基于fmea的电力变压器风险评估毕业设计.doc

基于FMEA的电力变压器风险评估The Risk Assessment of PowerTransfomer Based on FMEA 届 电气与电子工程 学院专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2014 年 6 月 2 日摘 要随着我国经济的快速发展，对电力系统的安全与稳定运行提出了更高的要求。而电力变压器是电力系统中的核心设备，是电网中电能交换、传输的枢纽。它的运行可靠性直接决定电力系统的安全与稳定并且关系国民经济的发展以及人民的日常生活。用变压器状态维修来取代定期维修是一种检修发展趋势。在电力系统状态维修中电力变压器的风险评估非常重要，通过对电力变压器风险评估，确定合理的维修策略，能够有效避免或减少电力系统故障的发生。本文在变压器故障模式与影响分析的基础上，提出了变压器的风险评估体系。本文采用三个评价指标故障严重度(S)、发生概率(O)、和可检测程度(D)来对变压器的风险进行评估，传统FMEA通过风险优先数RPN来确定故障的风险等级，但是此种方法有一定的缺陷，传统评估方法存在人为因素影响、不区分各指标相对重要度以及因风险优先级指数相同而无法评价等缺点，为了解决这些缺陷，使变压器的风险评估更为科学客观，本文提出对三个评价指标进行模糊化处理并确定三个评价指标权重系数。最后得到改进的变压器风险评估方法的一般步骤，并用实例说明风险评估过程。关键词：电力变压器 FMEA 风险评估 模糊AbstractWith the rapid development of Chinese economic,higher requirements is put forward to the safe and stable operation of power system. Power transformer is the core equipment in power system, is the hub of power exchange and transmission grid.It working reliability directly determines the safety and stability of power system, in relation to the development of the national economy and peoples daily life.Use the transformer state maintenance to replace the regular maintenance is a kind of development trend. Risk assessment of power transformer is very improtant in the power system state maintenance . The reasonable maintenance strategy effectively reduce or avoid the happening of the electric power system fault were determined through risk assessment. In this paper, the risk assessment of power transformer based on failure mode and effects analysis (FMEA) is researched. Risk assessment system of this paper choose three evaluation index severity (S), occurance (O) and detectable (D) to assess the risk of transformer. Traditional FMEA to determine the risk level by RPN, however, the traditional assessment method are not objective enough cant meet the needs of practical problems.It do not distinguish the index relative importance and have the same RPN that lead to the method unable to assess the risk.In order to solve these problems, This paper presents use fuzzy theory to vague evaluation indexes and determine the weight coefficient of index of evaluation to solve the defects of the traditional evaluation method.Then use the example illustrates the process of risk assessment for power transformer.In the end, the improved risk assessment method for transformer is put forward and an example is used to illustrate the risk assessment process. Key words: power transformer FMEA risk assessment fuzzy 目 录第1章 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 风险评估研究现状11.3 本文的主要研究内容2第2章 电力变压器故障模式与影响分析42.1 FMEA简介42.1.1 FMEA基本原理42.1.2 FMEA的发展42.1.3 FMEA的分类42.2 FMEA基本步骤62.2.1 FMEA 的一般程序62.2.2 FMEA的一般步骤72.3 电力变压器的失效模式与影响分析92.3.1 系统定义92.3.2 故障模式102.4 本章小结11第3章 基于FMEA的电力变压器风险评估123.1 风险评价指标的确定123.2 评价指标评价标准123.2.1 严重度评价标准123.2.2 发生概率评定133.2.3 可检测度评定133.3 评估流程133.4 RPN确定143.5 权重系数的确定143.6 评价指标模糊化163.6.1 评判指标集和评判集163.6.2 模糊关系矩阵173.6.3 模糊综合评价173.7 实例分析183.8 本章小结20第4章 基于MATLAB的电力变压器风险评估214.1 MATLAB软件简介214.1.1 MATLAB概述214.1.2 MATLAB发展史214.2 编程环境224.3 MATLAB系统结构224.4 MATLAB语句示例254.5 MATLAB在本文的应用274.6 本章小结31第5章 结论与展望32参考文献33致谢35附录36附录A 外文翻译原文36附录B 外文文献译文46第1章 绪论1.1 课题的研究背景及意义随着全球经济的快速增长，大电网向着远距离，超高压方向发展，电力网的规模不断变大，结构也越来越复杂。电力系统取得巨大联网的同时它也会将承受更大的潜在风险。电网瓦解和大面积停电事故，不仅会造成巨大的经济损失，影响人民正常生活，还会危及公共安全，甚至造成严重的社会影响。美国东部时间2003年8月14日15时左右，美国中西部、东北部及加拿大安大略省等地区发生大面积停电，损失负荷达61.8GW，大停电导致北美地区近5000万人口的生活供电中断。2005年8月18日，印度尼西亚爪哇岛和巴厘岛当天发生大面积停电事故，首都雅加达也在停电区域内，近 1亿人口受到影响。格林尼治时间 2006年11月4日21:30左右，西欧电网发生大面积停电事故，涉及8个国家，损失16GW，大部分地区1小时后才恢复供电，部分地区断电最长达90分钟，德国工业重镇科隆一度陷于瘫痪，此次停电事故导致约1000万人受到影响。2008年1月11日至2月6日，我国湖南电网遭遇了有历史纪录以来最严重的长时间大面积雨雪、冰冻灾害袭击，灾害分别造成500kV西电东送北部、中部、南部通道停运，500kV电网最严重时期分隔为5个区域孤立运行，同时引起大面积停电事故，给人民生活造成严重影响。大量的大停电事故调查显示：老化的输电网架、陈旧的输变电设备是导致电网工作在危险区的最主要原因之一。现代社会人类对电力的依赖越来越强，保证电网的稳定和正常工作显得尤为重要。因此，我们需要对电网中潜在的故障进行风险评估，尽可能提前避免或减少潜在故障发生的可能性。电力变压器是电力系统中的枢纽设备，承担着电力系统中电能交换，传输的重任。电力变压器的稳定运行是电网安全可靠的基础，对电力变压器进行风险评估在电网潜在故障的风险评估中尤为重要。1.2 风险评估研究现状风险是指损失发生的不确定性及其潜在损失，它是不利事件或损失发生概率及其后果的函数，用数学公式可表示为R=f(P，C)，R表示风险，P表示不利事件发生的概率，C表示该事件产生的后果。为了确定特定的风险，需要明确风险来源、风险对象和风险主体，通常采用相对值指标来衡量风险。风险评估是指为了衡量风险而对特定风险做评价与估算的一个过程，和风险评价相比，风险评估侧重于对风险的定量估算。风险评估的关键是评估体系(评估结构)和评估参数(评估指标)，其中评估体系的核心是评估模型。风险评估包括定性评估和定量评估，定性评估可以为定量评估提供指导，利用概率统计、运筹学和计算机技术可以实现风险的定量评估。风险评价技术开始于20世纪30年代的保险业，最早应用于金融、保险、投资等领域。1964年美国DOW化学公司首先开创了化工生产危险度风险评价的历史，对风险评价技术进行了全面和系统的研究，推出了火灾爆炸指数法并进行了持续的改进。20世纪60年代后期，随着航空、航天、核工业等高技术领域的发展，以概率风险为代表的系统风险评价技术得到了迅速发展。此后又出现了一系列以概论为基础的风险评价方法。最常用的有：可靠性分析、故障树分析、事件树分析、危险可操作性研究、初步危险分析、模糊故障树分析法、模糊概率法等。20世纪80年代初期，安全系统工程引入我国，受到许多大中型企业和行业管理部门的高度重视，机械、冶金、化工、航空、航天等行业的有关企业开始应用安全分析评价方法，并取得了巨大的经济效益和社会效益1-4。在电气工程领域，有关风险评估的研究目前主要集中在电力市场、电力系统、电网规划等方面，而对于电气设备，尤其是有关电力变压器风险评估方法的研究则很少见到相关报道5-7。 根据评价结果的量化程度，风险评价方法可分为三大类，即：定性风险评价方法、半定量风险评价方法、定量风险评价方法8-9。电力变压器状态评估是状态检修的基础。对运行中的电力变压器健康状态进行有效地评估是当今国内外研究的热点问题之一，评估的关键是根据预防性试验得到的非破坏性指标量建立合理的状态评估模型，从而判断变压器的运行状态。虽然国内外都积极开展了状态评估技术的研究性评估，但没有更细致地进行相对优劣的划分，一直没有获得可靠准确的状态评估体系，不利于状态检修工作的实施。1.3 本文的主要研究内容风险评估是电力变压器避免或减少潜在故障的关键步骤之一。本文对电力变压器的研究主要从以下几个方面。第2章首先介绍了FMEA并且提出了FMEA的一般步骤和过程，在此基础上研究了变压器的故障模式与影响分析，第3章在第2章的基础上提出变压器的风险评估，选取故障严重程度(S)、发生概率(O)和可检测程度(D)三个评价指标做为风险评估体系，传统的FMEA根据RPN值确定风险等级，这种方法在处理实际问题中不够客观也不够精确，本文提出对评价指标进行模糊化处理并且用AHP层次分析法确定各评价指标的权重系数，最后得到基于FMEA的电力变压器风险评估步骤并用实例说明此评估过程，对评估结果进行分析。评价指标模糊化和评价指标权重系数的确定涉及到矩阵的有关计算，常用计算工具在处理矩阵计算时不太方便，第4章提出使用MATLAB来解决涉及到的矩阵的计算，对变压器的风险评估过程MATLAB编程。第5章对本文进行了总结，并对有关问题的发展进行了展望。第2章 电力变压器故障模式与影响分析2.1 FMEA简介2.1.1 FMEA基本原理潜在失效模式与影响分析(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA)，是在产品/过程服务等的策划设计阶段，对构成产品的各子系统、零部件，对构成过程服务的各个程序逐个进行分析，找出潜在的失效模式，分析其可能出现的结果并进行风险评估，从而预先采取合理有效的措施来消除或减少失效模式的发生以及失效模式的严重程度，以有效提高 质量与可靠性，确保用户满意的系统化活动。它是由美国三大汽车制造公司(戴姆勒克莱斯勒、福特、通用)制定并广泛应用于汽车零组件生产行业的可靠性设计分析方法。故障模式及影响分析(FMEA)适用于方案制定、设计、生产和使用等产品的全生命周期，以产品的元件、零件或系统为分析对象，通过人员的逻辑思维分析，预测结构元件或零件生产装配中可能发生的问题及潜在的故障，研究问题及故障的原因，以及对产品质量影响的严重程度，提出可能采取的预防改进措施，以提高产品质量。 2.1.2 FMEA的发展50年代初，美国第一次将FMEA思想用于一种战斗机操作系统的设计分析。60年代中期，FMEA技术正式应用于航天工业。1976年，美国国防部颁布了FMEA的军用标准，但仅限于设计方面。70年代末FMEA技术开始进入汽车工业和医疗设备工业。80年代初FMEA进入微电子领域。80年代中期过程FMEA开始应用于汽车工业来确认其制造过程。1988年美国联邦航空局发布咨询通报要求所有航空系统的设计分析都必须使用FMEA。1990年ISO-9000推荐使用FMEA提高产品和过程的设计。1994年FMEA又成为QS的认证要求。至此FMEA成为一种通用的解决问题的方法应用于各种领域。 2.1.3 FMEA的分类故障模式及影响分析(FMEA)是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，产品故障可能与设计、制造过程、使用、承包商/供应商以及服务有关，那么FMEA可细分为：(1)DFMEA：设计(Design)FMEA，(2)PFMEA：过程(Process)FMEA，(3)EFMEA：设备(Equipment)FMEA，(4)SFMEA：体系(System)FMEA其中设计FMEA和过程FMEA最为常用。(1)DFMEA：设计FMEA应在一个设计概念形成之时或之前开始，并且在产品开发各阶段中，当设计有变化或得到其他信息时及时不断地修改，并在图样加工完成之前结束。其评价与分析的对象是最终的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。需要注意的是，DFMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图。因此，虽然DFMEA不是靠过程控制来克服设计中的缺陷，但其可以考虑制造/装配过程中技术的/客观的限制，从而为过程控制提供了良好的基础。进行DFMEA有助于：设计要求与设计方案的相互权衡；制造与装配要求的最初设计；提高在设计/开发过程中考虑潜在故障模式及其对系统和产品影响的可能性； 为制定全面、有效的设计试验计划和开发项目提供更多的信息；建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统；为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考。(2)PFMEA：过程FMEA(PFMEA)应在生产工装准备之前、在过程可行性分析阶段或之前开始，而且要考虑从单个零件到总成的所有制造过程。其评价与分析的对象是所有新的部件/过程、更改过的部件/过程及应用或环境有变化的原有部件/过程。需要注意的是，虽然PFMEA不是靠改变产品设计来克服过程缺陷，但它要考虑与计划的装配过程有关的产品设计特性参数，以便最大限度地保证产品满足用户的要求和期望。PFMEA一般包括下述内容：确定与产品相关的过程潜在故障模式；评价故障对用户的潜在影响；确定潜在制造或装配过程的故障起因，确定减少故障发生或找出故障条件的过程控制变量；编制潜在故障模式分级表，建立纠正措施的优选体系；将制造或装配过程文件化。(3)EFMEA：设备FMEA (Equipment Failure Mode and Effect Analyse) (设备失效模式及效果分析)来源：由质量工具之FMEA引用、改编所得。用途：可结合TPM并融合于TPM之中，亦可独立实行。作用：用来确定设备潜在的失效模式及原因，使设备故障在发生之前就得到预测，从源头阻止设备发生故障；可以作为设备预防保养的标准之一；可以作为人员培训之用；指导日常工作。FMEA基本方法也可以分为硬件法和功能法。实际问题中具体采用哪种方法，取决于设计的复杂程度和可利用信息的多少。当产品可按照设计图纸及其他工程设计资料明确确定时，一般采用硬件法，这种分析方法适应于从零级开始分析质量问题，在扩展到部件级，产品级，系统级，即自下而上的进行。然而也可以从任一层次开始进行分析。硬件法FMEA较为严格。当产品处于研发初期，设计图纸尚未形成时，一般采用功能法进行FMEA分析。这种方法认为产品应具备若干功能，而功能可按输出的质量特性分类，质量特性可按照一定的技术指标来度量。使用功能法时，将输出的质量特性一一列出，并对故障即不能实现技术指标的情况进行分析。在实际问题中，当处理一些复杂系统时单独使用功能法或者硬件法不能满足需要一般可以考虑功能法和硬件法相结合来进行分析。2.2 FMEA基本步骤2.2.1 FMEA 的一般程序FMEA 的一般程序主要包括以下四个方面：(1)明确系统组成、任务、功能、工作过程和各种工作方法及其使用环境；明确系统可能失效的全部故障(失效)模式，并对系统故障(失效)进行分类、分级。(2)画出系统的功能结构框图。在此框图中要明确表示组成系统的零件、部件发生故障对系统的影响。这种框图自系统、子系统一直往下，逐级细分，直到每个元件、接点和导线。(3)列出所有元器件的各种故障(失效)模式。(4)填写故障模式与影响分析表。表2-1是一种典型的 FMEA 表，它列出了 FMEA的基本内容。根据产品的具体特点和不同的应用目的，分析人员可对 FMEA的分析步骤、内容进行补充，剪裁，并给予明确的说明。表2-1 故障模式与效应分析表编号功能说明编号功能说明编号功能说明1代码5故障原因9最终影响2产品或功能标志6任务阶段工 作模式10故障检测方法3功能7局部影响11补偿措施4故障模式8高一层影响12严重度类别13备注 表中各栏的填写：代码1：为了使每一故障模式及其相应的框图标志的系统功能看的清晰简明。在该栏中填写被分析产品的代码。产品或功能标志2：记入被分析的产品或系统功能的名称。原理框图中的符号或设计图样的编号可作为产品或功能的标志。功能3：简要填写产品或系统所需完成的功能，包括零部件的功能及其与接口设备的相互关系。故障模式4：分析人员应确定并说明各产品约定层次中所有可预测的故障模式，并通过分析相应框图中给定的功能输出来确定潜在的故障模式。应根据系统定义中的功能描述及故障判据中规定的要求，假设出各产品功能的故障模式。故障原因5：确定并说明与假设的故障模式有关的各种原因，包括直接导致故障或引起使品质降低进一步发展为故障的那些物理或化学过程、设计缺陷、零件使用不当或其它过程。还应考虑相邻约定层次的故障原因。例如，在进行第二层次的分析时，应考虑第三层次的故障原因。任务阶段与工作模式6：简要说明发生故障的任务阶段与工作模式。当任务阶段可以进一步划分为分阶段时，则应记录更详细的时间，作为故障发生的假设时间。故障影响7，8，9：故障影响是指每个假设的故障模式对产品使用、功能或状态所导致的后果。应评价这些后果并将其记入分析表中。除被分析的产品层次外，所分析的故障还可能影响到几个约定层次。因此，应该评价每一故障模式对局部的、高一层次的和最终的影响。同时还应考虑任务目标、维修要求、人员及系统的安全。故障检测方法10：操作人员或维修人员用以检测故障模式发生的方法。故障检测方法应指明是目视检查或者音响报警装置、自动传感装置、传感仪器或其它独特的显示手段，还是无任何检测方法。补偿措施11：分析人员应指出并评价那些能够用来消除或减轻故障影响的补偿措施。该补偿措施可以是设计上的补偿措施，也可以是操作人员的应急补救措施。严重度类别12：根据故障影响确定每一故障模式及产品的严重度类别。严重度类别是产品故障造成的最坏潜在后果的度量表示。备注13：这一栏主要记录与其它栏有关的注释及说明，如对产品或系统的改进的建议、异常状态的说明及冗余设备的故障影响等。2.2.2 FMEA的一般步骤对复杂系统进行FMEA分析的一般步骤如图2-1所示。明确分析范围系统任务分析系统功能分析确定故障判据选择分析方法实施分析给出FMEA结论图2-1 FMEA分析步骤(1)明确分析范围：根据系统的复杂程度、重要程度、技术成熟性、分析工作的进度和费用约束等，确定系统中在哪些产品范围内进行FMEA。(2)系统任务分析：描述系统的任务要求及系统在完成各种任务时所处的环境条件。系统的任务分析结果一般用任务剖面来描述。(3)系统功能分析：分析明确系统中的产品在完成不同的任务时所应具备的功能、工作方式及工作时间等。(4)确定故障判据：制定与分析判断系统及系统中的产品正常与故障的准则。(5)选择FMEA方法：根据分析的目的和系统的研制阶段，选择相应的FMECA 方法，制定FMECA 的实施步骤及实施规范。(6)实施FMEA分析：FMECA 分析包括故障模式影响分析(FMEA)和危害性分析(CA)两个步骤。FMEA又包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析、故障检测方法分析与补偿措施分析等步骤。故障模式分析是找出系统中每一产品(或功能、生产要素、工艺流程、生产设备等)所有可能出现的故障模式。故障原因分析是找出每一个故障模式产生的原因。故障影响分析是找出系统中每一产品(或功能、生产要素、工艺流程、生产设备等)每一可能的故障模式所产生的影响，并按这些影响的严重程度进行分类。故障检测方法分析是分析每一种故障模式是否存在特定的发现该故障模式的检测方法，从而为系统的故障检测与隔离设计提供依据。补偿措施分析是针对故障影响严重的故障模式，提出设计改进和使用补偿的措施。补偿措施关系到能否有效提高产品可靠性，分析人员应提出那些能够消除或减少故障影响的措施。CA是对系统中每一产品(或功能、生产要素、工艺流程、生产设备等)按其故障的发生概率和严重程度进行综合评估。(7)给出FMEA结论：根据故障模式影响分析和危害性分析的结果，找出系统中的缺陷和薄弱环节，并制定和实施各种改进与控制措施，以提高产品(或功能、生产要素、工艺流程、生产设备等)的可靠性(或有效性、合理性等)。 2.3 电力变压器的失效模式与影响分析2.3.1 系统定义本文将将变压器作为一个系统，先讨论系统的定义方式，然后确定故障模式的列举方式与列举项目。通用的FMEA在划分系统环节时，存在将按功能划分或按部位划分故障分开单独考虑等方面的不足。如按变压器功能划分可分为磁路、电路、绝缘、冷却、密封、测量保护和机械结构等几个子系统，在遇到类似“绝缘”这样涉及多个部件的问题时，无法得到故障发生部位的信息。按部位划分更利于指导维修，但不便于考虑功能相关性较强的子系统间的故障，如因油泵问题导致系统冷却的故障、油泵磨损形成的金属粉末导致铁芯多点接地等情况10-13。因此，在本文中采用功能和部位相结合的方式来划分变压器故障，综合考虑功能级和部位级故障得到的变压器系统图如图2-2所示。变压器本体附件油箱器身冷却系统绝缘油分接开关套管测试及保护装置铁芯绕组潜油泵冷却器散热器风扇油流继电器储油柜净油器温度计油位计气体继电器 图2-2 变压器系统结构图按上图划分的电力变压器各部件及其功能如表2-2所示。表2-2 电力变压器各部件功能表功能编 号功能部件名称功能说明1器身容纳变压器油和散热冷却2绕组绕组是变压器的电路部分，电压变换的基本部件3铁芯铁芯是变压器的磁路部分，主要作用是导磁4有载分接开关压力释放阀反映有载分接开关内部压力，并在压力达到一定值时释放压力的装置切换开关与分接选择器配合使用，以承载、接通和断开已选电路中的电流油箱储油选择开关具有分接选择器和切换开关的功能，能承载、接通和断开电流操作机构驱动分接开关5非电量保护装置瓦斯继电器反映故障时气体数量和油流速度，对主变实施保护的继电器压力释放阀反映变压器内部压力，并在压力达到一定值时释放压力的装置温度计测量本体油温和绕组温度的仪器油位计反映本体油位的装置呼吸器使变压器内部与外界保持畅通又能防止变压器油受潮的装置6冷却系统散热器散热器是让变压器油通过自然循环流经其内部而使变压器油冷却的装置冷却器冷却器是让变压器油通过强迫循环流经其内部而使变压器油冷却的装置潜油泵油泵使变压器油在油箱与冷却器的管路中强迫循环冷却风扇加快空气的流动、散热器与空气的热交换，增强冷却效果油流继电器控制变压器冷却器投切的控制装置7套管套管将变压器内部的高低压引线引到油箱的外部，它不但作为引线对地的绝缘，也起着固定引线的作用8油枕补偿变压器油热胀冷缩的体积，减小油与空气的接触面积，减少油受潮和氧化的程度9无励磁分接开关实现无励磁状态下的分接变换2.3.2 故障模式在变压器系统故障图的基础上，结合现有电力变压器设计、制造、试验、运行和维修过程中所积累的相关知识和经验14-17，根据表2-1所需事项对具体组件进行FMEA分析，最终形成该部件的FMEA表，电力变压器系统非常复杂，这里只研究其中的套管FMEA。套管FMEA如表2-3所示。表2-3 套管FMEA代码故障模式故障原因故障影响故障征兆检测方法采取措施1瓷套闪落瓷套表面污秽或受潮短路，绕组烧毁表面积污目测除尘防污2绝缘受潮密封不良油受潮变质，绝缘,高油色谱微水介损测量增强密封管理3末屏引线断测量时频繁拆卸引线放电测量引线放电摇表测量重新接线4渗漏油油塞未塞进或密封圈老化，套管内油位过高油位过低，发热，瓷瓶炸裂油位低油位检查补油，换密封圈，调整油位5导杆分流穿缆碰铜管电缆线股烧毁套管头温升高,油气异常,高油色谱，红外测量寻找并排除过热点6载流部分接触不良焊接不牢靠，螺钉未拧紧接触电阻大温升高油气异常,高同上同上7均球压悬浮放电安装不当放电测量局部放电较大局部放电测量恢复均压球的电气连接表2-3列举了套管的7种故障模式及其故障原因，故障影响，故障征兆和检测方法以及维修措施几项内容，每项内容都是相关专家知识的集合，是建立故障诊断专家系统知识库的依据，FMEA表是收集专家知识的有效途径。2.4 本章小结本章首先介绍了故障模式与影响分析的基本原理，然后介绍了用这种方法解决一般问题的步骤。接着在分析变压器结构以及各部件功能的基础上将这种方法应用于变压器，说明了电力变压器FMEA的过程，列出了变压器其中一个部件套管的FMEA表，为电力变压器的风险评估奠定了基础。第3章 基于FMEA的电力变压器风险评估基于FMEA的电力变压器风险评估是根据电力变压器自身的特点以及功能，分析其所有的故障模式与影响，在此基础上对各种故障模式发生的严重度，发生概率和可检测程度进行评价，最后根据故障发生的概率、严重度和检测程度难易性得到每个故障的风险优先数。传统FMEA用风险优先数RPN来表示每个故障的风险等级18-21，整个分析过程主要涉及到故障严重度(S)、发生概率(O)和可检测度(D)三个评价指标。3.1 风险评价指标的确定风险评估(Risk Assessment)是指，在风险事件发生之前或之后(但还没有结束)，该事件给人们的生活、生命、财产等各个方面造成的影响和损失的可能性进行量化评估的工作。即，风险评估就是量化测评某一事件或事物带来的影响或损失的可能程度。风险评估的关键是评估体系和评价指标的确定，而评估体系的核心是评估模型。电力变压器风险评估体系的选取需要遵循以下几个规则：(1)整体性原则，所选取的评价指标能够反映变压器的整体工作情况。(2)简洁性原则，评价指标的数量尽可能少，并且在技术上可行，能够容易获得操作方便。(3)独立性原则，评价指标之间有应互相独立，避免评价指标之间相互包容。(4)客观性原则，评价指标必须具有可比性和通用性，方便变压器不同的故障模式之间相互比较。根据以上评估体系的选取原则，在基于FMEA的电力变压器风险评估过程中一般选取故障严重程度(S)、发生概率(O)和可检测程度(D)三个评价指标。3.2 评价指标评价标准3.2.1 严重度评价标准故障严重度是指故障模式对系统安全运行的影响程度。对于变压器故障，一般可以从变压器故障对系统供电可靠性的影响程度、可能造成变压器的损坏程度、故障是否危及人员生命安全、破坏环境、变压器停运造成的经济损失和相应的修复费用等方面来确定故障严重程度，可参照表3-1来评定。表3-1 严重度(S)评定等级严重程度评分(S)致命环境和人员损失重大，可能导致人员伤亡，设备损坏严重，影响电网安全，需立即停运抢修，维修周期长10严重环境损失重大，可能导致人员重伤，设备明显受损，系统功能明显恶化，组织层次严重故障8-9比较严重缺陷明显，系统和环境损失较小，对人员影响不明显，系统功能下降，组织层次恶化，需尽快安排维修6-7一般缺陷产生，系统和环境损失小，对人员影响不明显，系统功能下降，组织层次恶化，可结合大修时处理2-5轻度系统功能正常，缺陷产生，组织层次异常，处理时无须停电13.2.2 发生概率评定故障发生概率是指系统在完成功能任务时，可能发生某类故障的概率。可根据运行维修历史记录、预防性试验和在线监测结果对变压器进行状态评估，在此基础上推断各故障模式可能发生的概率，参照表3-2评定。表3-2 发生概率(O)评定等级发生概率评分(O)很高频繁10-9高0.5-1 年/次7-8中故障发生具有周期性4-6低1-3 年/次3极低3-5 年/次1-23.2.3 可检测度评定故障模式的可检测度是在现有运行和维护策略下，故障在发生前能够被检测出来的概率。一般可参照表3-3所示方法进行评定。表3-3 可检测度(D)评定等级可检测度评分(D)返厂现场不能进行判断9-10吊罩必须通过吊罩才能判断7-8综合判断必须通过多种检测结果进行综合分析后才能判断5-6检测必须通过专门仪器检测后才能判断3-4直观通过肉眼观察、声响判断、表面温度等直观方法即可判断1-23.3 评估流程前边对电力变压器的故障模式以及每个故障的影响严重度、发生概率和可检测度进行了研究，利用上述风险评估的三个评价指标得到该故障模式的风险优先数RPN，依此对变压器的各故障模式的风险结果进行等级排名，确定变压器合理的维修策略。从而提高变压器的可靠性和经济性。评估流程图如图3-1所示。功能分析确定故障模式故障模式潜在后果分析故障模式潜在原因分析现行检修及维护策略分析确定故障可检测程度(D)确定故障严重程度(S)确定故障发生概率(O)计算RPN值确定故障的风险等级 图3-1 FMEA的风险评估过程3.4 RPN确定传统的FMEA风险评估用每个故障模式的严重度(S)、发生概率(O)和可检测度(D)相乘来得到风险优先数RPN，如公式(3-1)，然后通过比较RPN值得大小，对各故障模式的风险进行排序，确定维修策略。RPN值越高表明故障模式危害性越大。 (3-1) 3.5 权重系数的确定上述传统的FMEA风险评估方法虽然简单方便，但是存在许多缺陷：(1)由于各故障模式的评价指标的评分是由专家完成的，故风险评估的结果多了许多专家的主观性。(2)风险评估各评价指标评分取值都是整数，这就导致了它无法表达介于两个评分值之间的情况。(3)在公式(3-1)计算RPN值的过程中，没有考虑三个评价指标之间