LabVIEW软件在主变压器检修中的应用
王亢 马松龄
关键词： LabVIEW; 主变压器; 检修; 风险评估; 全寿命周期成本; 优先度排序
中图分类号： TN98?34; TM407 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号： 1004?373X（2019）03?0143?05
Abstract： A design idea of maintenance plan combining risk assessment model and life cycle cost （LCC） technology is proposed， and an application software is developed on the basis of graphical programming language LabVIEW to formulate the scientific and reasonable maintenance plan for main transformer， and further save the cost of maintenance. Using the software， the sorting of maintenance priority for multiple main transformers is realized according to the calculated faulty probability and risk value of every main transformer， and the transformer in need of maintenance is selected; the most economical and reasonable maintenance method is recommended according to LCC model of main transformer and prediction results of faulty probability after maintenance. The software considers both technical and economic indicators， its interface is simple and easy to use， has abundant online help system to make the formulation of maintenance plan more convenient and reasonable.
Keywords： LabVIEW; main transformer; maintenance; risk assessment; life cycle cost; priority sorting
主變压器作为电网运行的主设备之一，它的可靠运行在很大程度上影响到电网的稳定程度。为了降低因主变压器故障概率攀升而导致的电网停电风险，需要定期展开检修工作。检修时制定合理的检修方案，不仅能有效消除主变压器部件缺陷，降低主变压器故障概率，还能有效降低检修成本[1?2]。制定主变压器检修方案前，应先依据规则进行风险评估计算，再安排检修计划。业内应用较为普遍的是南方电网公司的《设备状态评价与风险评估技术导则》（后文简称导则）[3?4]。该导则颁布较早，主要从技术角度评估风险等级，计算比较繁琐，纳入的指标也较少，对经济指标的考量更少。随着技术进步，不仅对风险因子考虑更加全面，加上人工成本大幅上升，经济指标考量已不容忽视。尽管有学者进行了此方面的研究，但理论性较强未贴近工程实际应用[5]。为此，本文研究全寿命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）技术与风险评估相结合的主变压器检修方案，并将LabVIEW软件作为开发平台，构建了一款适合工程实际应用的主变压器检修软件。1 ?主变压器检修软件开发依据
安排主变压器检修时，通常是按导则给出风险评估模型计算后排定检修次序。但根据导则只能计算主变压器在正常状态、注意状态、异常状态和严重状态下的4种平均故障概率，不能将每一状态评分值与故障概率关联。根据国家电网公司于2008年发布的《输变电设备风险评估导则》，可以计算主变压器每一状态分值下的故障概率，但是此方法按指数拟合可能会出现设备故障概率超过100%的荒谬结果。为解决此类问题，国家电网公司在2013年颁布了企业标准Q/GDW 1903—2013输变电设备风险评估导则[6]，对计算方法做了很大改进，也考虑了经济因素的影响。但由于标准涉及全部输变电设备，考虑因素很多，计算模型极其复杂，对于变压器检修只有指导意义，直接应用有很大难度。为与工程实际接轨，本文软件开发框架沿用南方电网公司导则，但故障概率计算采用2013版（Q/GDW 1903—2013）更为合理的方法，避免了拟合误差。
在一个现代化管理的企业中，对于设备的全寿命周期成本（LCC）概念已经建立。以提高主变压器检修时的经济效益为目标，本文建立了LCC分析模型。同时为避免导则以及企业标准Q/GDW 1903—2013中极其繁琐的运算过程，更加贴近工程实际，开发了应用软件包。2 ?LabVIEW下主变压器检修软件开发
LabVIEW是美国NI公司开发的图形化编程软件，由于内置大量功能函数，能够很方便地完成数据采集分析、显示、仪器控制、工业过程仿真及控制等多种操作，已成为测控领域标准化软件。由于源代码公开，具有良好的可扩展性，更加适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线技术人员在工程领域的使用[7]。考虑到将来设备状态参数直接从现场采集，使得软件更具有针对性，因此采用LabVIEW作为开发平台，构建了一款主变压器检修软件。主要包括以下两部分功能：
1） 多台主变压器检修优先排序。通过输入待检修主变压器的状态评分和变压器参数，软件能够计算出多台待检修主变压器的风险值并相互比较，得出待检修主变压器的优先检修顺序。
2） 故障主变压器检修方式判断。选择待检修的故障主变压器，通过设置LCC费用，软件能够实现不同检修方式的比较并且得出推荐检修的方式，另外还可以查看不同检修方式下的详细计算结果并且以Excel表格的形式导出保存到本地。
具体检修程序流程如图1所示。2.1 ?多台主变压器检修优先排序
软件第一部分主要用于解决多台主变压器检修优先排序问题。当对多台主变压器安排检修时，首先对它们进行风险评估，根据风险值决定检修的优先顺序，风险值越大的检修需求越强。
之后選取第三台变压器的参数进行风险计算并设置LCC的费用，完成后点击检修方式按钮会得到建议采取的检修方式，如图11所示。
4 ?结 ?语
本文在主变压器风险评估模型的框架下，采用国家电网公司企业标准Q/GDW 1903—2013计算主变压器检修前的故障概率，并且在选择检修方式时结合LCC分析方法进行比较，从而给出一种既满足技术可靠性又兼顾经济性的主变压器检修方案。同时考虑到与工程实际应用接轨，在LabVIEW平台下开发了一款主变压器的检修软件以省去检修方案中复杂、繁琐的计算过程。软件能够解决不同状态评分、电压等级、容量下的多台主变压器检修时的优先顺序问题，以及迅速地计算出不同检修方式下的故障主变压器风险值和LCC变化量，从而比较判断故障主变压器的检修方式建议。软件具有很好的通用性、可扩展性和适应性，为今后变电站主变压器检修提供了有效的理论参考。
参考文献
[1] 郭伟，韩玉停，徐旭初，等.一台220 kV主变在绕组故障分析与处理过程中引发的思考[J].中国电力，2015，48（10）：107?112.
GUO Wei， HAN Yuting， XU Xuchu， et al. Analysis and treatment of a 220 kV main transformer winding fault [J]. Electric power， 2015， 48（10）： 107?112.
[2] 欧小波，周丹，林春耀，等.油浸式电力变压器老化及寿命评估研究综述[J].南方电网技术，2015，9（9）：58?67.
OU Xiaobo， ZHOU Dan， LIN Chunyao， et al. Review of aging and life assessment of oil?immersed power transformer [J]. Southern power system technology， 2015， 9（9）： 58?67.
[3] 宋玉琴，朱紫娟，姬引飞.基于RS优化的电力变压器故障诊断方法[J].现代电子技术，2015，38（24）：152?155.
SONG Yuqin， ZHU Zijuan， JI Yinfei. Power transformer fault diagnosis based on RS optimization [J]. Modern electronics technique， 2015， 38（24）： 152?155.
[4] 刘若愚.佛山电网输变电设备的状态检修[D].广州：华南理工大学，2014.
LIU Ruoyu. Condition based maintenance for transmission and transformation equipments in Foshan Power Grid [D]. Guangzhou： South China University of Technology， 2014.
[5] 郭丽娟，陶松梅，张炜.兼顾供电可靠性和LCC的变电站主设备检修策略优化方法[J].电力系统自动化，2016，40（15）：99?104.
GUO Lijuan， TAO Songmei， ZHANG Wei. Maintenance strategy optimization for main equipment in substations considering both power supply reliability and life cycle cost [J]. Automation of electric power systems， 2016， 40（15）： 99?104.
[6] 国家电网公司.Q/GDW 1903—2013输变电设备风险评估导则[S].北京：国家电网公司，2014.
SGCC. Q/GDW 1903?2013 guidelines for risk assessment of power transmission and transformation equipment [S]. Beijing： SGCC， 2014.
[7] BITTER R. LabVIEW advanced programming techniques [M]. Boca Raton： CRC Press， 2014.
[8] 何杰.电气设备检修后的故障率演化算法研究[J].电工电气，2015（9）：22?24.
HE Jie. Study on algorithm of electrical equipment failure rate evolution after maintenance [J]. Electrotechnics electric， 2015（9）： 22?24.
[9] NILSSON J， BERTLING L. Maintenance management of wind power systems using condition monitoring systems?life cycle cost analysis for two case studies [J]. IEEE transactions on energy conversion， 2007， 22（1）： 223?229.
[10] 马仲能，钟立华，卢铠，等.基于电力设备全寿命周期成本最优的检修策略研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（16）：34?39.
MA Zhongneng， ZHONG Lihua， LU Kai， et al. Study on the maintenance strategy of power equipment based on the optimal life cycle cost [J]. Power system protection & control， 2011， 39（16）： 34?39.
关键词： LabVIEW; 主变压器; 检修; 风险评估; 全寿命周期成本; 优先度排序
中图分类号： TN98?34; TM407 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号： 1004?373X（2019）03?0143?05
Abstract： A design idea of maintenance plan combining risk assessment model and life cycle cost （LCC） technology is proposed， and an application software is developed on the basis of graphical programming language LabVIEW to formulate the scientific and reasonable maintenance plan for main transformer， and further save the cost of maintenance. Using the software， the sorting of maintenance priority for multiple main transformers is realized according to the calculated faulty probability and risk value of every main transformer， and the transformer in need of maintenance is selected; the most economical and reasonable maintenance method is recommended according to LCC model of main transformer and prediction results of faulty probability after maintenance. The software considers both technical and economic indicators， its interface is simple and easy to use， has abundant online help system to make the formulation of maintenance plan more convenient and reasonable.
Keywords： LabVIEW; main transformer; maintenance; risk assessment; life cycle cost; priority sorting
主變压器作为电网运行的主设备之一，它的可靠运行在很大程度上影响到电网的稳定程度。为了降低因主变压器故障概率攀升而导致的电网停电风险，需要定期展开检修工作。检修时制定合理的检修方案，不仅能有效消除主变压器部件缺陷，降低主变压器故障概率，还能有效降低检修成本[1?2]。制定主变压器检修方案前，应先依据规则进行风险评估计算，再安排检修计划。业内应用较为普遍的是南方电网公司的《设备状态评价与风险评估技术导则》（后文简称导则）[3?4]。该导则颁布较早，主要从技术角度评估风险等级，计算比较繁琐，纳入的指标也较少，对经济指标的考量更少。随着技术进步，不仅对风险因子考虑更加全面，加上人工成本大幅上升，经济指标考量已不容忽视。尽管有学者进行了此方面的研究，但理论性较强未贴近工程实际应用[5]。为此，本文研究全寿命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）技术与风险评估相结合的主变压器检修方案，并将LabVIEW软件作为开发平台，构建了一款适合工程实际应用的主变压器检修软件。1 ?主变压器检修软件开发依据
安排主变压器检修时，通常是按导则给出风险评估模型计算后排定检修次序。但根据导则只能计算主变压器在正常状态、注意状态、异常状态和严重状态下的4种平均故障概率，不能将每一状态评分值与故障概率关联。根据国家电网公司于2008年发布的《输变电设备风险评估导则》，可以计算主变压器每一状态分值下的故障概率，但是此方法按指数拟合可能会出现设备故障概率超过100%的荒谬结果。为解决此类问题，国家电网公司在2013年颁布了企业标准Q/GDW 1903—2013输变电设备风险评估导则[6]，对计算方法做了很大改进，也考虑了经济因素的影响。但由于标准涉及全部输变电设备，考虑因素很多，计算模型极其复杂，对于变压器检修只有指导意义，直接应用有很大难度。为与工程实际接轨，本文软件开发框架沿用南方电网公司导则，但故障概率计算采用2013版（Q/GDW 1903—2013）更为合理的方法，避免了拟合误差。
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LabVIEW是美国NI公司开发的图形化编程软件，由于内置大量功能函数，能够很方便地完成数据采集分析、显示、仪器控制、工业过程仿真及控制等多种操作，已成为测控领域标准化软件。由于源代码公开，具有良好的可扩展性，更加适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线技术人员在工程领域的使用[7]。考虑到将来设备状态参数直接从现场采集，使得软件更具有针对性，因此采用LabVIEW作为开发平台，构建了一款主变压器检修软件。主要包括以下两部分功能：
1） 多台主变压器检修优先排序。通过输入待检修主变压器的状态评分和变压器参数，软件能够计算出多台待检修主变压器的风险值并相互比较，得出待检修主变压器的优先检修顺序。
2） 故障主变压器检修方式判断。选择待检修的故障主变压器，通过设置LCC费用，软件能够实现不同检修方式的比较并且得出推荐检修的方式，另外还可以查看不同检修方式下的详细计算结果并且以Excel表格的形式导出保存到本地。
具体检修程序流程如图1所示。
2.1 ?多台主变压器检修优先排序软件第一部分主要用于解决多台主变压器检修优先排序问题。当对多台主变压器安排检修时，首先对它们进行风险评估，根据风险值决定检修的优先顺序，风险值越大的检修需求越强。
之后選取第三台变压器的参数进行风险计算并设置LCC的费用，完成后点击检修方式按钮会得到建议采取的检修方式，如图11所示。4 ?结 ?语
本文在主变压器风险评估模型的框架下，采用国家电网公司企业标准Q/GDW 1903—2013计算主变压器检修前的故障概率，并且在选择检修方式时结合LCC分析方法进行比较，从而给出一种既满足技术可靠性又兼顾经济性的主变压器检修方案。同时考虑到与工程实际应用接轨，在LabVIEW平台下开发了一款主变压器的检修软件以省去检修方案中复杂、繁琐的计算过程。软件能够解决不同状态评分、电压等级、容量下的多台主变压器检修时的优先顺序问题，以及迅速地计算出不同检修方式下的故障主变压器风险值和LCC变化量，从而比较判断故障主变压器的检修方式建议。软件具有很好的通用性、可扩展性和适应性，为今后变电站主变压器检修提供了有效的理论参考。
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