北极星智能电网在线讯:8月15日，江苏电力科学研究院变压器状态监测评估及预警技术团队成员陆云才登录变压器健康管理系统，完成了江苏全省变压器健康状态分析。在大屏前，全省5000余台变压器的在线监测数据、负荷数据、缺陷信息等清晰呈现。同时，系统自动生成运维建议，辅助专业人员“对症下药”，为迎峰度夏期间设备安全运行做好保障。
这一系统是江苏电科院推进主设备管理数字化的具体实践之一。主变压器等主设备是电网运行的物理基石，精准掌控变压器的健康状态对电网安全至关重要。该院推动主设备管理数字化转型，建成变压器健康管理系统，以数字化手段服务设备运检业务高效开展。
健康档案记录变压器全寿命周期数据
江苏电网是国家电网有限公司供区内在运变压器和换流变压器数量最多的省级电网，拥有110千伏及以上电压等级变压器设备5000余台。
以往，变压器状态评估和故障诊断主要依靠专家分析变压器数据，根据经验给出结果和运维管理策略。但由于变压器数量多，油色谱、高压试验、在线监测等“病历记录”分散在不同的系统中，专家分析起来既不直观便捷，也难以发现设备家族性缺陷等深层次、综合性缺陷。打通数据源成为提升健康诊断水平的关键。
“以往，变压器运维历史记录会存储在设备运维精益管理系统（PMS）中，但该系统中并不包含设备运行时的温度、负载率和电压、电流等数据。对专业人员来说，只看PMS中的变压器运维历史记录不够全面。”江苏电科院输变电中心副主任马勇介绍，“要更加系统地评估设备状态，或是查阅多方面的设备运行数据，专业人员往往需要登录多个系统。这些数据的记录格式也不统一，收集汇总起来费时费力。”
自2021年起，江苏电科院融合多年的技术攻关成果和专业实践经验，建设变压器健康管理系统。该系统打通了PMS、D5000等15个系统中涉及变压器运行状态的数据库，汇集了江苏电网所有变压器的32类770余万条运行状态数据。这些数据中，既有设备负载情况、三相平衡度等设备运行常规数据，还有来自在线油色谱系统、直流偏磁系统和物联网感知系统的诊断分析数据。
在此基础上，变压器状态监测评估及预警技术团队梳理分类了设备出厂、交接、运行、检修4个环节的关键节点，为变压器健康管理系统开发了设备全生命周期大事件功能模块，为5000余台变压器逐一构建了变压器全寿命周期健康档案。无论是设备的缺陷、隐患记录，还是设备停运、恢复时间，都在健康档案中完整呈现，为专业人员提供了全面的数据参考。
综合评估诊断变压器“健康状态”
一般情况下，为了保障变压器安全稳定运行，运维单位主要依靠定期“体检”确定设备状态，按不同的电压等级，每1～5年对主变压器开展检修试验。这类“体检”间隔时间较长。然而，变压器在运行过程中受到运行温度、振动等外界因素影响，可能会产生缺陷或发生原有缺陷进一步发展的情况，给电网安全带来隐患。如果能通过变压器油色谱数值、运行温度等数据，提前发现缺陷的“蛛丝马迹”，掌握设备特别是老旧主变压器的健康状态，将进一步助力设备运行可靠性提升。
为此，变压器状态监测评估及预警技术团队于2021年2月开始研发健康评估和故障诊断模块，构建了基于变压器运行信息、在线监测、离线试验及关键组部件等多维度的健康评估模型，使用模型综合计算在运主变压器的多项性能指标。2021年12月，该模块上线运行。
在发现异常指标时，模块会根据异常指标的严重程度综合计算设备健康指数，评估每台设备的健康状态。评估分数从高到低分为健康、亚健康、注意、异常、严重5级。
在健康评估的基础上，系统还可以对缺陷设备开展故障诊断，定位并分析变压器故障成因。江苏电科院已积累了900余个变压器故障缺陷案例，分类汇总了35种典型故障模式，建立了基于援例推理和故障树的两大类诊断算法，构建了变压器缺陷智能诊断模型，实现变压器绕组及引线、绝缘油、铁芯等7个方面的故障成因数字化、自动化分析诊断。
“设备缺陷成因、类型等错综复杂，以过热缺陷为例，缺陷可能发生在绕组、铁芯等多个部位。”马勇介绍，“为了实现对缺陷类型及部位的精细化诊断，我们构建了初级诊断和次级诊断双层诊断模型，先初步分析设备的缺陷性质，再结合在线监测、离线试验及运维检修等多维度数据，进一步推测变压器缺陷类型及部位。目前，我们已经实现了对20余种变压器缺陷类型的自动诊断。”
寿命分析辅助运维“智能决策”
6月1日，变压器健康管理系统的寿命评估模块预测某主变压器C相剩余寿命仅为69天，同时自动诊断出该主变压器存在电流回路过热缺陷。江苏电科院建议相关单位尽快申请设备返厂检查。解体检查证实了设备中压线圈存在股间短路故障，验证了系统的寿命评估和故障诊断结论。该主变压器故障停运后，系统调用备品分析模块寻找江苏省内的现有设备备品，因未发现合适备品，又自动计算所需备品参数，建议协调厂家尽快生产符合该参数要求的变压器。
设备的剩余寿命评估能帮助运维人员动态制订检修策略，提高设备健康水平。设备从投运到报废的全寿命周期内，故障概率呈现“两头高、中间低”规律。出于合理分配运维力量的考虑，运维单位需要合理判断设备的寿命阶段，选择合适的运维策略。变压器状态监测评估及预警技术团队选取变压器本体、套管等5个关键组件作为评估对象，确定了评估个体寿命的25个关键状态量，建立了变压器个体寿命评估模型，服务供电员工制订检修策略。
针对剩余寿命较长、健康度较好的设备、部件，专业人员“对症下药”，相应提出加强巡检、降低设备负载率等针对性运维检修策略。针对已存在缺陷的设备，系统通过在线监测手段实时监控，由算法实时监测和分析变压器的负载、温度等运行指标，辅助供电员工保障变压器运行安全。
此外，针对寿命即将终结、缺陷隐患风险大的变压器，系统的备品分析模块还可以为备用变压器的选择、替换提供专业建议。在运变压器如因故障、检修等原因退出运行，需要紧急替换符合技术要求的备用变压器。如果备品变压器中有符合技术要求的，系统则建议紧急调用更换后立即投入运行，缩短变电站停电时间。如果没有合适的备品，系统还可以为变压器生产提供参数指导。
目前，江苏电科院持续完善变压器健康管理系统功能，提高评估诊断准确性，推动变压器设备管理向注重设备全过程管控、全方位感知、多层级区分的健康管理方式转变，并将设备健康管理工作进一步拓展至组合电器、电缆等设备领域。（叶迪卓然 王同磊 石琦）
