基于fmea的电力变压器风险评估毕业设计.doc
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1、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
2、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
3、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 dete
4、rmines 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
5、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
6、. 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 pract
7、ical 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
8、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: pow
9、er 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
10、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
11、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
12、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
13、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,
14、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
15、,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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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。
22、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
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