【正文】 往往呈現(xiàn)非等時(shí)間間隔性，這時(shí)必須根據(jù)時(shí)間間隔的性質(zhì)，對(duì)原算法進(jìn)行改進(jìn)，得到適合于非等時(shí)間間隔序列數(shù)據(jù)預(yù)測的 GM(1,1)算法。 ① 累加生成 把某一數(shù)列的各個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)一次累加的過程叫做累加過程，累加所得的數(shù)列被稱為累加生成數(shù)列。 小結(jié) ⑴ 本章詳細(xì)分析了變壓器油中氣體的產(chǎn)生和溶解機(jī)理；分析了變壓器過熱、放電、受潮等主要故障類型及其油中氣體的特征，各種故障狀態(tài)與特征氣體之間的關(guān)系； ⑵ 在詳細(xì)分析變壓器內(nèi)部故障與油中溶解氣體關(guān)系的基礎(chǔ)上得出了：油中溶解氣體的組分和含量可以作為變壓器故障診斷的特征量，不同性質(zhì)的變壓器故障所產(chǎn)生的油中溶解氣體組分不相同的重要結(jié)論； ⑶ 詳細(xì) 介紹了我國目前推薦采用的變壓器故障類型判斷的改良三比值診斷法。 變壓器內(nèi)部絕緣故障的三比值法 從以上分析可以看出：不同性質(zhì)的故障所產(chǎn)生的油中溶解氣體組分時(shí)不同的，據(jù)此可以判斷故障的類型。 受潮 在變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，油中水分和帶濕雜質(zhì)易形成“小橋”，或者固體絕緣中含有的水分加上內(nèi)部氣隙孔洞在局部放電作用下放出氫氣。 當(dāng)固體材料局部過熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量 CO和 CO2，且 CO/ CO210；當(dāng)油局部過熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量乙烯和甲烷，隨著溫度升高，乙烷和氫氣的含量增加：當(dāng)變壓器油嚴(yán)重過熱對(duì)，才產(chǎn)生少量乙炔。 16 第 3 章 變壓 器油中溶解氣體與故障的關(guān)系 目前，絕大多數(shù)大型電力變壓器選用油紙或油和紙板組成的絕緣結(jié)構(gòu)。 在以后的建設(shè)運(yùn)行中我們可制訂一個(gè)整體的維護(hù)、檢查和試驗(yàn)的規(guī)劃； 良好的維護(hù)制度將有助于變壓器獲得最大的使用壽命， 不但可以降低變壓器故障的發(fā)生，減輕電力中斷造成的不良影響，還可以節(jié)約大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，減少社會(huì)成本的支出 [16]。 變壓器 (除小型配電變壓器 )的油樣應(yīng)經(jīng)常作擊穿試驗(yàn)，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。主要是由于保養(yǎng)不夠、未裝控制或控制裝的裝的不正確、冷卻劑泄漏、污垢堆積和自然界的電氣化學(xué)腐蝕 [13]。線路涌流包括：合閘過電壓、電壓峰值疊加、線路短路故障、閃絡(luò)以及震蕩方面的大 電流、電壓的不正?，F(xiàn)象。 套管閃絡(luò)放電也是變壓器常見的外表異常之一。 確保負(fù)荷在變壓器的額定運(yùn)行條件下，不要長時(shí)間的過負(fù)荷運(yùn)行，否則得不償失。 過電壓引起的故障 電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的電壓異常升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。 放電故障 根據(jù)放電的能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電三種類型。 發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地后，要立即停電，檢查及處理吊芯。 ⑴ 若運(yùn)行儀表指示超過變壓器最大負(fù)荷，而單相變壓器組三相溫度計(jì)指示基本一致，冷卻裝置指示正常，變壓器也正常時(shí)，油溫升高就是由超負(fù)荷引起的，要對(duì)變壓器加強(qiáng)監(jiān)視，并及時(shí)向上級(jí)調(diào)度部門匯報(bào)，可 轉(zhuǎn)移負(fù)荷或縮短負(fù)荷時(shí)間。絕緣系統(tǒng)發(fā)生故障，主要指絕緣油故障和主絕緣中發(fā) 生故障，一般指相間發(fā)生短路、絕緣系統(tǒng)有受潮現(xiàn)象、絕緣油出現(xiàn)異常、出現(xiàn)圍屏樹枝狀放電等 [9]。為防水浸，變壓器底部基座要高出最大洪水的高度。結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、用料和占地都比較少。需要建筑專用的變壓器室。不浸絕緣油的器身 , 直接配置附件裝置的變壓器稱為干式變壓器。 ⑷ 按照冷卻方式分類為：以空氣為冷卻介質(zhì)的干式變壓器、以油為冷卻介質(zhì)的油浸式變壓器。本章介紹各種變壓器類型以及故障類型，并著重分析目前應(yīng)用最為 廣泛的油浸 式變壓器的 缺陷數(shù)據(jù)及其故障預(yù)測對(duì)應(yīng)關(guān)系。馬爾可夫預(yù)測法在地理、天氣、市場預(yù)測中被廣泛應(yīng)用。 優(yōu)選組合預(yù)測有兩類概念，一是指將幾種預(yù)測方 法所得的預(yù)測結(jié)果，選取適當(dāng)?shù)臋?quán)重進(jìn)行加權(quán)平均的一種預(yù)測方法；二是指在幾種預(yù)測方法中進(jìn)行比較，選擇擬合度最佳或標(biāo)準(zhǔn)離差最小的預(yù)測模型作為最優(yōu)模型進(jìn)行預(yù)測。 基于灰色系統(tǒng)理論的預(yù)測技術(shù) 灰色系統(tǒng)理論是中國學(xué)者鄧聚龍教授 1982年 3月在國際上首先提出來的。且針對(duì)某電力變壓器設(shè)計(jì)的性能良好的 ANN模型如果直接應(yīng)用于另一臺(tái)電力變壓器，預(yù)測性能就可能 很差。回歸分析法一般適用于中期預(yù)測。但是，對(duì)于當(dāng)前沒有出現(xiàn)故障或故障癥狀不明顯的變壓器，這些診斷系統(tǒng)卻不能預(yù)測何時(shí)出現(xiàn)故障，出現(xiàn)什么故障。定期維修存在“維修過?！焙汀熬S修不足 的缺陷，造成了維修費(fèi)用的巨大浪費(fèi)和設(shè)備可靠性的下降 [1]。 fault prediction。 最后將預(yù)測結(jié)果與實(shí)際進(jìn)行比較，得出設(shè)計(jì)結(jié)果并對(duì)不足之處提出進(jìn)一步的研究方向。 本人簽名： 日期： II 摘 要 電力變壓器是最重要的變電設(shè)備，在電力系統(tǒng)中處于樞紐地位，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。由于目前電力系統(tǒng)中主要采取某一天油中氣體進(jìn)行當(dāng)天的故障判斷，而連續(xù)一段時(shí)間的氣體采樣數(shù)據(jù)較少，所以本文選用 84年 93年的數(shù)據(jù)。s fault based on the DGA data and three ratios fault diagnosis method. Since that we mainly use one day39。 隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，我國的電力建設(shè)已進(jìn)入了超高壓、大電網(wǎng)、大容量、自動(dòng)化的新階段。 開展變壓器故障預(yù)測，對(duì)預(yù)測潛伏性故障發(fā)展趨勢(shì)或何時(shí)發(fā)展成故障或可能發(fā)生何種類型故障等進(jìn)行研究，對(duì) 指導(dǎo)維護(hù)工作具有十分重要的意義。很多人就這些預(yù)測方法做了細(xì)致深入的研究并取得了可喜的成績。 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測技術(shù) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN)是由多個(gè)神經(jīng)元連接而成、用以模擬人腦行為的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有 自組織、自學(xué)習(xí)的能力，它能通過學(xué)習(xí)獲得合適的參數(shù)，用來映射任意復(fù)雜的非線性關(guān)系。 基于 專家系統(tǒng)的預(yù)測技術(shù) 專家系統(tǒng)是一個(gè)用基于知識(shí)的程序設(shè)計(jì)方法建立起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，它擁有某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并能像專家那樣運(yùn)用這些知識(shí)，通過推理，在那個(gè)領(lǐng)域做出智能決策。 近年來，灰色預(yù)測模型尤其是 GM(1， 1)模型及其改進(jìn)模型在電力變壓器故障預(yù)測方面也了一些研究成果。 混沌理論 混沌理論是一種兼具質(zhì)性思考與量化分析的方法，用以探討動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中無法用單一的數(shù)據(jù)關(guān)系，而必須用整體、連續(xù)的數(shù)據(jù)關(guān)系才能加以解釋及預(yù)測的行為。 ⑸ 用實(shí)例證明本文提出的預(yù)測模型的有效性 。 ⑴ 按照用途分類為：電力變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、試驗(yàn)變壓器、調(diào)壓變壓器、電抗器、互感器、特殊用途變壓器。 ⑼ 按照防潮方式分類為：開啟式變壓器、密封式變壓器、全密封式變壓器。但概括起來可分為室內(nèi)、室外兩大類。 ① 桿架式，桿架式變臺(tái)又分為單桿變臺(tái)、雙桿變臺(tái)和三桿變臺(tái)三種。其特點(diǎn)是高壓線的終端桿可兼作低壓線路的始端桿、結(jié)構(gòu)簡單、基礎(chǔ)牢固、造價(jià)較低。 內(nèi)部故障會(huì)引起火災(zāi)甚至使油箱爆炸，使變壓器發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。 變壓器溫度發(fā)生異常 變壓器過熱對(duì)其本身有很大的危害，溫度升高使絕緣體的機(jī)械強(qiáng)度和耐壓度降低甚至損壞絕緣體，導(dǎo)致變壓器使用壽命縮短。 變壓器油枕故障 油枕油位已注滿時(shí)，呼吸器出現(xiàn)變壓器油向外噴流，但是其它裝置表現(xiàn)均為正常，停止變壓器的運(yùn)行，對(duì)變壓器進(jìn)行電氣試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正常。 變壓器正常運(yùn)行中，絕緣材料也在不斷的損耗，當(dāng)使用達(dá)到一定的年限時(shí)，絕緣材料就會(huì)嚴(yán)重老化，出現(xiàn)發(fā)黑、枯焦等情況；而在超負(fù)荷運(yùn)行等條件下，其絕緣將加速老化， 只要繞組稍受震蕩或略受摩擦，絕緣即可完全變形甚至損壞，導(dǎo)致匝間或?qū)娱g短路。 短路引起 的故障 變壓器短路故障主要是變壓器出口短路，以及內(nèi)部引線或繞組間對(duì)地短路 及相與相之間發(fā)生的短路而導(dǎo)致的故障 。 過載條件下，過高的溫度導(dǎo)致了變壓器的絕緣紙板過早 的老化，使得整個(gè)絕緣強(qiáng)度下降。 滲油及套管閃烙 滲油是變壓器最為常見的外表異?，F(xiàn)象。另一種則是避雷器接地引下線長度太長；此時(shí)，如果某一陡度電流通過，避雷器的殘壓與接地引下線上的壓降相疊加，作用于變壓器繞組，從而破壞變壓器絕緣。例如匝間絕緣裕度不夠、出線端松動(dòng)或無支撐、墊塊松動(dòng)、焊接不良、鐵芯絕緣不良、抗短路強(qiáng)度不足以及油箱中留有異物。 變壓器的設(shè)計(jì)和 建造標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與安裝地點(diǎn)相配套。 只有保證變壓器安全正常的運(yùn)行，才能保證電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì) 地運(yùn)行。因此借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，利用先進(jìn)在線監(jiān)測設(shè)備，加強(qiáng)狀態(tài)維護(hù)模式，可以使電力供應(yīng)更加安全可靠 [18]。 ⑴ 烴類氣體：油中 C C2總烴含量一般低于 150pL/L，但使用年久的變壓器 ,C C4烴類氣體明顯增多； ⑵ 氫：油中氫含量一般低于 150pL/L； ⑶ 碳的氧化物：油中 CO、 CO2含量與設(shè)備運(yùn)行年限有關(guān) [20]。 ⑵ 低能量放電，一般是火花放電。 表 變壓器油中氣體含量規(guī)定值 氣體組分 總烴（甲烷、乙烷、乙烯、乙炔） 乙炔 氫氣 含量 ppm 330kV及以上 150 1 150 220kV及以上 150 5 150 表中總烴是指甲烷、乙烷、乙烯、 乙炔的總和。 19 表 編碼規(guī)則 氣體比值范圍 比值范圍編碼 4222HCHC 24HCH 6242HCHC 0 1 0 1 0 0 1 2 1 2 2 2 表 故障類型判斷方法 編碼組合 故障類型診斷 故障實(shí)例 4222HCHC 24HCH 6242HCHC 0 1 0 局部放電 高溫度、高含氣量引起油中低能量密度的局部放電 0 1 輕度過熱 (150℃ ) 絕緣導(dǎo)線過熱 2 0 低溫過熱 (150℃ ~300℃ ) 分接開關(guān)接觸不良，引線夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不良，渦流引起銅過熱、鐵芯漏磁、局部短路、層間絕緣不良、鐵芯多點(diǎn)接地等 2 1 中溫過熱 (300℃ ~700℃ ) 0， 1,2 2 高溫過熱 (700℃ ) 1 2 0， 1,2 低能放電兼過熱 引線對(duì)地電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電，分接觸頭引線和油隙閃絡(luò)，不同電位間油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電 0， 1 0， 1,2 低能放電 2 2 0， 1,2 電弧放電兼過熱 線圈匝間、層間短路，相間閃絡(luò)，引線對(duì)箱殼放電、線圈熔斷、分接開關(guān)飛弧、因環(huán)路電流引起電弧、引線對(duì)其他接地體放電等 0， 1 0， 1,2 電弧放電 20 從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，采用改良三比值法能夠有效發(fā)現(xiàn)變壓器潛伏性故障。 GM(1， 1)數(shù)據(jù)處理方法 目前使用最 廣泛的灰色預(yù)測模型就是關(guān)于數(shù)列預(yù)測的一個(gè)變量、一階微分的GM( 1, 1) 模型。 ⑵ 對(duì)原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行一階累加生成。 GM(1,1)非等時(shí)間間隔 matlab 程序代碼 function graygm_non_linear(x0,t1) for w=:: % w變量在每次循環(huán)中全部重新賦值 n=length(x0)。 w_best=0。 end A=[B39。 %計(jì)算出 a和 u。 for k=1 : m x3(k+1)=(x2(k+1)x2(k))/t0(k+1)。為后續(xù)變壓器故障的預(yù)測奠定了預(yù)測理論基礎(chǔ)。 for i=2:n ess(i1)=abs((x0(i)x3(i+1))/x0(i))。 u=beta(2)。 for i=1 : (n1)。 x1(1)=x0(1)。 t1_mean=mean(t1)。 GM(1,1)非等時(shí)間間隔序列預(yù)測 算法 GM(1,1)模型是以等間隔序列為基礎(chǔ)的。 灰色理論使用數(shù)據(jù)處理的方法增強(qiáng)原始隨機(jī)序列的規(guī)律性，從而建立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)模型，對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理方法主要有累加生成、累減生成兩種 [29]。但由于現(xiàn)場情況的多樣性，其準(zhǔn)確率受到一定程度的影響 [27]。另外故障產(chǎn)氣速率和故障時(shí)產(chǎn)氣特征性也是故障診斷的的依據(jù) [24]。 ⑶ 局部放電，特征氣體氫組分最多 (占總烴的 85％ 以上 )，其次是 CH4，當(dāng)放電能量高時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量乙炔。 產(chǎn)生熱性故障的原因有：導(dǎo)線過電流；鐵芯局部短路、多點(diǎn)接地、形成環(huán)流；分接開關(guān)接觸不良、接線焊接不良、電磁屏蔽不良、使漏磁集中；油道堵塞，影響散熱等。為后文基于油中氣體的三比值故障診斷法以及故障預(yù)測奠定了良好的理論基礎(chǔ)和工作準(zhǔn)備。 采取有針對(duì)性的防范措施， 定期進(jìn)行檢測與維護(hù)， 加大變壓器巡視檢查力度，準(zhǔn)確、及時(shí)發(fā)生存在的隱患，就可以排除安全隱患，保障變壓器的正常、穩(wěn)定工作和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行 [15]。變壓器引線是靠套管支撐和絕緣的，若套管上端帽罩封閉不嚴(yán)而進(jìn)水，引線主絕緣受潮而擊穿，就會(huì)造成內(nèi)部閃絡(luò)，發(fā)生故障。 13 變壓器的維護(hù)故障 不正當(dāng)?shù)木S護(hù)也會(huì)引起變壓器故障。 變壓器線路涌流故障 線路涌流，是應(yīng)該被列入首要的故障因素。長時(shí)間的運(yùn)行，會(huì)使變壓器中某些膠珠、膠墊老 化龜裂而引起滲油，導(dǎo)致絕緣受潮后性能下降，放電短路，燒毀變壓器?；蛘哂捎谕獠抗收蠜_擊力導(dǎo)致絕緣破損進(jìn)而發(fā)生故障。變壓器二 次側(cè)短路也是造成變壓器損壞最多的故障。 制定一定的保障制度，降低老化的速度可以增加變壓器的使用年限 [11]。 鐵芯多點(diǎn)接地故障 變壓器鐵芯