【正文】 和鐵芯對地絕緣。通過油介損、微水、油簡化測試可反映絕緣介質(zhì)的好壞。 4) 遠(yuǎn)紅外測溫 通過紅外線測溫可以隨時(shí)掌握各出線引線接觸是否良好。 5) 有載調(diào)壓開關(guān)特性測試 通過有載調(diào)壓開關(guān)切換時(shí)間、周期、切換的波形測量可以掌握變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)的性能是否良好。 6) 繞 組變形測試和低電壓短路阻抗的測試 可以掌握變壓器出口短路后變壓器繞組有否變形和移位。 以上方法各有特點(diǎn) ,其中油色譜分析是一種綜合的判斷方法。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,我國電網(wǎng)中有 50%以上的故障變壓器是通過該試驗(yàn)結(jié)果檢出的。由于這一檢測技術(shù)能夠在無須停電的情況下進(jìn)行 ,不受外界電場和磁場因素的影響 ,因此可以在線對變壓器內(nèi)部絕緣狀況進(jìn)行診斷 ,有利于狀態(tài)維修的發(fā)展。油色譜分析可以在變壓器運(yùn)行中隨時(shí)取樣分析 ,也可以采用在線監(jiān)測的油色譜裝置 (也是有源的 ) 全面分析。這種方法從運(yùn)行的角度看應(yīng)該是一種比較理想的主要監(jiān)測分析方法。 ********大學(xué) 08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二 章 基于油色譜分析方法的變壓器故障診斷技術(shù) 電力變壓器運(yùn)行時(shí)，往往會存在一些潛在故障。而如何通過變壓器的外部數(shù)據(jù)來檢測 并 診斷其 內(nèi)部 故障將會在本章中介紹。 利用氣相色譜分析技術(shù) ,檢測絕緣油中氣體含量以實(shí)現(xiàn)對電力變壓器潛伏性故障的監(jiān)測診斷 ,在我國鐵路系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用 ,并已有多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。其原理為 :運(yùn)用中的變壓器 ,正常情況下絕緣油在熱和電的作用下 ,會逐漸老化和分解 ,產(chǎn)生少量的低分子烴類及一氧化碳、二氧化碳和氫等氣體并多數(shù)溶解在油中 ,一旦變壓器產(chǎn)生過熱或放電故障時(shí) ,就會加快這些氣體的產(chǎn)氣速率 ,隨 著故障的發(fā)展 ,氣體的數(shù)量隨溫度的上升而急劇增 C2 H6 加。用一定方式脫出溶解在油中的混合氣體 ,采用色譜分離原理使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配 ,其中一相是不動(dòng)的 ,組成固定相 ,另一相則是推動(dòng)混合物經(jīng)過固定相的流體 ,稱為流動(dòng)相。當(dāng)流動(dòng)相中所含有的混合物經(jīng)過固定相時(shí) ,就會與固定相發(fā)生作用 ,根據(jù)不同組分在固定相中的滯留時(shí)間的長短 ,以達(dá)到混合物中各組分的分離 ,進(jìn)而根據(jù)各組分的增長趨勢定量定性分析 ,以確定變壓器工作是否正常。因此 ,在變 壓器運(yùn)行過程中定期分析溶解于油中的氣體及成份 ,能夠早期發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障并能及時(shí)診斷做出判斷。 充油變壓器的絕緣材料主要是絕緣油、油浸紙 ,精煉后的新絕緣油中不含低分子烴類氣體 ,絕緣油由于電熱分解 ,會產(chǎn)生可燃和非可燃的各種氣體 ,一般多達(dá) 20 種左右 ,其中對判斷故障有價(jià)值的氣體有 :甲烷 (CH4 )、乙烷 (C2 H6 )、乙稀 (C2 H4 )、乙炔 (C2 H2 )、一氧化碳 (CO)、二氧化碳 (CO2 )、氫 (H2 )等。變壓器新投入運(yùn)行時(shí) ,除能檢測出大量的氮和氧之外 ,還有少量的一般在幾十 (含量 1 106? 的一氧化碳和幾百 (含量 1 106? ) 的二氧化碳 ,有的還有少量的幾個(gè)或十幾個(gè) (含量 1 106? ) 的烴類氣體 ,但沒有乙炔。當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間以后 ,由于變壓器中使用的絕緣材料、殘存水分與鋼材的反應(yīng)而產(chǎn)生一氧化碳和氫氣逐步釋放于油中 ,當(dāng)這類氣體達(dá)到一定極限含量之后 ,還會出現(xiàn)逐步下降的趨勢。在正常運(yùn)行溫度下油和固體絕緣正常老化過程中 ,產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳、二氧化碳 ,在油紙絕緣中存在局部放電時(shí) ,油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫和甲烷 ,在故障溫度略高于正常運(yùn)行溫度時(shí) ,油裂解的產(chǎn)物主要是甲烷 ,隨著故障溫度的 升高 ,乙稀和乙烷的產(chǎn)生逐漸成為主要特征 ,在溫度高于 1000℃時(shí) ,或產(chǎn)生電弧 (3000℃以上 )的作用下 ,油分解產(chǎn)物中含有較多的乙炔 ,如果故障涉及到固體絕緣材料時(shí) ,會產(chǎn)生較多的一氧化碳和二氧化********大學(xué) 08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 碳。 這里需要說明的是 ,有時(shí)變壓器內(nèi)部并不存在故障 ,但由于某種原因可能造成油中溶解氣體的升高 ,造成的原因有的是由于前次故障排除后油中故障氣體沒有完全脫除凈 ,也有時(shí)是油箱曾做過帶油補(bǔ)焊 ,致使油中溶入氣體以及其它等原因 ,這就要使分析研究人員對該變壓器的運(yùn)用維修狀態(tài)有一個(gè)全面的掌握 ,不至于錯(cuò)判而造成損失。 究的重要性 進(jìn)行變壓器油中氣體分析需要解決以下四個(gè)問題。 1)油中氣體的分離。在這項(xiàng)工作的研究初期，國內(nèi)外的有關(guān)技術(shù)人員大多采用真空法。到 20世紀(jì)末，國內(nèi)大多數(shù)單位都改為采用振蕩脫氣法。從理論上來說，真空脫氣法應(yīng)該是最好的油中氣體分離方法，但是在實(shí)際操作中卻遇到一個(gè)難題，那就是如何確定和檢測脫氣系統(tǒng)的實(shí)際真空度、系統(tǒng)漏氣的程度，以及如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在漏氣及漏氣的程度。如果這些問題不能解決，就很難保證分析結(jié)果的可靠性。 2)色譜分析方法的研究。即如何將油中混合氣體中的 C2 H2 、 C2 H4 、 CH4 、 H2 、 C2 H6 、CO 及 CO2 等 7種氣體分開。這是油中氣體分析的最關(guān)鍵、最核心的問題。 3)色譜分析譜圖的自動(dòng)處理和色譜數(shù)據(jù)和 譜圖的保存和管理。 4)如何利用油中氣體色譜分析結(jié)果，回答以下問題： ？ ，那么存在什么種類故障？ ？ ？ ？ 。 ？ “ 三比值法 ” 是檢測變壓器運(yùn)行狀態(tài)的重要方法 。 充油的電力設(shè)備 (如變壓器、電抗器、電流互感器、充油套管和充油電纜等 )的絕緣主要是由礦物絕緣油和浸在油中的有機(jī)絕緣材料 (如電纜紙、絕緣紙板等 )所組成。其中礦物絕緣油即變壓器油，是石油的一種分鎦產(chǎn)物，其 主要成分是烷烴、環(huán)烷族飽和烴、芳香族不飽和烴等化合物。有機(jī)絕緣材料主要是由纖維素構(gòu)成。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化、變質(zhì)，會分解出極少量的氣體 (主要有氫、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等 7種 )。當(dāng)電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或受潮情況時(shí)，這些氣體的產(chǎn)量會迅速增加。 三比值法就是選用上述 5種特征氣體（氫、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）構(gòu)成三對比值，在相同的情況下把這些比值以不同的編碼表示，根據(jù)測試結(jié)果把三對比值換算成對應(yīng)的編碼組，然后查表對應(yīng)得出故障類型和故障的大體 部位的方法。 變壓器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)內(nèi)部故障原因往往不是單一的 ,一般存在熱點(diǎn)的同時(shí)還有********大學(xué) 08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 局部放電 ,而且故障是在不斷發(fā)展和轉(zhuǎn)化的。在判斷設(shè)備有無故障及其嚴(yán)重程度時(shí) ,要根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的歷史記錄和設(shè)備特點(diǎn)以及外部環(huán)境等因素進(jìn)行綜合判斷。故障產(chǎn)氣與正常產(chǎn)氣在技術(shù)上是不可分離的。經(jīng)驗(yàn)表明 ,當(dāng)懷疑設(shè)備固體材料老化時(shí) ,一般 CO2/ CO 大于 7 。當(dāng)懷疑故障涉及到固體絕緣材料時(shí) ,CO2/ CO 可能小于 3 。當(dāng)懷疑紙或紙板過度老化時(shí) ,應(yīng)適當(dāng)測試油中糠醛含量 ,或測試紙樣聚合度。在線檢測可隨時(shí)檢測油中溶解氣體含量 ,對保證主網(wǎng)安全運(yùn)行有 重大意義。但在線監(jiān)測儀出現(xiàn)報(bào)警時(shí) ,必須由實(shí)驗(yàn)室色譜儀分析其組份和質(zhì)量分?jǐn)?shù) ,再做進(jìn)一步判斷。有載調(diào)壓操作產(chǎn)生氣體與低能量放電相符 ,當(dāng)主油箱 C2H2/ H2 大于 2～ 3 時(shí) ,可能是有載調(diào)壓污染主油箱 ,可利用比較主油箱、有載調(diào)壓油箱和儲油罐油中溶解氣體分析來確定 ,或通過油柱靜壓試驗(yàn)法和氣體試漏法來檢漏。對變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷 ,有賴于對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的全面掌握 ,并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其他試驗(yàn)(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等 ) 進(jìn)行比較 ,色譜分析與判斷的技術(shù)應(yīng)借鑒新方法并結(jié)合使用。 Borsi分析了變壓器油中產(chǎn) 生的氣體和故障間的關(guān)系。三比值法基于測量的準(zhǔn)確度 ,是一種比較簡便易行的判斷方法。日本電氣協(xié)同研究會提出的電協(xié)研法和湖北電力研究所提出的改良電協(xié)研法都是對它的補(bǔ)充。 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法 人工智能的出現(xiàn)為變壓器故障診斷提供了良好的新途徑。判斷故障類型、故障點(diǎn)、故障狀況需要大量的經(jīng)驗(yàn) ,而專家系統(tǒng)正好適合解決這類問題。該領(lǐng)域最早使用的專家系統(tǒng)是 Riese 的 TOGA 系統(tǒng)。國內(nèi)也有根據(jù)油色譜分析和電氣試驗(yàn)作為主要檢測數(shù)據(jù)來源的一套電力變壓器故障診斷專家系統(tǒng)。這方面還有很多采用正反向混合推理的研究及 應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例。但是 ,專家系統(tǒng)所采用的判斷規(guī)則和專家?guī)熘薪?jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)確度卻成為專家系統(tǒng)的“瓶頸”。即專家?guī)煨枰粩嗟匦拚蛿U(kuò)充。徐文等將模糊數(shù)學(xué)理論和專家系統(tǒng)相結(jié)合 ,形成模糊推理知識庫 ,應(yīng)用于變壓器故障診斷。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有自組織、自學(xué)習(xí)的能力 ,它不包含具體的診斷規(guī)則 ,而是將診斷規(guī)則隱含于權(quán)值矩陣中 ,通過對故障樣本的自學(xué)習(xí)來自動(dòng)修正和擴(kuò)充對故障的判斷能力。目前 ,變壓器故障診斷中使用最多的是 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 Zhang等認(rèn)為具有單隱層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類效果最優(yōu) ,它具有最小運(yùn)算量 ,同時(shí)完全滿足故障現(xiàn)象和故障原因之間的非線性映射。但是 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易收斂到局部最優(yōu)解 ,為了解決這個(gè)問題 ,已提出了幾種結(jié)合其他方法的學(xué)習(xí)算法。其中有結(jié)合遺傳算法的多層前饋網(wǎng)絡(luò) ,其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的初始權(quán)值是全解空間中的最優(yōu)解。而另一種在學(xué)習(xí)算法中加入隨機(jī)擾動(dòng)的方法也取得了較好的效果。國內(nèi)也已有研究實(shí)例 ,應(yīng)鴻等就利用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了油色譜分析故障診斷的模型 ,對比了用不同激勵(lì)函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂性。并采用基于局部特征量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了相應(yīng)的壓縮模型 ,用以診斷傳統(tǒng)的三比值法無法診斷的故障。王財(cái)勝提出了以 7種氣 體含量所占的相對百分********大學(xué) 08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 比和四比值為輸入矢量的兩種輸入方式。錢政等將范例推理引入到電力變壓器的故障診斷 ,修改 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 ,得出范例檢索算法 ,還在決策樹的基礎(chǔ)上 ,建立組合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 ,提出一種基于多元統(tǒng)計(jì)分析的訓(xùn)練樣本及輸入矢量選擇方法。Li等提出一種用于信號分類識別的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ,其網(wǎng)絡(luò)權(quán)值由小波函數(shù)集充當(dāng) ,在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)用共軛梯度法將采集到的信號分類。王哲等提出一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用微處理器的局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng) ,但這種方法是要在變壓器上加有源回路 ,推廣意義不大。 Wang等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)結(jié)合 起來 ,基于專家?guī)觳⒗蒙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)功能 ,將設(shè)備條件、診斷規(guī)則和趨勢分析進(jìn)行綜合分析。Qian等提出先用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析油色譜分析的結(jié)果 ,再用模糊方程結(jié)合電氣設(shè)備現(xiàn)象得出具體的故障。 Shang等結(jié)合定期測試、服務(wù)條件、 維修歷史和專家意見等 ,提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息融合模型。 其他的故障診斷方法 進(jìn)行故障診斷 ,還有很多其他方法。李天云將灰色故障診斷方法運(yùn)用到變壓器的油色譜分析上 ,利用灰色關(guān)聯(lián)度分析來診斷 ,其實(shí)質(zhì)是比較時(shí)間函數(shù)的幾何形狀的接近程度。它是根據(jù)一組典型的由變壓器各種運(yùn)行狀態(tài)的油色譜 分析求得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)模式 (故障特征向量矩陣 ) ,然后對待檢的運(yùn)行狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)模式進(jìn)行數(shù)學(xué)分析 — 灰關(guān)聯(lián)度分析。宋斌等提出了將模糊聚類分析應(yīng)用于變壓器故障診斷。Zhang等采用模糊聚類分析技術(shù)來判斷故障模式。孫才新等結(jié)合模糊聚類算法與ISODATA 算法建立了變壓器故障樹型分類模型。楊莉等將概率推理和模糊數(shù)學(xué)結(jié)合起來應(yīng)用到變壓器綜合故障診斷。張宇輝等從模糊關(guān)系方程出發(fā) ,建立以故障原因作為模糊輸入 ,故障現(xiàn)象作為模糊輸出的數(shù)學(xué)模型。 Su 等采用模糊邏輯技術(shù)來解決三比值等方法只能判斷一種故障 , 而不能判斷多種故障并存的 情況。 ********大學(xué) 08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三 章 基于 三比值法的軟件設(shè)計(jì) 上一章我們得知了檢測變壓器故障的常用方法：三比值法。而本課題主要解決三比值法的軟件設(shè)計(jì)問題，下面介紹進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的分析過程。 氣體分析 將變壓器油中逸出的氣體盡快轉(zhuǎn)移到儲氣瓶中 ,并盡快分析。氣樣采用氣相色譜儀進(jìn)行組分和含量的分析 ,分析對象為 CH4 、 C2H6 、 C2H4 、 C2H2 、 CO 、 CO2 及H2 等 7 種氣體。通?？偀N包括 CH4 (稱 C1)和 C2H6 、 C2H4 、 C2H2 、 (此 3氣體稱為 C2) 4 種氣體的總 和 。 在各電壓等級下 , ? 1 (C1 + C2) 和 ? 2 (H2) 在正常情況下的值均為 150 10 6 ， ? 3 (C2H2) 在正常情況下 ,當(dāng)電壓大于等于 330 kV 或小于等于 220 kV 時(shí) ,其值分別為 1 106? ,5 106? 。根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)定 :當(dāng) 運(yùn)行變壓器油中總烴氣體的體積分?jǐn)?shù)超過 150 10 – 6 ； 或乙炔氣體的體積分?jǐn)?shù)超過 5 10 6 ； 或氫氣的體積分?jǐn)?shù)超過 150 10 6時(shí) ,應(yīng)引起注意 , 但并不說明此時(shí)變壓器肯定有故障。 氣體含量注意值 見表 1。 表 1 變壓器油中溶解氣體注意值 106? 氣體 220 kV及以 下 330 kV及以上 總烴 150 150 氫氣 150 150 乙炔 5 1 相對產(chǎn)氣速率 每運(yùn)行月某種氣體含量增加原有值的百分?jǐn)?shù)的平均值為相 對產(chǎn)氣速率 ,算式如下 : r = (φ 2 φ 1 ) /φ 2 ?1 100 式中 , r為相對產(chǎn)氣速率 , %/m (月 ) 。 φ 2 為第二次取樣油中某氣體含量 , 10 6 。 φ 1 為第一次取樣油中某氣體含量 , 10 6 。 τ為兩次取樣時(shí)間間隔 ,m。