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摘要:电网的安全主要体现在电力设备安全和系统运行安全两个方面,而电力设备安全是电网安全的第一道防线,只有从引发电网事故的主要源头上建立起第一道防御系统,大幅度提高大型互联电网运行可靠性的目标才有可能实现。电力变压器是电力系统中的关键设备,其运行可靠性直接关系到电力系统的安全运行。本文首先对电力变压器的组成部件与功能进行分析,提出了故障树分析方法原理及流程,最后建立了变压器的故障树分析模型,可以有效评估变压器的可靠性。
关键词:变压器;故障树;运行;可靠性
变电站是智能电网的重要组成部分,变压器是变电站的关键设备之一,它承担着电压变换、电能分配和传输等功能,是输变电系统里面最为关键的环节。其健康水平和运行状况的好坏直接影响着整个电力系统的安全运行,变压器的故障不仅影响电力系统的输电能力,甚至可能造成电力系统的大规模停电,给国民经济和人民日常生活带来重大损失。因此,努力提高变压器运行维护和技术管理水平,降低变压器故障的发生几率,是电力系统迫切需要解决的问题。
作为电力系统中的关键设备,在对电力变压器进行可靠性评估前须明确设备的组成部件及功能、设备的主要故障模式以及故障后果。故障模式和影响分析是一种广泛应用的与输配电设备的可靠性分析方法。本文首先对电力变压器的组成部件与功能进行分析,提出了故障树分析方法原理及流程,最后建立了变压器的故障树分析模型,可以有效评估变压器的可靠性。
1 变压器组成部件与功能
变压器是一种静止的电气设备,它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能转变成另一种电压等级的交流电能。变压器主要包括器身、油箱、冷却装置、保护装置与出线装置等组件。其中器身包括铁芯、绕组、油纸绝缘及引线(包括调压装置、引线夹件等),主要起转换电能及绝缘的作用;油箱包括油箱本体、油枕及油门闸阀等;冷却装置包括散热器、风扇及油泵等;保护装置包括防爆阀、气体继电器、测温元件、呼吸器等;出线装置主要包括引线及套管等组件。
2故障树分析方法
故障树分析是一种评价复杂系统(设备)可靠性与安全性的方法。故障树分析中,对于电力设备的各种故障状态或不正常情况被称为故障事件,完好状态或正常情况皆称为成功事件,两者均简称为事件。故障树分析中所关心事件称为顶事件,它是故障树分析的目标,位于故障树的顶端;仅导致其它事件发生的事件称为底事件,它是可能导致顶事件发生的基本原因,位于故障树的底端;位于各底事件与顶事件之间的中间结果事件称为中间事件。
故障树分析是一种从系统整体开始,通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开的树状分枝图来分析系统故障事件的方法,能够清晰地用图说明系统的失效原因,把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起。该方法可用来帮助分析变压器、断路器各部件故障事件对系统故障的影响。作为一种图形演绎法,需要一些专门的表示逻辑关系的门符号、事件符号以及基本术语,以表示事件之间的逻辑关系和因果关系。用各种事件的代表符号和描述事件因果关系的逻辑门符号组成的倒立树状逻辑因果关系称为故障树。
3 建立故障树方法流程
本项目制定的变压器故障树分析模型参考了《油浸式变压器(电抗器)状态评价导则》中的内容。通过对可能造成设备故障的各种缺陷进行分析,将故障作为设备故障树的顶事件,找出导致这一不希望事件所有可能发生的因素(中间事件),按此方式一直追溯到引起系统发生故障的全部原因(底事件),将系统的故障与中间事件和底事件之间的逻辑关系用逻辑门联结起来,形成故障树图,以表示系统与产生原因之间的关系。
图1 故障树建立流程
故障树的建立一般从分析系统各组件的功能、结构、原理、故障状态、故障原因及其影响等开始,在对系统进行深入分析和了解基础上,确定系统的顶事件,逐级找出各级事件的全部可能的直接原因,并用故障树的符号表示各类事件及逻辑关系,直至分析到各类底事件为止。故障树的一般构造步骤如图1所示。
(1)熟悉系统:在对一个系统进行故障树分析之前,建树者首先应对系统的功能、结构、原理、故障状态、故障因素及其影响等作深刻透彻的了解,收集有关系统的技术资料,完成建树的基础工作。
(2)确定顶事件:顶事件可以根据研究对象来选取,通常顶事件是指系统不希望发生的故障事件。为了能够进行分析,顶事件必须有明确的定义,能够定量评定,而且能进一步分解出它发生的原因。一个系统可能有多个不希望发生的事件,因此可以建立几棵故障树,但一个故障树只能从一个不希望事件开始分析,这就要选择与设计、分析目的最相关的事件作为建树的起始事件,即顶事件。
(3)构造发展故障树。由顶事件出发,逐级找出各级事件的全部可能的直接原因,并用故障树的符号表示各类事件及其逻辑关系,直至分析到底事件为止。显然,对于一个复杂的系统构造发展成一棵故障树需要浩大的工作量。建树方法一般分为两类:第一类是人工建树,基本上是用演绎法,即对系统的各级故障事件进行逻辑推理。第二类是计算机辅助建树,这是目前一个很活跃的研究课题。
(4)简化故障树。当故障树建成后,还必须从故障树的最下一级开始,逐级写出上级事件与下级事件的逻辑关系式,直到顶事件为止。并结合逻辑运算作进一步分析运算,删除多余的事件。
4 变压器故障树模型的建立
结合对变压器组件的分析结果,将可能导致变压器故障的因素分为概况、本体、套管、分接开关、冷却系统、非电量保护和在线监测装置7个部分,并逐步建立了电力变压器的故障树模型,如图2所示(其中 为或门)。其中该故障树底事件、中间事件与其上层事件全部按照或门的方式连接,表明高层事件的扣分值为下一层事件扣分值的累加。
图2 变压器的故障树模型
5 结语
变压器是电力系统的关键设备之一,其健康水平和运行状况的好坏直接影响着整个电力系统的安全运行,变压器的故障不仅影响电力系统的输电能力,甚至可能造成电力系统的大规模停电。本文首先对电力变压器的组成部件与功能进行分析,提出了故障树分析方法原理及流程,最后建立了变压器的故障树分析模型,该模型为变压器的可靠性分析方法奠定了理论基础,可以提高变压器运行维护和技术管理水平,降低变压器故障的发生几率。
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论文作者:张毛雪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/6
标签:故障论文; 事件论文; 变压器论文; 系统论文; 电力系统论文; 方法论文; 逻辑论文; 《电力设备》2017年第14期论文;