可有效、准确地评估诊断变压器绝缘状态的新方法

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摘要

福州大学电气工程与自动化学院、福建省电器智能化工程技术研究中心的研究人员邹阳、何倩玲、蔡金锭，在2019年第20期《电工技术学报》上撰文指出（论文标题为“基于组合赋权-双基点法的变压器油纸绝缘状态综合评估”），变压器油纸绝缘状态的准确诊断对其检修策略制定具有重要指导意义。为实现油纸绝缘状态的客观科学评价，建立基于组合赋权-双基点法的变压器油纸绝缘状态多特征量综合评估模型。

首先，针对利用单一特征量评估的不足，基于现有采集的时域介电谱数据分别从回复电压极化谱与扩展德拜等效电路提取多个老化特征量，建立标准评估指标体系；其次，运用计及专家主观经验和数据客观差异的指标组合赋权模型，克服单一赋权法的不足；最后，基于双基点法计算待评估对象与标准状态理想点的贴近度，获取油纸绝缘状态的综合评估结果，并对评估结果数据进行深入分析，进一步了解变压器的油纸绝缘状态。通过实例验证所建评估模型能有效、准确地诊断变压器绝缘状态，可为变压器油纸绝缘状态评估提供一种新方法。

变压器是电力系统安全运行的第一道防线，据统计，电网实际运行过程中有较大比例的停电事故都是由变压器油纸绝缘失效导致。因此对变压器油纸绝缘状态的准确评估，有利于变压器以及电力系统的可靠稳定运行。目前，国内外研究者常利用传统诊断法和介电响应诊断法进行油纸绝缘状态评估。传统诊断法不确定因素较多且不易测量，具有一定局限性。介电响应诊断法中的回复电压法（Recovery Voltage Method, RVM）具有携带油纸绝缘状态信息丰富等优点，适用于变压器的现场诊断，是近年来国内外学者的研究热点。

目前已有的变压器油纸绝缘状态评估的研究还存在一些不足。

首先，其中部分研究都是仅限单个或少数的特征量与绝缘老化状态的相关性分析，难以对油纸绝缘状态进行综合准确评估，如：

有学者通过加速热老化实验，仅指出不同老化程度下少数特征量的变化规律；
有学者通过实验建立仿真模型，仅分析验证不同绝缘状态与绝缘电阻、几何电容等少数特征量的关联性；
有学者基于时域介电谱理论，仅研究了主时间常数等单一特征量与老化受潮的关系。

对此，已有部分学者研究综合评价法在油纸绝缘状态评估的应用，均得到一定成效，但对于权重分析不够全面，如：

有学者引用灰色关联度建立了变压器绝缘状态的综合评估模型，有效地对变压器绝缘状态进行评估，但未对不同特征量对评估结果所占的权重进行分析；
有学者运用灰色关联诊断算法综合评估油纸绝缘老化状态，但只采用层次分析法确定特征量权重，易造成评估结果受主观因素影响较大；
有学者利用模糊聚类分析法将不同油纸绝缘老化程度较接近的变压器进行归类，以此判断变压器油纸绝缘的老化情况，但其研究对关键的隶属度获得缺乏足够证据；
有学者采取模糊划分建立了各特征量指标相对劣化度的隶属函数状态评估体系，但仅考虑主观权重的大小，人为因素对于各级状态的模糊隶属度函数的确定存在较大的影响。

其次，以上研究对于变压器绝缘状态等级划分不够细致，大大限制了油纸绝缘老化诊断的准确性。再者，以上方法未对自身评估结果进行深入细致的分析，未在评估结果中对同一绝缘等级的变压器进行更为细致的比较。

针对以上综合评估方法的不足，本文采取引入多个老化特征量，考虑主客观组合权重的方法，结合双基点法搭建油纸绝缘状态综合评估模型。

本文基于多台实测变压器数据，运用模糊C均值（Fuzzy C-Means, FCM）聚类构建的变压器油纸绝缘状态时域特征量的标准状态参量表，其中包含四组标准参量变压器的特征量数据，选取5个时域特征量作为评估指标，并采用改进层次分析法和变异系数法的主客观综合赋权法确定每个指标的权重，可有效降低单一主观权重或客观权重对于评估结果的影响，提高了评估的可靠性和准确性。

同时，结合双基点法对油纸绝缘状态综合诊断，计算比较待评估的不同绝缘状态变压器和每组标准状态参量与评估矩阵中正理想点的贴近度，利用贴近度差值评估对应的绝缘状态。并对其评估结果数据进行深入分析，对同一绝缘等级变压器进行更细致的比较。通过实例验证，该方法可对变压器油纸绝缘状态进行有效评估，为绝缘状态评估提供一种新思路。

图3 变压器油纸绝缘综合评估流程

图4 变压器油纸绝缘状态指标评估体系

结论

本文建立了基于组合赋权-双基点法的综合评估模型，并结合实例分析，得到以下结论：

1）分别通过回复电压极化谱、扩展德拜模型提取5个老化特征量，建立变压器油纸绝缘状态评估的指标体系，综合考虑不同指标对绝缘状态的影响，较单一特征量诊断，此方法更具有全面性。
2）通过改进层次分析法与变异系数法，建立应用组合赋权法确定各特征量指标权重的计算模型，结合了两种主客观赋权法的优点，既有专家经验为参考，又有现场测试数据作为客观依据。
3）运用组合赋权法与双基点法相结合的评估体系，评估过程计算简单，在信息较多且复杂的情况下，可以对变压器油纸绝缘状态进行有效、准确的评估，评估结果更细致，为今后油纸绝缘老化状态研究提供新思路，也可为后续对变压器绝缘的维护提供科学有效的依据。