【正文】 障和事故的發(fā)生。對(duì)變壓器進(jìn)行油色譜在線監(jiān)測(cè)是變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要基礎(chǔ)。而且對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和科學(xué)管理水平也具有十分重要的意義 [2]。 預(yù)測(cè)是使用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手 段根據(jù)歷史資料和現(xiàn)實(shí)情況，依據(jù)一定方式、方法，通過(guò)定性和定量的主觀估測(cè)和科學(xué)計(jì)算，研究某一事物當(dāng)前已知因素與未來(lái)某些可確定因素之間的關(guān)系、尋求事物的發(fā)展規(guī)律，推知其未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，為當(dāng)前制定規(guī)劃、進(jìn)行決策提供依據(jù)。下面介紹目前在各領(lǐng)域中使用的預(yù)測(cè)方法，及其 在變壓器故障預(yù)測(cè)中的運(yùn)用 [5]。 基于時(shí)間序列分析法的預(yù)測(cè)技術(shù) 時(shí)間序列分析法，就是把預(yù)測(cè)對(duì)象的歷史數(shù)據(jù)按一定時(shí)間間隔排列，構(gòu)成隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)序列，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的模型，并將該模型外推到未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)大量非結(jié)構(gòu)性、非精確性規(guī)律具有極強(qiáng)的自適應(yīng)功能，具有信息記憶、自主學(xué)習(xí)、知識(shí)推理和優(yōu)化計(jì)算等特點(diǎn)，一定程度上克服了由于隨機(jī)性和非定量因素而難以用數(shù)學(xué)公式嚴(yán)密表達(dá)的困難。目前，模糊理論在自動(dòng)控制、信息處理、天氣預(yù)報(bào)、地震研究、人工智能等方面得到了廣泛的應(yīng)用，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。 一個(gè)實(shí)用的預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)的研制需要較長(zhǎng)時(shí)間的原始資料積累和模型修正；另一方面，專家知識(shí)是經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐而形成的，沒(méi)有一個(gè)明確標(biāo)準(zhǔn)，難免會(huì)引入實(shí)際工作中的各種偏差和錯(cuò)誤。灰色預(yù)測(cè)將系統(tǒng)行為特征量的變化過(guò)程看作為一個(gè)灰色過(guò)程，利用灰色系統(tǒng)理論的微分方程模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。 優(yōu)化組合預(yù)測(cè)技術(shù) 在實(shí)際預(yù)測(cè)工作中，建立預(yù)測(cè)模型受到兩方面的限制：一是不可能將所有在未來(lái)起作用的因素全部包含在模型中；另一個(gè)是很難確定眾多參數(shù)之間的精確關(guān)系。遺傳算法的主要特點(diǎn)是群體搜索策略和群體中個(gè)體間的信息交換，搜索不依賴梯度等高階信息，同時(shí)還具有算法簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。混沌理論還被用于經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)等方面。 本文的主要工作 本文在基于目前 大型電力變壓器故障預(yù)測(cè)方法總結(jié)分析上，選擇利用灰色理論預(yù)測(cè)方法進(jìn)行變壓器故障預(yù)測(cè)。 ⑹ 總 結(jié)上述研究成果，并提出了進(jìn)一步研究的方向。 在電力系統(tǒng)中，為了將大功率的電能運(yùn)送到遠(yuǎn)距離的用戶區(qū)，需要采用升壓變壓器將發(fā)出的電壓逐級(jí)升高到 220kV~500kV，以減少線路損耗；在電能輸送到用戶地區(qū)后，再用降壓變壓器逐級(jí)降低到配電電壓，供動(dòng)力設(shè)備、照明使用。 ⑵ 按照繞組數(shù)目分類為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。 ⑹ 按照鐵心結(jié)構(gòu)分類為：芯式變壓器、殼式變壓器。 變壓器的基本結(jié)構(gòu) 變壓器的主要構(gòu)件是鐵芯和繞組?？砂唇M配件用途分類為六大部分或稱六大裝置 , 即散熱裝置、調(diào)壓裝置、引出裝置、保護(hù)裝置、測(cè)量裝置和起吊運(yùn)輸裝置。室內(nèi)稱為配電室；室外有桿架式、臺(tái) 墩式和落地式變臺(tái)。室內(nèi)通道應(yīng)寬敞，以滿足安裝上規(guī)定的要求。 單桿變臺(tái)是將變壓器、高壓跌落式熔斷器和高壓避雷器裝在一根電桿上。 三桿變臺(tái)由高壓線電桿和另外兩根電桿組成。 8 ③ 落地式，落地式變臺(tái)是把變壓器安置在地面矮臺(tái)上，適合于 500kVA 以上大容量的變壓器。 變壓器故障主要發(fā)生在繞組、鐵芯、套管、分接開(kāi)關(guān)和油箱等部位。 ⑵ 外部故障包括： 雷擊；系統(tǒng)切換誤操作；系統(tǒng)過(guò)載；系統(tǒng)故障如短路；外部故障主要表現(xiàn)在油箱殼以外 套管及引線上產(chǎn)生的各種相間及接地短路 。發(fā)出“咕嚕咕?！彼序v的聲音。油溫異常升高是變壓器過(guò)熱的主要表現(xiàn)；主要體現(xiàn)在變壓器超負(fù)荷運(yùn)行、冷卻裝置故障或絕緣油顏色變化等。 ⑶ 絕緣油顏色發(fā)生顯著變化，絕緣油在運(yùn)行中可能與空氣接觸，并吸收空氣中水分，導(dǎo)致絕緣性能下降；油常在高溫環(huán)境中運(yùn)行，與氧接觸產(chǎn)生酸性氧化物，腐蝕金屬或絕緣，增加介質(zhì)損耗，降低絕緣，引發(fā)閃絡(luò)使外殼或繞組被擊穿。拆開(kāi)視察窗進(jìn)行檢查，未看到油，這表明油枕出現(xiàn)故障。在串聯(lián)電阻前，要對(duì)鐵芯接地回路的環(huán)流及開(kāi)路電壓分別進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算對(duì)應(yīng)串電阻的阻值。絕緣老化后絕緣性能也明顯降低，容易擊穿。 分接開(kāi)關(guān) 故障 ⑴ 無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障 變壓器漏油時(shí)，分接開(kāi)關(guān)會(huì)在空氣中裸露，從而會(huì)引發(fā)分接開(kāi)關(guān)的絕緣受潮，容易導(dǎo)致放電短路的發(fā)生，引起變壓器的損壞。 11 當(dāng)變壓器發(fā)生二次側(cè)短路、接地等故障時(shí)，二次側(cè)將會(huì)產(chǎn)生高于額定電流 23倍的短路電流，在一次側(cè)必然要產(chǎn)生很大的電流來(lái)抵消二次側(cè)短路電流的消磁作用，如此大的電流作用于高電壓繞組上，線圈內(nèi)部將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，致使線圈壓縮，其絕緣襯墊、墊板就會(huì)松動(dòng)脫落，鐵芯夾板螺絲松弛，高壓線圈畸變或崩裂，導(dǎo)致變壓器在很短的時(shí)間內(nèi)燒毀， 嚴(yán)重時(shí)可能要更換全部繞組，從而造成十分嚴(yán)重的后果和損失，因此應(yīng)引 起足夠重視。而當(dāng)電壓過(guò)高超過(guò)變壓器承受幅度，就會(huì)造成變壓器故障。此時(shí)若有一定的沖擊電流，變 壓器線圈溫度迅速增加，造成絕緣材料變脆弱，加速老化，形成大量裂紋甚至脫落，嚴(yán)重時(shí)使線體裸露，而造成匝間短路。它可以將繞組和鐵芯等產(chǎn)生出來(lái)的熱量傳遞至變壓器的冷卻裝置，因而是良好的散熱媒介，此外還可以在繞組之間、繞組與鐵芯和箱體之間起到絕緣介質(zhì)的作用。由于變壓器本體內(nèi)充滿了油，各連接部位處都有膠珠、膠墊防止油的滲漏。在變壓器的檢查維護(hù)中，對(duì)變壓器套管滲油問(wèn)題要得到及時(shí)的解決，否則造成事故的可能性極大。 防止雷擊最好的方法當(dāng)然是加裝避雷裝置，不僅可以保護(hù)變壓器本身的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以減少電力系統(tǒng)中的沖擊電流，減少暫態(tài)波動(dòng)的發(fā)生。因此須在大電流沖擊保護(hù)充分性方面給與更多的關(guān)注。 所以并沒(méi)有引起太大的關(guān)注，只是 偶爾發(fā)生。 變壓器正常運(yùn)行時(shí)，繞組四周會(huì)存在交變的磁場(chǎng)，在電磁感應(yīng)作用下，外殼與鐵芯之間、鐵芯與低壓繞組之間以及低壓繞組與高壓繞組之間會(huì)存在寄生電容，帶電繞組正是通過(guò)其耦合作用，使得鐵芯對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位。若置于戶外，確定該變壓器適于戶外運(yùn)行，變壓器油的介電強(qiáng)度隨著其中水分的增加而急劇下降 。 變壓器連接松動(dòng)故障 這類事故包括了在電氣 連接方面的制造工藝以及保養(yǎng)情況，最為突出的問(wèn)題就是不同性質(zhì)金屬之間不當(dāng)?shù)呐浜?，但是這種情況在慢慢的減少，另一個(gè)問(wèn)題就是螺栓連接間的緊固不恰當(dāng)， 連接松動(dòng)也可以包括在維護(hù)不足一類中 [14]。 掌握變壓器運(yùn)行狀況，熟悉變壓器故障的形成原因及一些相關(guān)處理，采取必要的保護(hù)措施，就能有效降低變壓器故障率。 ⑵ 經(jīng)常維護(hù)： ① 保持瓷套管及絕緣子的清潔，定期檢查瓷套管外部無(wú)裂紋、破損、臟污及放電痕跡，瓷套根部有無(wú)放電痕跡； ② 在油冷卻系統(tǒng)中，檢查散熱器有無(wú)滲漏、生銹、污垢淤積以及限制油流動(dòng)的機(jī)械損傷； ③ 保證電氣連接的緊固可靠； ④ 定期檢查分接開(kāi)關(guān)，檢驗(yàn)觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性等； ⑤ 每三年應(yīng)對(duì)變壓器線圈、套管以及避雷器進(jìn)行介質(zhì)損壞的檢測(cè)； ⑥ 每年檢驗(yàn)避雷器接地的可靠性。 本章小結(jié) 本章介紹了變壓器的分類，以及變壓器基本結(jié)構(gòu)和安裝方式，并具體分析了各種變壓器故障以及相關(guān)診斷方式和解決方式，并在最后給出了變壓器運(yùn)行維護(hù)相關(guān)的建議。正常運(yùn)行中變壓器油中溶解氣體含量很少，主要成分是氧和氮。 變壓器油中氣體特征 過(guò) 熱故障 熱性故障是由于熱應(yīng)力所造成的絕緣加速劣化，具有中等水平的能量密度。 17 放電故障 ⑴ 高能量放電，又稱電弧放電。它是一種間隙性放電 故障，如鐵芯片間、鐵芯接地片接觸不良造成的懸浮電位放電；分接開(kāi)關(guān)拔插懸浮電位放電等，其特征氣體為乙炔和氫氣，但由于故障能量較小，總烴一般不會(huì)高。 根據(jù)以上分析 ，可歸納變壓器故障與產(chǎn)氣特征的一般規(guī)律，如表 [21]。應(yīng)當(dāng)指出，表中列出的“注意值”不是“故障值”或“允許值”，也就是說(shuō)，“注意值”是指當(dāng)氣體濃度到該值時(shí)，應(yīng)注意跟蹤分析，查明原因 [23]。 國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)和我國(guó)國(guó)標(biāo)推薦使用 C2H2/C2H CH4/H C2H4/C2H6這三個(gè)比值大小來(lái)判斷變壓器存在的故障情況，這種方法稱為三比值法 [25]。國(guó)內(nèi)湖北地區(qū)曾以 314臺(tái)故障變壓器油中氣體分析值采用改良三比值法進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，其準(zhǔn)確 率達(dá) ％。 灰色系繞理論把一切隨機(jī)量都看成灰色數(shù)，對(duì)灰色數(shù)的處理不是找概率分布或?qū)で蠼y(tǒng)計(jì)規(guī)律，而是利用數(shù)據(jù)處理的辦法去尋找數(shù)據(jù)間的規(guī)律。它是基于隨機(jī)的原始時(shí)間序列 , 經(jīng)按時(shí)間累加后所形成的新的時(shí)間序列呈現(xiàn)的規(guī)律可用一階線性微分方程的解來(lái)逼近。 ② 累減生成 考慮到累加生成的數(shù)列并不是原始序列，對(duì)所求的結(jié)果還需要經(jīng)過(guò)累減生成進(jìn)行還原。 ???ik ixix 1)0()1( )()( ， (i=1,2,? n) () ))(,),2(),1(( )1()1()1()1( nxxxX ?? ⑶ 對(duì) )1(X 建立白化微分方程 uaXdtdX ?? )1()1( () 這里 a和 u是待定參數(shù)，將式（ ）微分方程離散化 )()1( )1()1()1( kxkxdX ??? 1)1( ???? kkdt 結(jié)合式 ()可得 23 ukxkxakx ????? )))1()((21()1( )1()1()0( () ⑷ 求參數(shù) a和 u 式 ()移項(xiàng) ukxkxakx ?????? ))1()((21()1( )1()1()0( 令 k=1,2,? ,n1，則有： ??????????????)()3()2()0()0()0(nxxx? =????????????????????????????unxnxauxxauxxa) ) )()1((21() ) )3()2((21() ) )2()1((21()1()1()1()1()1()1(?=a?????????????????????????))()1((21))3()2((21))2()1(21)1()1()1()1()1()1(nxxxxxx? +u????????????111? 引入下述符號(hào) : nY =??????????????)()3()2()0()0()0(nxxx? ； )1(Z =?????????????????????????))()1((21))3()2((21))2()1((21)1()1()1()1()1()1(nxnxxxxx? ； E =????????????111? 則有 nY =a )1(Z +uE =? ?EZ ?)1( ??????ua () 令： ? ????????????????????????????111)()1((21)3()2((21)2()1((21)1()1()1()1()1()1()1(???nxnxxxxxEZB； ???????ua? 則公式（ ）變?yōu)? ?BYn ? 兩邊同時(shí)左乘 TB 則為 ?)( BBYB TnT ? 兩邊同時(shí)左乘 1)( ?BBT 則為： 24 ?)()()( 11 BBBBYBBB TTnTT ?? ? 得到 nTT YBBBua 1)( ?????????? ⑸ 白化微分方程求解 uaXdtdX ?? )1()1( 令 )1()0( )1()1( xx ? ，得到微分方程的解為： aueauxkx ak ???? ?))1(()1( )0(1* ）（ 數(shù)據(jù)還原： )1())1(()1( )0(0* aak eeauxkx ???? ?）（ 上式即為 GM(1,1)模型的預(yù)測(cè)公式 [31]。 GM(1,1)算法 殘差檢驗(yàn) 由于故障預(yù)測(cè)是對(duì)變 壓器未來(lái)狀態(tài)參數(shù)的估算，它與客觀實(shí)際總是存在著一定的差距，即存在預(yù)測(cè)誤差。 %由數(shù)列 x0生成數(shù)列 x1。 t0(1)=1。 x1=[]。 x1(i)=s。 ones(n1,1)]。 beta=inv(A39。 a=beta(1)。 for i=0 : m x2(i+1)=(x0(1)u/a)*exp(a*(t(i+1)t(1)))+u/a。 end x3 n=length(x0)。 28 w_best=w。 29 第 5 章 變壓器的故障預(yù)測(cè)及實(shí)例 變壓器的故障預(yù)測(cè) 本文中，變壓器故障預(yù)測(cè)是應(yīng)用灰色預(yù)測(cè)法，對(duì)變壓器的信息量進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后應(yīng)用各種變壓器故障診斷方法對(duì)變壓器進(jìn)行故障狀