電力變壓器狀態(tài)維修策略的灰態(tài)勢(shì)決策方法

電力變壓器狀態(tài)維修策略的灰態(tài)勢(shì)決策方法

作為電氣系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行的安全可靠性直接關(guān)系到電氣系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外主要采用停電預(yù)防性試驗(yàn)和定期維修來(lái)保證變壓器的安全運(yùn)行。定期維修制度往往存在“過(guò)度維修”或“維修不足”的缺陷,在給電力運(yùn)行部門(mén)造成大量人力和物力浪費(fèi)的同時(shí)降低了供電可靠性。為了避免定期維修制度的不足,目前國(guó)內(nèi)外許多電力企業(yè)正逐步開(kāi)展?fàn)顟B(tài)維修的試點(diǎn)工作。狀態(tài)維修是一種以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)基于可靠性和預(yù)防性的維修技術(shù),其關(guān)鍵是正確判斷設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、合理預(yù)測(cè)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)及確定最佳的維修策略,其最終目的是制定最優(yōu)的維修策略。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于變壓器狀態(tài)維修的研究成果主要集中在變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、故障診斷和狀態(tài)評(píng)估等方面,而有關(guān)狀態(tài)維修策略制定方法的研究還處于起步探索階段。筆者根據(jù)灰局勢(shì)決策的基本原理,確定了變壓器狀態(tài)維修的事件集和對(duì)策集,提出了變壓器狀態(tài)維修策略的灰色決策局勢(shì)和決策評(píng)價(jià)指標(biāo)及其相應(yīng)的量化方法,建立了變壓器狀態(tài)維修策略的灰局勢(shì)決策模型,并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明了該決策方法的具體步驟。1灰色局勢(shì)決策對(duì)于被處置(決策)的事件,從不同的對(duì)策中挑選效果最好的對(duì)策來(lái)對(duì)付該事件,就是灰色局勢(shì)決策。一般由局勢(shì)及效果向量的確定、理想最優(yōu)效果向量的確定、灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算和決策等4個(gè)主要步驟組成。1.1結(jié)果分析令ai為被處置(決策)事件,bj為對(duì)付ai的第j種對(duì)策,則稱(chēng)bj對(duì)ai的二元組合為局勢(shì),記為sij:sij=(ai,bj)。(1)其中:i=1,2,…,n,n為待決策事件的個(gè)數(shù);j=1,2,…,m,m為決策的個(gè)數(shù)。設(shè)u(1)ij為局勢(shì)sij在k目標(biāo)下的效果值,則局勢(shì)sij對(duì)應(yīng)的效果向量為:uij=(u(1)ij,u(2)ij,?,u(p)ij)?i=1,2,?,n;j=1,2,?,m。(2)1.2理想最優(yōu)效果向量若局勢(shì)sij在k目標(biāo)下的最優(yōu)效果值為ui0j0(k),則局勢(shì)S的理想最優(yōu)效果向量可記為ui0j0=(ui0j0(1),ui0j0(2),ldots,ui0j0(p))。(3)實(shí)際工作中,針對(duì)具有不同特點(diǎn)和要求的決策問(wèn)題,一般可按以下方法確定理想最優(yōu)效果向量。1k目標(biāo)效果越大越好u(k)i0j0=max1≤i≤n1≤j≤m{u(k)ij}。(4)2當(dāng)k目標(biāo)值接近規(guī)定的u0值時(shí)，取以下步驟u(k)i0j0=u0。(5)3k目標(biāo)效果越小越好u(k)i0j0=min1≤i≤n1≤j≤m{u(k)ij}。(6)1.3ij設(shè)εij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)為效果向量uij與理想最優(yōu)效果向量ui0j0之間的灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度,則εij=1+|s0|+|sij|1+|s0|+|sij|+|sij-s0|。(7)其中|s0|=|n-1∑k=2u0i0j0(k)+12u0i0j0(n)|?|sij|=|n-1∑k=2u0ij(k)+12u0ij(n)|?|sij-s0|=|n-1∑k=2(u0ij(k)-u0i0j0(k))+12(u0ij(n)-u0i0j0(n))|。1.4次優(yōu)效果向量若εij滿足對(duì)任意i∈{1,2,…,n}且i≠i1和任意j∈{1,2,…,m}且j≠j,恒有εi1j1≥εij,則ui1j1為次優(yōu)效果向量,si1j1為次優(yōu)局勢(shì)。因此,當(dāng)εi1j1=max1≤i≤n1≤j≤m{εij}時(shí),ui1j1為次優(yōu)效果向量,si1j1為次優(yōu)局勢(shì),方案bj1為備選方案中的最優(yōu)方案。2變量狀態(tài)下的績(jī)效評(píng)估方法與灰勢(shì)2.1變壓器狀態(tài)維修策略的對(duì)策集以目前國(guó)內(nèi)外實(shí)施變壓器狀態(tài)維修工作種所普遍采用的立即停電檢修、優(yōu)先安排檢修、監(jiān)視運(yùn)行、定期檢修和延期檢修等5種維修策略作為變壓器狀態(tài)維修對(duì)策,則變壓器狀態(tài)維修策略的對(duì)策集可記為B={b1,b2,b3,b4,b5}。(8)其中:b1為立即停電檢修方案,b2為優(yōu)先安排檢修方案,b3為監(jiān)視運(yùn)行檢修方案,b4為定期檢修方案,b5為延期檢修方案。相應(yīng)的局勢(shì)集為S={s1j=(a1,bj)|bj∈B}={s11,s12,s13,s14,s15}。(9)其中:a1為實(shí)施變壓器狀態(tài)維修事件。2.2變壓器指數(shù)制定實(shí)施變壓器狀態(tài)維修的目的是為了提高其利用率和運(yùn)行的可靠性,因此決策目標(biāo)應(yīng)在保證變壓器安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上兼顧經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)對(duì)目前我國(guó)電力運(yùn)行部門(mén)的變壓器運(yùn)行情況、維修人員素質(zhì)、管理水平等多方面進(jìn)行綜合分析,最終確定采用安全性、可靠性、維修性、經(jīng)濟(jì)性和可監(jiān)測(cè)性等5項(xiàng)指標(biāo)為變壓器狀態(tài)維修策略的決策評(píng)價(jià)指標(biāo)。在實(shí)際工作中,各評(píng)價(jià)指標(biāo)主要通過(guò)專(zhuān)家評(píng)估的方法予以確定,通常采用“好”、“一般”等表示程度的語(yǔ)言進(jìn)行定性表述。因此,為了便于進(jìn)行灰局勢(shì)決策,需要首先將各定性評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為量化指標(biāo)。各評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體評(píng)價(jià)內(nèi)容和量化方法如表1所示。2.3均項(xiàng)值根據(jù)表1,采用專(zhuān)家評(píng)分方法得到不同局勢(shì)s1j(j=1,2,…,5)在評(píng)價(jià)指標(biāo)k下的效果值u(k)1j,則局勢(shì)s1j對(duì)應(yīng)的效果向量為u(k)=(u(k)11,u(k)12,?,u(k)15);k=1,2,?,5。按式(10)計(jì)算k目標(biāo)下局勢(shì)效果序列u(k)的均項(xiàng)值?u(k)1j(j=1,2,?,5;k=1,2,…,5)。?u(k)1j=u(k)1j×m×wk5∑j=1u(k)1j。(10)其中:?u(k)1j為k目標(biāo)下局勢(shì)效果序列u(k)的均項(xiàng)值;m為決策個(gè)數(shù),本文中m=5;wk為權(quán)重,本文根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性采用固定權(quán)重,如表1所示。則相應(yīng)的均項(xiàng)值向量為?u(k)=(?u(k)11,?u(k)12,?,?u(k)15);k=1,2,?,5。(11)局勢(shì)s1j的效果向量為:u1j=(u(1)1j,u(2)1j,?,u(5)1j);j=1,2,?5。由于5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均要求越大越好,因此,根據(jù)式(4)求出各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的理想最優(yōu)效果向量為:ui0j0=(u(1)i0j0,u(2)i0j0,?,u(s)i0j0)。2.4灰色趨勢(shì)的決定步驟灰色局勢(shì)決策主要包括決策目標(biāo)的確定、局勢(shì)效果序列、理想最優(yōu)效果向量、灰色絕對(duì)關(guān)聯(lián)度、確定最優(yōu)維修方案等主要步驟。具體步驟如圖1所示。3維修策略的驗(yàn)證利用2中的維修策略模型對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)的電力變壓器和電抗器共進(jìn)行了19次狀態(tài)維修策略的決策驗(yàn)證,其中涉及絕緣缺陷的變壓器5臺(tái)·次,其余均為正常運(yùn)行狀態(tài)。試用情況表明:筆者提出的決策方法能夠提供合理的變壓器維修策略,對(duì)合理安排電力變壓器維修方案具有積極的指導(dǎo)意義。限于篇幅,以下僅列舉兩例說(shuō)明決策的具體過(guò)程。3.1決策目標(biāo)的確定某110kV無(wú)人值守變電站#1主變壓器通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在局部過(guò)熱性故障。經(jīng)研究,決定對(duì)其進(jìn)行維修。按2.4中的灰局勢(shì)決策步驟決策如下:第1步:根據(jù)2.1中式(8)和式(9),灰局勢(shì)決策的事件集為A={a1},對(duì)策集為B={b1,b2,b3,b4,b5},局勢(shì)集為S={sij=(ai,bj)|ai∈A,bj∈B}={s11,s12,s13,s14,s15}。第2步:根據(jù)2.2,確定安全性、可靠性、維修性、經(jīng)濟(jì)性和可監(jiān)測(cè)性為5個(gè)決策目標(biāo)。第3步:根據(jù)變壓器的運(yùn)行情況,經(jīng)多位專(zhuān)家綜合分析后確定目標(biāo)k的局勢(shì)效果向量。1對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)1-安全性的態(tài)勢(shì)效果序列該變電站地勢(shì)較偏僻、附近居民較少,變壓器發(fā)生故障造成人員傷亡的可能性較小,因此對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)1-安全性的局勢(shì)效果序列為u(1)=(u(1)11,u(1)12,u(1)13,u(1)14,u(1)15)=(0.95?0.90?0.85?0.80?0.70)。2變壓器操作可靠性根據(jù)歷史運(yùn)行記錄,發(fā)現(xiàn)該變壓器沒(méi)有發(fā)生過(guò)重大事故,且故障率較低;同時(shí)由于該變電站無(wú)人值守,變壓器的所有操作均由遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)控制,可靠性較高。因此,綜合考慮兩方面的因素,對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)2-可靠性的局勢(shì)效果序列為u(2)=(u(2)11,u(2)12,u(2)13,u(2)14,u(2)15)=(0.40?0.60?0.90?0.60?0.40)。3維修過(guò)程復(fù)雜、容易被專(zhuān)門(mén)使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明變壓器內(nèi)部存在潛伏性故障,維修需要將變壓器進(jìn)行吊罩處理,維修過(guò)程復(fù)雜、維修時(shí)間長(zhǎng),且可能需要專(zhuān)門(mén)的備件。因此,對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)3-維修性的局勢(shì)效果序列為u(3)=(u(3)11,u(3)12,u(3)13,u(3)14u(3)15)=(0.20?0.50?0.90?0.80?0.70)。4潛伏性故障,維修費(fèi)用高該變電站僅有1臺(tái)主變,如果停電檢修將帶來(lái)較大的售電損失,同時(shí)若要單獨(dú)處理該潛伏性故障,維修費(fèi)用較高。因此,對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)4-經(jīng)濟(jì)性的局勢(shì)效果序列為u(4)=(u(4)11,u(4)12,u(4)13,u(4)14u(4)15)=(0.20?0.40?0.90?0.80?0.80)。5最優(yōu)效果向量局部過(guò)熱性故障可通過(guò)對(duì)變壓器油溫進(jìn)行監(jiān)視或通過(guò)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)視,監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)便易行且費(fèi)用低廉。因此,對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)5-可監(jiān)測(cè)性的局勢(shì)效果序列為u(5)=(u(5)11,u(5)12,u(5)13,u(5)14,u(5)15)=(0.20?0.40?0.70?0.90?0.80)。第4步:由式(10)和式(11),k目標(biāo)下局勢(shì)效果序列的均項(xiàng)值為:?u(1)=(0.3393?0.3214?0.2857?0.3036?0.2500)??u(2)=(0.1724?0.2586?0.3879?0.2586?0.1724)??u(3)=(0.0484?0.1210?0.2177?0.1935?0.1694)??u(4)=(0.0645?0.1290?0.2903?0.2581?0.2581)??u(5)=(0.0333?0.0667?0.1167?0.1500?0.1333)。第5步:由第4步結(jié)果,可得局勢(shì)sij的效果向量uij,(i=1,j=5)為u11=(0.3393?0.1724?0.0484?0.0645?0.0333)?u12=(0.3214?0.2586?0.1210?0.1290?0.0667)?u13=(0.2857?0.3879?0.2177?0.2903?0.1167)?u14=(0.3036?0.2586?0.1935?0.2581?0.1500)?u15=(0.2500?0.1724?0.1694?0.2581?0.1333)。第6步:由于各評(píng)價(jià)目標(biāo)均為越大越好,則由式(4)可求得理想最優(yōu)效果向量為:ui0j0={u(1)i0j0,u(2)i0j0,u(3)i0j0,u(4)i0j0,u(5)i0j0}=(0.3393?0.3879?0.2177?0.2903?0.1500)。第7步:由式(7)式可計(jì)算出uij與ui0j0的灰色關(guān)聯(lián)度εij(i=1,j=1,2,3,4,5)分別為:ε11=0.7726,ε12=0.8542,ε13=0.9943,ε14=0.9369,ε15=0.8965;第8步:由maxi=11≤j≤5{εij}=ε13=0.9943可知,u13為次優(yōu)向量,s13為次優(yōu)局勢(shì)。因此,該變壓器可以“監(jiān)視運(yùn)行”方案作為安排檢修的依據(jù)。3.2k目標(biāo)下態(tài)勢(shì)效果向量的確定某220kV變電站#1主變壓器自投運(yùn)10多年以來(lái),一直運(yùn)行良好,歷年的預(yù)防性試驗(yàn)指標(biāo)都符合規(guī)程要求,未出現(xiàn)重大的缺陷和事故,按照預(yù)防性維修規(guī)程,2008年3月運(yùn)行單位對(duì)該變壓器進(jìn)行了停電預(yù)防性試驗(yàn),結(jié)果表明該變壓器各項(xiàng)參數(shù)正常,完全可以延期進(jìn)行停電預(yù)防性試驗(yàn)。為了驗(yàn)證本文提出的灰局勢(shì)決策方法的可行性,在停電預(yù)防性試驗(yàn)前,對(duì)該變壓器進(jìn)行了維修方案決策。其決策過(guò)程如下:為保證決策的有效性,在決策前先對(duì)該變壓器進(jìn)行了目測(cè)、紅外測(cè)溫、油色譜分析等帶電檢測(cè),結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常。然后組織專(zhuān)家根據(jù)該變壓器的實(shí)際情況評(píng)分,確定目標(biāo)k的局勢(shì)效果向量為u(1)=(0.75?0.80?0.90?0.85?0.90)?u(2)=(0.20?0.60?0.95?0.90?0.90)?u(3)=(0.90?0.85?0.75?0.85?0.70)?u(4)=(0.10?0.40?0.70?0.80?0.95)?u(5)=(0.10?0.40?0.90?0.80?0.95)。由式(10)和式(11),計(jì)算k目標(biāo)下局勢(shì)效果序列的均項(xiàng)值,得出局勢(shì)sij的效果向量uij,(i=1,j=5)為u11=(0.2679?0.0704?0.1667?0.0339?0.0159)?u12=(0.2857?0.2113?0.1574?0.1356?0.0635)?u13=(0.3214?0.3345?0.1389?0.2373?0.1429)?u14=(0.3036?0.3169?0.1574?0.2712?0.1270)?u15=(0.3214?0.3169?0.1296?0.3220?0.1508)。由式(4)求得理想最優(yōu)效果向量為ui0j0={u(1)i0j0,u(2)i0j0,u(3)i0j0,u(4)i0j0,u(5)i0j0}=(0.3214?0.3345?0.1667?0.3220?0.1508)。由式(7)可計(jì)算出uij與ui0j0的灰色關(guān)聯(lián)度εij(i=1,j=1,2,3,4,5)分別為:ε11=0.7785,ε12=0.8704,ε13=0.9584,ε1