电力变压器设备风险评估研究综述_曾芬钰.pdf

9 电工电气电工电气 (2023 No.2)作者简介：曾芬钰(1966)，女，教授，博士，研究方向为能源电力经济、城市管理、公共政策、国际交流与合作等；郝世旺(1987)，男，工程师，硕士研究生，研究方向为电力新能源工程管理、电力设备状态检修及测试诊断等。曾芬钰，郝世旺(上海电力大学 经济与管理学院，上海 200090)摘 要：电力变压器的风险评估问题是设备运维及管理人员关注的重点之一。在分析变压器设备风险评估内涵与特点的基础上，梳理出电力变压器设备风险管理体系框架图和风险评估流程图。以危险源识别、风险可能性分析计算、风险损失值分析计算、风险结果评价四项主要过程为对象，重点研究了变压器设备风险评估中的相关方法与应用现状。研究结果表明，目前对电力变压器运行中风险因素考量范围、故障概率计算方法、风险结果可接受度确定及如何量化分级、风险评估结果与其后续运维检修策略如何建立关联等方面仍存在一些不足，将是该领域后续研究的方向和关注重点。关键词：电力变压器；风险评估；故障概率；风险损失中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2023)02-0009-06 Abstract:The risk assessment of power transformer is one of the focuses of equipment operation,maintenance and management person-nel.After analyzing the connotation and features of transformer equipment risk assessment,the paper sorts out the framework of risk manage-ment system and flow chart of risk assessment for power transformer equipments.The paper,taking the hazard identification,risk possibility analysis and calculation,risk loss value analysis and calculation and risk result evaluation as objects,makes key research on the relevant methods and application of transformer equipment risk assessment.The research results show that some deficiencies still exist in transformer equipment risk assessment,like the scope of risk factors,the calculation method of fault probability,the determination of risk result accept-ability and how to make quantitative classification of it,and how to make connection between risk assessment results and subsequent opera-tion,maintenance and repair strategy.Therefore,all these problems will be the follow-up research direction and focus in this field.Key words:power transformer;risk assessment;fault probability;risk lossZENG Fen-yu,HAO Shi-wang（School of Economics&Management,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090,China）Research Review on the Risk Assessment of Power Transformer Equipments电力变压器设备风险评估研究综述0 引言电力变压器设备风险评估，主要是对变压器运行中存在的风险因素进行识别、分析风险可能性及其影响大小，并进行风险结果的分析评价1-2。对电力变压器进行风险评估，是电力设备运维管理的重要内容，如果变压器风险评估不足，对风险认知和管控不到位，将可能造成运维策略选择不佳、设备运行风险水平不合理及综合经济效益下降等问题。因此，变压器风险评估问题，是来源于工程实践的切实问题，也是具有一定复杂度，众多电力设备运维及管理相关人员仍在共同关注和研究的热点问题3-7。文中将对变压器风险评估内涵与特点进行探讨，并对其流程体系进行梳理，然后分别以变压器风险评估四项主要过程为对象，重点综述其相关方法与应用现状，指出其中的不足之处，并对未来的研究方向进行展望。1 风险评估内涵与特点分析1.1 电力变压器设备风险变压器风险的含义在研究中存在稍许细微的不同8-9，但更普遍的是相同之处，多将风险描述为危险事件发生的概率和其后果损失的大小及严重程度，电力变压器设备风险评估研究综述10电工电气电工电气 (2023 No.2)风险值为两部分量化综合的结果。在不同领域和细分场合，风险概念具有很强的适应性，使得风险研究的侧重点和应用范围客观上也具有多样性9，但风险的完整组成中应包含三个核心要素，即风险因素、风险事件、风险损失，三者缺一不可10。而电力变压器设备风险，可以描述为“变压器使用中发生损失的可能性及其损失量的综合”，为一种总体风险11。当采用概率风险计算时，亦可简化认为是“变压器使用中发生损失的概率与其造成损失量的乘积”，这里采用的乘积形式，与 ISO 2001 所采用并被广泛运用的方法一致。风险计算通用的计算公式如下：R=ni=1(Pi，Ci)(1)式中：R表示风险；Pi表示各种不同后果发生的概率；Ci表示风险事件造成的各种不同后果；i=1，2，n，表示风险事件。1.2 风险评估的内涵及特点风险评估也称危险度评价或安全评价，在我国电工术语 风险评估中，风险评估包含风险分析和风险评价的全过程。参考文献 12-13 关于变压器风险评估的阐释表明，其内涵比较明确统一，其目的是保障电力设备安全，降低风险概率，减少风险损失，其方法途径主要是进行风险的分析和评价(包括潜在危险的识别、危险发生的概率分析与可能造成的损失分析等)，并最终根据风险值量化定级结果，进一步制定相应的对策，如检修策略等。正视并重视风险特征，是优质风险评估的重要保障。风险普遍具有隶属性、危害性、并协性等三大基本属性14-15；参考文献 16 对发生在电力领域的风险特征进行了专门研究，并补充指出随机不确定性、客观存在性、普遍适用性、可预测性、多变性等多种特点，这对于复杂的电力设备如变压器的风险评估与管理工作同样适用。此外，变压器风险评估需要明确其与相关几项细分研究方向的联系与区别，如图 1 所示。风险评估研究既从技术的角度考虑了其作为“设备”的属性，又从经济角度考虑了其作为“资产”的属性17，与变压器健康状态评估、变压器老化与剩余寿命评估、变压器故障诊断研究等在技术性层面上有着极强的联系。如多是围绕变压器本身可靠性或内部稳定性进行的，但又有着关键性的区别，如风险评估研究还会涉及到对经济、人身、环境等方面的影响，考虑的因素范围更广泛、复杂度更大，内涵上相对更为丰富。2 电力变压器风险评估流程体系研究2.1 变压器风险评估流程体系研究现状风险评估的流程体系总体可以分为四个部分：一是选择系统、定义问题、确定范围；二是系统风险危险因素识别；三是系统失效原因及严重后果分析估算；四是系统风险结果的评价表述等18。这一通用性较强的流程方法比较全面、规范，也是当前变压器风险评估遵循的主要系统性方法，其中后三项是风险评估的核心步骤。研究中部分学者13，15将变压器风险评估与设备状态评价建立起具有先后关系的强联系，将风险评估置于状态评价与检修策略之间，即将其作为隶属于电力设备状态检修管理制度整体之下的一项关键内容，这种方法思路在我国电网公司系统内是比较普遍的。但应该明确的是，大部分普通工业用户或非系统内设备管理者可以不必采用这套体系。鉴于风险评估体系方法的重要性和高效性，部分研究者19-20指出，基于风险评估的检修将可能成为下一代的检修模式，这种演化倾向将会强化变压器风险评估流程体系的独立性。2.2 变压器风险评估流程体系图通过调研分析及综合比较，梳理出一组变压器风险管理体系框架，如图 2 所示。其主要特点为涵盖了变压器风险评估的三项必不可少的步骤及其主要内容，三者关系层层递进，逻辑清晰，便于理解应用；同时，框架图界定了风险评估的边界，其与后续的风险控制之间，通常需要结合运维策略、检修计划等建立联系。图1 变压器评估相关研究细分方向关系图变压器寿命老化或故障诊断状态研究(研究变压器内部主要部件的短板部位，纯技术性机理问题)变压器设备状态评估研究(研究变压器整体与内部主要部件，技术问题为主)变压器设备风险评估研究(研究变压器整体+外部环境相互联系的技术问题+经济问题)电力变压器设备风险评估研究综述11 电工电气电工电气 (2023 No.2)电力变压器风险评估流程如图 3 所示，其中三个核心环节的作用分别为：(1)风险因素识别是进行损失预测和防范的首要前提，也是风险评估的关键；(2)风险分析估算是风险评估的核心环节，包括风险概率估算和风险损失估算两部分，需要大量基础、可靠数据和计算方法作为支撑，与上述风险因素识别可以合称为风险分析；(3)风险结果评价是对风险分析结果大小及可接受程度的评判，其结论可以作为后续风险控制及运维决策的重要依据。3 电力变压器风险评估方法研究综述风险评估涉及到的方法多种多样，国内外已积累了丰富的成果5，7，9，11-12，18，20-21，至目前，风险评估正在众多领域的细分专业上发展，但应用中对评估方法的科学性、准确性与实用性要求也越来越高10。由于各类风险评估方法会分布在危险因素识别、风险可能性分析、风险损失值分析、风险结果评价等主要过程中，现以该四项主要流程为对象，重点对变压器设备风险评估相关方法与应用现状进行综述。3.1 电力变压器危险因素识别与分类电力变压器设备运行中总是面临着诸多危险因素，这一方面源于设备的本身特点，另一方面是受到诸多外部因素的影响22，故可按来源主要归类为内部和外部两个方面，如图 4 所示。在众多关于变压器风险评估或运维管理相关的综合性文献中，大多数采用了基于故障树9，23-26、风险树27的因果分析方法来寻找风险因素，或基于管理规范和实际经验对其进行归纳11，28-29，但通常将变压器的危险来源限定在变压器设备本身及向内分析，而对来自于变压器外部的危险因素并不深入考虑或很少涉及。这是一种抓住核心因素、简化复杂问题的常规做法，但同时应该注意到，故障因素识别和分析的完整性也略有欠缺，外部危险因素(如气候因素、自然灾害、管理不当或运行不当、系统运行因素或电力系统影响、动物事故及外力破坏等)的影响需要在未来的研究中得到更多的关注。3.2 电力变压器风险可能性分析与计算变压器风险可能性，在研究中基本上已被广泛等同于其变压器发生故障的可能性，即被简化为变压器故障概率。而变压器故障概率的分析和计算，目前主要有三类常用方法，即基于设备状态评价指标的方法3，11，14-15，29-30、基于故障树分析的方法9，18，23-24、基于马尔可夫理论的方法8，13，31-32。其中，设备状态评价指标方法多以具体设备状态评价为基础，充分考虑了设备的个体信息，针对性强，但样本统计数据获取周期长且具有滞后性，同时状态指标评价方法不