计及电网节点重要度的变压器检修排序方法

计及电网节点重要度的变压器检修排序方法

陈勇苏良成王勍

国网铜陵供电公司安徽铜陵244000

摘要：提高变电设备，特别是大型电力变压器运行，对整个电网的安全可靠运行和降低电网运行成本都具有十分重要的意义。采用健康指数理论对变压器运行状态进行分级评估。通过复杂网络理论建立电网拓扑模型，以节点重要度指标来表征变压器运行状态对电网的影响。结合节点重要度对变压器状态评估结果进行修正，制定全网设备的检修次序。以某电网实际数据为例对所提方法的可行性及有效性进行了验证。

关键词：变压器；状态评估；健康指数理论；复杂网络；节点重要度；检修次序

引言

变压器（Transformer）结构复杂，检修流程繁杂，采用人工检修势必会增加检修人员工作强度并容易因人为因素而导致细小的问题被遗漏，继而给其平稳运行带来严重不利影响。随着电器自动化技术的快速发展，构建电力自动化变压器检修系统并将其应用于检修工作中无疑能够大幅提高检修效率，日益引起电力行业的关注。然而，电力自动化变压器检修系统的构建是一个系统性工程，对使用的处理技术要求较高，所以结合当前技术发展形势，围绕电力自动化变压器检修系统处理技术展开研究与分析成为当务之急。

1分层级状态评估模型

为了得到考虑节点重要度的变压器检修排序结果，本文结合层次分析法的思想建立了自下而上的分层级评估模型，如图１所示。最底层为状态量层：节点状态主要取决于节点下设备的状态，该层主要由反映设备当前状态的状态量构成，每台设备的状态量都分为基础级状态量、试验级状态量和修正级状态量。中间层为节点状态层：基于健康指数理论方法对最底层的设备状态量进行信息融合，得到设备的状态集，即节点状态集Ｓ＝［ｓｉ］（ｉ＝１，２，…，ｎ，ｎ为网络中节点数量）。最上层为全局状态层：通过复杂网络理论对电网进行建模，得到节点重要度指标集ＳＮＩ＝［ＳＮＩｉ］（ｉ＝１，２，…，ｎ），再通过融合函数β＝ｆ（Ｓ，ＳＮＩ）将节点状态集、节点重要度指标集进行结合，以此指导检修排序。

图１计及电网节点重要度的变压器分层评估结构图

2考虑计划检修可靠性评估

2.1考虑计划检修的变压器元件可靠性模型

根据《输变电设备检修导则》，结合实际工程，综合考虑变压器在运行中出现的故障类型，建立变压器全状态模型，该模型为变压器在运行过程中可能出现的全部状态，如图1所示。计划检修分为三类：A类检修是指设备需要停电进行的整体检查、维修、试验工作；B类检修是指设备需要停电进行的局部检查、维修、更换、试验工作；C类检修是指设备不需要停电进行的检查、维修、更换、试验工作。

2.2序贯蒙特卡洛的可靠性评估方法

由于全年负荷的变化，不同时段的故障导致的失负荷也不同，因此，应用时序蒙特卡洛模拟，可获得较为准确的可靠性评估结果。可靠性评估的蒙特卡洛方法的基本理论是，基于元件运行与停运的概率模型，产生随机数进行随机抽样，模拟系统的失效事件，形成系统的时序状态转移过程，从而计算得到系统的可靠性指标。

3基于复杂网络的节点重要度分析

3.1节点综合重要度

考虑到节点在网络中的重要性不仅与自身信息相关，还与其相邻节点的信息有关，提出了一种计算简单且有效的基于节点邻居信息及集聚系数的节点重要性评价指标。为了使该指标能够兼具电气性质，提出以支路重要度指标作为支路的权重来求解各节点的加权度，进而求取节点重要度指标，如式（1）～式（5）所示。其中，式（1）为节点重要度计算公式；式（2）为节点i加权度计算公式；式（3）为节点i与其邻居节点加权度之和计算公式；式（4）为节点i的集聚系数计算公式；式（5）为节点i的邻接节点间紧密程度计算公式。

式中DW（i）表示节点i的加权度；Ｒi表示节点i所连支路集；Γi表示节点i的邻居节点集合；NB为网络节点数；ei表示节点i与其任意两个邻居节点之间所形成的三角形的个数；ki为节点i相邻节点数。求得支路和节点重要度指标后，，Fmax为相应指标的最大值；Fmin为相应指标的最小值；Fi为第i个（条）节点（支路）的重要度指标。Fi=Fmax－FiFmax－Fmin（6）利用式（3）处理后的元件重要度指标，其值越小，表示元件越重要。

3.2基于复杂网络的电网拓扑模型

复杂网络是由具有自组织、自相似、吸引子、小世界、无标度中部分或全部性质的网络，由节点和节点间的边组成，其中节点表示系统的元素，边表示元素之间的相互作用。根据复杂网络的边有无权值，可将复杂网络分为有权网络模型和无权网络模型。无权网络所有边的权值都相同，反映节点之间简单连接方式和相互作用。若对每条边都赋予相应的权值，则该复杂网络就成为有权网络。有权网络能够描述节点之间的连接程度的强弱，更为完整地表达复杂网络的结构。含有ｎ个节点和ｍ条边的有权网络模型可以用图Ｇ及边权连接矩阵Ｗ描述：

其中，Ｖ为网络中所有节点的集合；Ｅ为网络中所有边的集合；ｗｉｊ为相连节点ｖｉ、ｖｊ间的权值；Ｆ为大于０的常数。类似地，电力网络也是由节点与支路所构成，因此，可以采用复杂网络理论对其进行建模。由于电力用户负荷分布的差异，电网节点与支路的重要程度都不同，因此本文提出将线路输送功率值作为电网拓扑结构边的权值参数，并将发电机组、变电站和用户负荷作为该网络的节点，输电线路视为网络的边，边的权值定义为此边对应的线路输送功率值。

结语

随着电网规模的日渐扩大、电力系统复杂程度的不断加深，提高输电系统中电力变压器运行的可靠性是保障复杂电网安全、稳定、经济运行的基础和前提。然而，系统中变压器数目众多、运行状态各异，且由于设备所处节点不同，其故障停运的影响范围也存在差异。本文所提出的检修排序方法可以为电网运维人员制定检修计划提供参考，提高检修任务繁重时的检修效率，保证电网设备运行的可靠性，降低变压器故障对电网造成的影响。目前，文中仅考虑了节点下变压器的状态，未来可以将更多设备的状态值以加权的方法导入，同时引入检修经济性指标，更为全面地评估节点的状态，以便于制定更符合实际情况的检修计划。

参考文献：

[1]吴治均，李明昆.基于馈线路径集合法的并网型微电网可靠性评估[J].电气技术，2016，17（10）：17-22.

[2]曾庆禹.特高压交直流输电系统技术经济分析[J].电网技术，2015，39（2）：341-348.