設備進行風險評估,求取可靠性的 方法隨之出現,國內外通用的可靠性分析方法主要包括故障模式及影響分析法、失效嚴重 度分析法、故障樹分析法3種。故障模式及影響分析法分析過程簡單明了,失效嚴重度分析 法根據故障率數據計算致命度,但兩者僅能針對單一故障模式進行分析,不能有效反映多 故障模式情況下的系統可靠性。故障樹分析法常用於分析複雜系統的多重故障,應用效果 良好,但對於變壓器,故障樹分析法未考慮變壓器某些部件的頻發性故障及家族性缺陷對 其可靠性的影響,因而對變壓器的可靠性評估不夠全面。
[0005] 長期以來,大多數研究都集中在變壓器的故障診斷和狀態評估。國內外研究較多 的是通過神經網絡、貝葉斯網絡、專家系統、模糊理論、粗糙集理論等方法,結合變壓器預 防性試驗數據、運行工況等建立相應的變壓器故障診斷或狀態評估模型,研究廣泛,理論 較為成熟。然而,目前對變壓器可靠性評估及壽命分析等方面的研究尚處於起步階段,國 內外都鮮見報導。國外部分學者提出了運用概率論的方法,從可能發生故障的方面來分析 變壓器,對其可靠性提出預測。但其方法單一,模型簡單且不夠全面,沒有考慮變壓器各 種狀態之間相互轉換對其可靠性的影響,理論研究尚未成熟。如何更準確地掌握變壓器壽 命退化規律,提高變壓器運行可靠性和經濟性,延長其有效壽命已成為電力部門急需解決 的熱點及難點問題。
【發明內容】
[0006] 本發明針對上述現有技術中存在的問題,提出一種基於風險評估的電力變壓器壽 命分析方法及系統,對電力變壓器的壽命退化規律進行了分析,分析方法簡單,計算量小, 適用性強。
[0007] 為解決上述技術問題,本發明是通過如下技術方案實現的:
[0008] 本發明提供一種基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,包括以下步驟:
[0009] S1 :確定電力變壓器的主要故障模式;
[0010] S2 :利用故障樹分析法建立電力變壓器的故障樹;
[0011] S3 :利用模糊層次分析法對所述故障樹進行定量分析,建立模糊判斷矩陣;
[0012] S4 :根據模糊判斷矩陣獲得各部件的各故障因素的嚴重度權重向量;
[0013] S5:根據各部件的各故障因素的嚴重度權重得出電力變壓器各部件及整體發生故 障的概率及可靠度;
[0014] S6 :基於得出的電力變壓器整體的可靠度結果,建立電力變壓器的老化模型;
[0015] S7:根據電力變壓器的老化模型,研究電力變壓器可靠度隨運行年限的變化規律, 確定電力變壓器各個壽命階段的年限。
[0016] 進一步地,S3具體為:採用0. 1?0. 9標度法,根據各故障因素的重要度分析,建 立各故障因素 Xi,χ2,……,xn相對於對應的故障部件兩兩比較重要程度的模糊判斷矩陣R =(ι^)ηΧη,ι^_用於表徵故障因素 Xi比故障因素 Xj重要的程度。
[0017] 進一步地,S4具體包括以下步驟:
[0018] S41 :根據模糊判斷矩陣,建立約束規劃方程組:
[0019]
【權利要求】
1. 一種基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,包括以下步驟: 51 :確定電力變壓器的主要故障模式; 52 :利用故障樹分析法建立電力變壓器的故障樹; 53 :利用模糊層次分析法對所述故障樹進行定量分析,建立模糊判斷矩陣; 54 :根據模糊判斷矩陣獲得各部件的各故障因素的嚴重度權重向量; 55 :根據各部件的各故障因素的嚴重度權重得出電力變壓器的各部件及整體發生故障 的概率及可靠度; 56 :基於得出的電力變壓器整體的可靠度結果,建立電力變壓器的老化模型; 57 :根據電力變壓器的老化模型,研究電力變壓器可靠度隨運行年限的變化規律,確定 電力變壓器各個壽命階段的年限。
2. 根據權利要求1所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S2 具體包括: 521 :確定頂事件,即電力變壓器整體故障; 522 :確定中間事件,即電力變壓器的各部件故障; 523 :確定底事件,即導致各中間事件的故障因素。
3. 根據權利要求1所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S3 具體為: 採用0. 1?0. 9標度法,根據各故障因素的重要度分析,建立各故障因素 Xi,X2,……, 乂"相對於對應的故障部件兩兩比較重要程度的模糊判斷矩陣R= (rjnXn,用於表徵故 障因素 Xi比故障因素 Xj重要的程度。
4. 根據權利要求1所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S4 具體為: 541 :根據模糊判斷矩陣,建立約束規劃方程組:
其中,i = 1,2,…n,彡〇, 表示故障因素 i造成故障的嚴重度,n表示故障因素 個數; 542 :根據建立的約束規劃方程組,利用遺傳算法獲得各故障因素的最佳權重,從而 獲得各部件故障因素的最佳嚴重度權重向量W= [ωι,ω2,…ωη]。
5. 根據權利要求4所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S42 具體包括以下步驟: 5421 :使用二進位進行編碼,獲得嚴重度權重向量W = [(^,ω2,…ωη]; 5422 :隨機產生初始群體Τ = 0,群體的大小為Ν ; 5423 :對嚴重度權重向量W= [ω1; ω2,…ωη]進行適應度評價,如果滿足終止要求,則 求解過程結束,否則轉入步驟S424 ; 5424 :選擇操作,採用輪盤賭選擇法; 5425 :交叉操作,採用單點交叉法; 5426 :變異操作,採用基本位變異法; 5427 :產生新一代群體,T = T+1,轉入步驟S423 ; 最終獲得電力變壓器的各故障因素的最佳嚴重度權重向量W= [ωι,ω2,…ωη]。
6. 根據權利要求1所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S4 具體為: S41 :根據模糊判斷矩陣,建立約束規劃方程組:
其中,i = 1,2,…n,彡〇, 表示故障因素 i造成故障的嚴重度,n表示故障因素 個數; S43 :根據建立的約束規劃方程組,利用粒子群算法獲得各部件故障因素的最佳嚴重度 權重向量W = [ω" ω2,…ωη],其使適應度Ζ = ?·(ω" Wj)最小。
7. 根據權利要求6所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S43 具體包括以下步驟: 5431 :初始化Ν個飛行粒子,將η個嚴重度權重ω i用飛行粒子的位置Xid表示,設Ν個 飛行粒子的初始位置為
初始速度為
5432 :將飛行粒子的初始位置
作為嚴重度權重,計算獲得N個粒子對應的Z值,將其 中最小Z值對應的飛行粒子的位置作為全局最優值gBestid,每個飛行粒子的初始位置_
作為各自的個體最優值
5433 :由下列兩式獲得下一時刻飛行粒子的位置
和速度
獲得飛行粒子當前時 刻對應的Z值;
其中:λ為慣性因子為加速係數;rand〇是[0, 1]之間的隨機數
分別 為當前時刻位置、速度
分別為下一時刻位置、速度
為當前時刻個體最 優值;gBestid為全局最優值; 將每個飛行粒子當前對應的Z值與上一時刻該飛行粒子對應的Z值比較,若當前時刻 的Z值小於上一時刻的Z值,則該飛行粒子的個體最優值更新為
否則保持不變;並將 當前時刻N個Z值中的最小Z值與上一時刻全局最優值gBestid對應的Z值進行比較,將全 局最優值gBestid更新為其中最小Z值對應的飛行粒子的位置; 5434 :按照步驟S433進行多次迭代,當滿足預定迭代次數或本次獲得的gBestid對應的 Z值與上一次gBestid對應的Z值的差值小於一預定閾值時迭代終止。 最終獲得gBesti(^i應的嚴重度權重向量W = [ωι,ω2,…ωη]最優解。
8. 根據權利要求1所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S5 具體為: 根據下式得到各故障因素的風險係數: Pi = Ρ?Χ ω? 其中:Pi表示故障因素 i的發生率; 將得到的各部件的各故障因素的風險係數,代入下兩式分別得到各部件發生故障的概 率,以及各部件的可靠度:
R(T) = l-P(T) 其中:\表示部件X的第i個故障因素,P(T)表示部件X發生故障的概率,R(T)表示 部件X的可靠度。
9. 根據權利要求1所述的基於風險評估的電力變壓器壽命分析方法,其特徵在於,S6 具體為: 561 :建立可靠度與電力變壓器狀態的對應關係,將電力變壓器狀態分為:正常狀態、 注意狀態、異常狀態以及嚴重狀態; 當ri〈R〈l時,電力變壓器狀態為正常狀態; 當r2〈R〈ri時,電力變壓器狀態為注意狀態; 當r3〈R〈r2時,電力變壓器狀態為異常狀態; 當0〈R〈r3時,電壓力變壓器狀態為嚴重狀態; 其中為電力變壓器可靠度的分界點; 562 :建立電力變壓器老化模型,得出可靠度隨運行年限的變化關係:
其中:B為老化係數,N為電力變壓器運行年限,K為比例係數,C為曲率係數。
10. -種基於風險評估的電力變壓器壽命分析系統,其特徵在於,包括: 確定故障模式單元:用於確定電力變壓器的主要故障模式; 建立故障樹單元:用於利用故障樹分析法建立電力變壓器的故障樹; 建立矩陣單元:用於利用模糊層次分析法對所述故障樹進行定量分析,建立模糊判斷 矩陣; 獲得權重向量單元:用於根據模糊判斷矩陣獲得各部件的各故障因素的嚴重度權重向 量; 獲得可靠度單元:用於根據各部件的各故障因素的嚴重度權重向量得出電力變壓器的 各部件及整體發生故障的概率及可靠度; 建立老化模型單元:用於基於得出的電力變壓器各部件的可靠度結果,建立電力變壓 器的老化模型; 壽命分析單元:用於根據電力變壓器的老化模型,研究電力變壓器可靠度隨運行年限 的變化規律,確定電力變壓器各個壽命階段的年限。
【文檔編號】G06F19/00GK104217104SQ201410407541
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】王昕 , 鄭益慧, 李立學, 孫亦芸, 生西奎, 吳昊 申請人:上海交通大學, 國網吉林省電力有限公司延邊供電公司, 國家電網公司