国网北京电力经济技术研究院 北京 100023
摘要：特高压变电站的快速建设、促使特高压电网为主网架的环网正在形成，其中特高压变压器为主的特高压输变电设备的运行状态，是特高压电网的安全稳定运行的关键一环。针对特高压变压器的状态评估、寿命预测以及故障诊断逐渐成为关注研究的热点。本文重点研宄了基于集对分析理论和综合健康指数的特高压变压器状态评估方法，以更为科学的指导检修策略的制定。
关键词：特高压变压器；状态评估；检修；集对分析
1特高压变压器状态评估及检修的研究现状
1.1特高压变压器状态评估量
常规变压器的状态评估量主要包括两类与变压器运行状态相关的信息，一类是定性描述变压器运行状态的信息量，另一类则是可以通过数据定量描述的信息量。定性型状态量描述了变压器处于某种状态、经历了哪种工况等，采用这些信息直接评估变压器运行状态时无法定量的描述，因此需要采用转化的方式用于表述变压器当下的状态。定量型状态量通常选择电气例行试验指标、油色谱试验指标、油化试验指标等，这些指标以具体数据量结合指标阈值的方式直接反应变压器当下的运行状态，非常直观。
1.2特高压变压器状态评估相关方法
目前，特高压变压器在运年限较短，专门开展特高压变压器状态评估的课题比较少。需要看到，特高压主变和500kV主变相似，但还是存在很多与常规变压器不同之处，因此需要分析找到适合特高压变压器的状态评估方法。随着大量变压器的运行，国内外对普通变压器进行了大量的状态评估；总体而言目前的状态评估方法主要分为两大类，一是状态指标评分法，二是基于人工智能算法的状态评估。
1.3特高压变压器状态检修策略研宄现况
目前常规变压器状态检修策略的制定需要设备状态的一个直观清晰的定量评估结果。一般是通过健康指数法将设备绝缘状态评估结果量化得到绝缘健康指数，并充分考虑其他可能影响设备运行的因素对绝缘健康指数进行修正，最终得到综合健康指数以具体指导检修工作的开展。当下影响特高压变压器安全运行的其他因素主要包括设备运行年限、安置地点、冷却方式、近区短路情况、缺陷情况等。所以特高压变压器的综合状态评估应充分考虑以上因素影响作用，全面制定符合科学规律的修正因子，得到能真实反映特高压变压器整体状态的综合健康指数。
2基于集对分析的特高压变压器绝缘状态评估
2.1特高压变压器绝缘状态评估量的选取
目前国内现有的1000kV特高压变压器均为主体变与调压补偿变相结合的结构。主体变和调压补偿变是两个油室独立、存在电气连接的两个部分，这两部分只存在电气上的连接、绝缘油部分是独立的，两部分有各自的油枕，主体变和调压补偿变可以看做是2个常规变压器的组合连接。特高压变压器自身结构不同，同时主体变、调压补偿变与常规变压器的趋同性使得特高压变压器的绝缘状态评估存在复杂之处。就与常规变压器的趋同性而言，可以优先选取能够反映变压器绝缘状况的油色谱分析数据、电气试验数据和绝缘油油化试验数据。由于特高压变压器的核心地位，以及由于主体变和调压补偿变包含多个绕组的特殊结构，生产需要特别关注特高压变压器的绝缘老化情况。
2.2特高压变压器绝缘状态评估体系
本文针对特高压变压器建立如下三级指标体系。第一级体系描述的是变压器健康状态等级，简称目标层。目标层的状态等级划分为4级(正常、注意、异常以及严重)，用集合G={g1，g2，g3，g4}表示。第二级体系描述的是评估指标集合，简称指标层。指标层的评估指标分为4个（油色谱分析、电气试验、油化试验、绝缘老化），用集合Y={y1，y2，y3，y4}表示。第三级体系描述的是组成评估指标的各状态特征量，简称元素层。元素层的状态特征量共有16个，用集合X={x11，x12，...x42}表示。由于衡量变压器绝缘状态的参量取值范围各不相同，引入指标的相对劣化度xm，当xm为0指标处于最优状态，xm可按以下两式计算。
.png)
式中：u0为正常值（初值），us为注意值（阈值），为实测值。对于那些指标数值越小反映指标状态越好的指标按式1进行计算；对于那些指标数值越大反映指标状态越好的指标按式2进行计算。
2.3基于集对理论的特高压变压器绝缘状态评估
根据信度准则，λ为置信度水平，置信区间设为[0.60.8]，本文取λ＝0.7，则信度准则公式可具体写为下式，根据特高压变压器状态评估指标计算出的联系度μ即可得到特高压变压器的整体绝缘评估结果。
.png)
3基于综合健康指数评估的特高压变压器状态检修
3.1基于综合健康指数的特高压变压器状态评估
3.1.1运行年限
电气设备随着设备投运运行年限的逐步增加，绝缘部分自身存在老化及劣化的变化。因此随着运行年限的增加，变压器整体的健康状态必然是逐渐变差，因此投运年限的修正因子参照国际标准为下式所示。
.png)
3.1.2安置地点
目前，变电站分为室内变电站和室外变电站。部分特高压高抗类设备多采用加装BOX－IN的方式运行，在这种运行模式下等同于室内设备，因此特高压变压器、高抗类设备评估时需要考虑安置地点的影响。
3.1.3最高环境温度
绝缘油的温度越高，变压器遭受的绝缘油劣化情况越严重。变压器绝缘油在高温下存在各种裂解与劣化、绝缘性能明显下降。并且变压器内部温度最高的部件为绕组，运行温度越高表征绕组遭受的运行温度越高。绕组的主绝缘在长时高温下运行油纸绝缘劣化严重。因此绕组温度可用于表征变压器热特性。
3.1.4冷却方式
考虑到特高压变压器的容量远远超过其他变压器，因此特高压变压器的冷却方式决定了对变压器油的散热效果，根据冷却方式散热效果的不同给出冷却系统修正系数的建议值。
3.1.5近区短路
特高压变压器容量大，发生近区短路时对特高压变压器内部绕组结构及绝缘会造成非常大的冲击，由于特高压变压器运行设备相对较少、发生近区短路的故障次数更是少之又少，因此本文建议参考常规500kV变压器近区短路故障时采取的修正值。
3.1.6缺陷记录与故障记录
缺陷记录与故障记录的系数修正，同样参考国际大电网组织CIGRE的研宄成果，根据缺陷记录及故障记录次数给出修正系数参考值。
3.2基于综合健康指数评估的特高压变压器检修策略
充分考虑了特高压变压器运行状况、检修记录以及各个附件的运行状态，得到最终评估结果；制定了评估检修策略。检修策略1：特高压变压器状态极佳，各个参数位于正常范围，特高压变压器的各类在线监测系统（如油色谱在线监测系统、铁芯及夹件接地电流监测以及各类其他参量的在线监测）显示其运行状况良好。此时，可考虑结合特高压变压器前几个例行试验周期时所测试验数据变化趋势以及特高压变压器日常带电检测结果（局放检测、红外检测等），即可延长特高压变压器的试验周期。检修策略2：特高压变压器此时为注意状态，能够继续在运，但需要加强监视。尤其是要重点关注油色谱在线监测系统、局放带电检测、红外热成像检测等检测结果，时刻关变化趋势。此时，可按照正常的检修试验周期开展例行试验检修，密切注意例行试验结果，及时根据最新的试验数据评估变压器状态、不断更新评估结果。检修策略3：特高压变压器此时评估为异常，应该密切监视变压器的运行。缩短针对该变压器的带电检测周期。此状态下，不在以正常的检修试验周期为限制，根据参数变化趋势，及时提出停电检修的策略。检修策略4：特高压变压器此时评估为严重，绝缘参量或者其他附件处于裂化严重或者机械损伤严重的状态。部分状态量严重超标，甚至马上就会引起设备故障、导致停电事故，此时需尽快申请停电、安排停电检修，避免事故扩大化。
4结束语
随着特高压变压器运行年限的增长，其状态评估以及相关绝缘老化研宄必然是一个非常重要的方向，以特高压变压器状态评估为基准、进而研宄预估特高压变压器的寿命亦必将是热点。
参考文献
[1]陈宇,高波,粟茂,汤浩,吴广宁.基于变压器模型的特高压变压器饱和励磁特性研究[J].高压电器,2019,5507:142-149.
[2]杨征,李茹勤,黄健金.特高压变压器工厂化检修模式的研究与应用[J].山西电力,2019,03:32-36.