【正文】 定期維修制度及離線試驗所 暴露出來的問題，即一方面盲目地對多數(shù)完好設(shè)備定期維修，造成人力物力浪費，而且這種過度維修還可能引入新的故障隱患 。另一方面還存在因一些產(chǎn)品性能缺陷包括絕緣缺陷未能得到及時發(fā)現(xiàn)檢修而發(fā)展成華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 35 重大故障的可能。因此，人們開始關(guān)注變壓器狀態(tài)維修的研究和應(yīng)用。 [7]狀態(tài)維修可分為三層內(nèi)容 : （ 1）在線監(jiān)測是狀態(tài)維修的前提和基礎(chǔ)，通過在線監(jiān)測，在不影響設(shè)備運行的前提下提取各種狀態(tài)參數(shù)信息 。 (2)故障診斷是狀態(tài)維修的核心，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)診斷其絕緣狀況，識別故障種類和程度 。 (3)維修策略的制訂是狀態(tài)維修的目標(biāo)。隨著電力 系統(tǒng)自動化水平的提高，越來越多的變電站引入了變壓器在線監(jiān)測裝置。 目前在線監(jiān)測項目主要包括絕緣油中氣體在線監(jiān)測、局部放電在線監(jiān)測、介質(zhì)損壞因數(shù)在線監(jiān)測等。這些在線數(shù)據(jù)可以及時反映變壓器絕緣的變化，對于及早發(fā)現(xiàn)故障，防止故障進一步擴大有很大幫助。將在線數(shù)據(jù)引入到變壓器的故障診斷中，可以極大地提高診斷的實時性和準確性。 由于電力變壓器故障的多樣性，再加上引發(fā)這些故障的原因非常復(fù)雜且不明顯，使得要準確地判斷電力變壓器故障性質(zhì)及故障發(fā)生部位變得相當(dāng)困難。目前，在變壓器故障診斷中應(yīng)用較多的是傳統(tǒng)的油中溶解氣體分析法 (DGA)，即通過對變壓器油中溶解氣體的分析來判斷變壓器存在的故障，國內(nèi)外眾多專家對 DGA 方法的研究取得了許多有價值的成果，形成了一些實用性算法，如 IEC推薦的三比值法、 Rogers 法、 Dornerburg 法等，它們的共同特點是對變壓器油中溶解的 H，、 CH C， HZ、 C:H。、 C:H CO、 CO:的比值進行編碼，然后由相應(yīng)的編碼查出對應(yīng)的故障。為了彌補這些方法存在的“編碼盲點”問題，一些學(xué)者又在這些方法的基礎(chǔ)上，引入專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、進化遺傳算法等方法來對變壓器故障進行判別，取得了一定的進 展 [3]。 DGA 方法己被證明是檢測變壓器故障的一種簡單有效的方法，但是， DGA方法也存在一些缺陷，其作業(yè)程序復(fù)雜，人工操作不可靠，且不易及早發(fā)現(xiàn)兩次試驗之間的故障或缺陷，它一般只能簡單區(qū)分過熱、電暈放電和電弧放電故障，無法對故障的具體類型作進一步判斷，也無法對故障的具體部位進行準確地定位，而且，由于油中氣體的累積效應(yīng)，它的準確程度也不令人滿意。所以單憑 DGA 方法來診斷變壓器故障，很難取得滿意的結(jié)果。 除了色譜試驗以外的其他變壓器預(yù)防性試驗也是檢測變壓器故障的重要手華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 36 段。在變壓器的離線故障診斷中，預(yù)防性試驗的 結(jié)果仍然是不可缺少的診斷依據(jù)，要準確地判斷故障的具體類型以及故障發(fā)生的具體部位，必須通過預(yù)防性試驗的結(jié)果來進行。因此，充分利用預(yù)防性試驗的結(jié)果來對變壓器故障進行診斷，可以得到更為詳盡的故障信息，也可以使得診斷系統(tǒng)提供的維修建議更具有針對性，彌補 D 以方法的不足，減少維護工作量，縮短變壓器重新投入運行所需的時間。 總之，電力變壓器故障診斷是個復(fù)雜的問題，需要綜合在線的、離線的多種檢測手段，而且變壓器故障現(xiàn)象與故障原因之間存在著密切的聯(lián)系，且是復(fù)雜模糊的，存在許多模糊性的概念難以直接由測量值判斷變壓器狀態(tài)，故可以 引用模糊邏輯和多參數(shù)、多層逐步推理方法評估。結(jié)合模糊數(shù)學(xué)工具構(gòu)成模糊專家系統(tǒng)對變壓器運行狀況進行綜合分析，判斷變壓器的運行狀況、故障類型、故障可能部位并向運行人員作出合適的建議。而且，隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高，電力系統(tǒng)正日益成為一個密切聯(lián)系的整體，在這種趨勢下，變壓器的故障診斷不應(yīng)成為一個孤立的部分，而應(yīng)當(dāng)與電力系統(tǒng)的其他部分結(jié)合起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和服務(wù)。 第三章 目前電力變壓器故障檢測存在的問題 （一） [6]測試精度及其穩(wěn)定性校驗是在線監(jiān)測系統(tǒng)面臨的一個重要技術(shù)問題。由于現(xiàn)場清況的復(fù)雜性，使 監(jiān)測結(jié)果無法進行校準，更難跟停電試驗結(jié)果進行對比，而且由于其監(jiān)測的實時連續(xù)性，所以干擾信號的準確判斷成為影響監(jiān)測結(jié)果的重要因素。 （二）傳感器的特性是在線監(jiān)測的關(guān)鍵。現(xiàn)在用量最大的傳感器是羅可斯基線圈，為了追求小信號大靈敏度多采用軟磁心，其磁性易受外界條件 (如溫度、壓力、沖擊 )的影響，甚至被測信號的大小不同也會影響傳感器自身的角差。所以研制高精度、高穩(wěn)定、零角差的傳感器仍是一個重要的研究課題。 （三）基準電壓的特性將影響結(jié)果的分析。目前抽取基準電壓的方法大多是從TV的二次側(cè)抽取，實踐證明，其誤差較大，同時也 增加了現(xiàn)場安裝的復(fù)雜性。 華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 37 （四） [8]干擾問題一直是影響在線監(jiān)測系統(tǒng)安全可靠運行的重要因素。由于高壓變電站復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，使微量信號的監(jiān)測 (如局部放電，難度增加，同時偶然的強干擾信號 (如雷電沖擊、操作沖擊 )甚至?xí)苯訐魵г诰€監(jiān)測的入口電子電路。因此，在這里防干擾具有兩方面的含義 :一是采用濾波器排除干擾信號對監(jiān)測信號的影響，這就要求研究更先進的數(shù)字濾波技術(shù) (如小波變換 )。二是設(shè)置靈敏的過電壓防護器件，以及采取降低千擾電平的措施和方法。 （五）積累運行經(jīng)驗，建立專家系統(tǒng)和報警值以及相應(yīng)的監(jiān)測標(biāo)準。由于目前運 行經(jīng)驗缺乏，所以往往使報警值無法確定，這正如預(yù)防性試驗標(biāo)準的制定一樣，需要不斷總結(jié)運行經(jīng)驗。專家系統(tǒng)的建立則要求進行大量的基礎(chǔ)性研究工作，如絕緣老化規(guī)律的研究，以確定多種形式的絕緣特性參數(shù)的變化與殘余擊穿電壓的關(guān)系等。 第四章 電力變壓器故障診斷的方法 油中溶解氣體分析法 正常情況下充油電氣設(shè)備內(nèi)的絕緣油及有機絕緣材料，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、二氧化碳等氣體，這些氣體大都溶解在油中，當(dāng)存在潛伏性故障和過熱性故障時，就會加快這些氣體的產(chǎn)生速度，隨著故障 發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡在油中經(jīng)對流、擴散、不斷地溶解在油中，大量的研究結(jié)果表明，變壓器油中溶解氣體的組成和含量與故障類型和故障嚴重程度有密切關(guān)系，并且與絕緣油的種類和牌號沒有關(guān)系。表 1 示出了不同故障類型時產(chǎn)生的氣體組。根據(jù)產(chǎn)氣組分及 HZ、 C 氏、 CZ風(fēng)、CZH:和 CZH6 構(gòu)成的三比值法，可以診斷出變壓器常見的一些故障。常用的變壓器色譜分析法就是通過對油中溶解氣體的色譜分析來診斷變壓器存在的上述故障或缺陷。國內(nèi)外普遍采用這種方法來監(jiān)視變壓器的運行狀態(tài)，收到良好的效果，其診斷正確率可高達 80%左右。因此，分析 溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障并隨時掌握故障的發(fā)展情況。 表 1 不同故障類型所產(chǎn)生的氣體 華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 38 單項成分超標(biāo)分析法 1)HZ 超標(biāo) 變壓器內(nèi)部進水受潮也是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體 H:含量很高。如果色譜分析發(fā)現(xiàn) H:含量超標(biāo)，而其他組分并沒有增加時，可判斷為設(shè)備含有水分。為進一步判斷，可加做微水分析。導(dǎo)致水分分解出氫有兩種可能 :一是水分和鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) 。二是在高電場作用下水分子本身分解。設(shè)備受潮時固體絕緣材料含水量比油中含水量要大 100 多倍，而 HZ 含量高大多數(shù)是由于油紙絕緣內(nèi)含有氣體 和水分，故在現(xiàn)場處理設(shè)備受潮時僅靠采用真空濾油法不能長久地降低設(shè)備中的含水量，原因在于真空濾油對于設(shè)備整體的水分影響不大。 2)CZH:超標(biāo) C:HZ 的產(chǎn)生與放電性故障有關(guān)。當(dāng) C:H:含量占主要成分且超標(biāo)時，則很可能是 設(shè)備繞組短路或分接開關(guān)切換產(chǎn)生弧光放電所致。另外，如果其它組分沒超標(biāo)，而 CZHZ 超標(biāo)且增長速率較快，則可能是設(shè)備內(nèi)部存在高能量放電故障。 特征氣體色譜的分析和判斷 通常可以用下面兩種方法判斷設(shè)備有無故障 : l)與油中溶解氣體的正常值作比較判定有無故障 華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 39 若氫和烴類氣體不超過表 2 所列的 含量，則認為電力變壓器運行正常。 表 2 變壓器油中溶解氣體的正常值 2)根據(jù)總烴產(chǎn)氣速率判定有無故障 當(dāng)總烴含量超過正常值時，應(yīng)考慮采用產(chǎn)氣速率判斷有無故障。絕對產(chǎn)氣速 V: 相對產(chǎn)氣速率 Vr: 故障是否涉及固體絕緣的判斷 當(dāng)電力變壓器內(nèi)部故障涉及固體絕緣時，無論故障性質(zhì)如何都認為是相當(dāng)嚴重的，而且如能確定故障時是否涉及固體絕緣，也就初步確定了故障部位，對變壓器檢修工作很有幫助。通常當(dāng)故障點涉及固體絕緣時，在故障點釋放能量的作用下，油紙絕緣將發(fā)生解，釋放出 Co 和 Co:，它們的產(chǎn)生不是孤立的 ，必然因絕緣油的分解產(chǎn)生各種低分子烴和氫氣。 [9]通過對變壓器連續(xù)色譜監(jiān)測的結(jié)果進行動態(tài)相關(guān)性分析，根據(jù)故障的各特征氣體與 CO 和 CO:含量間是否是伴隨增長來判斷故障是否涉及固體絕緣，這樣可以克服傳統(tǒng)的方法即油中CO、 CO:總量判斷法和 CO/CO:比值法所存在的溶解氣體累積效應(yīng)的影響，同時消除測量的隨機誤差干擾。采用 Pearson 積矩相關(guān) 11’ l 可以分析變量間的關(guān)聯(lián)程度，衡量故障特征氣體與 CO 和 CO:含量間增長的相關(guān)性，由于 CO 為纖維素劣化的中間產(chǎn)物，更能反映故障的發(fā)展過程，故通過對故障的主要特征氣體與 CO 的 連續(xù)在線監(jiān)測值進行相關(guān)性分析可判斷故障是否涉及固體絕緣。當(dāng)用 DGA 法確定設(shè)備內(nèi)部存在放電性故障時，可以 CO 與 H:、 C:H:的相關(guān)程度作為判斷電性故障是否與固體絕緣有關(guān)的標(biāo)準 。在過熱性故障的情況下，可以CO 與 CH4 的相關(guān)程度作為判斷過熱性故障是否與固體絕緣有關(guān)的標(biāo)準。反過華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 40 來，由固體絕緣損壞能推斷為變壓器內(nèi)部己有高能量放電或電弧放電故障存在，而這二種放電現(xiàn)象可能是導(dǎo)致繞組短路故障的主要原因之一。因此，借助油色譜分析對色譜監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，可以預(yù)警變壓器內(nèi)部故障是否涉及固體絕緣。 在線檢測技術(shù) [8]目前， 對于電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗都是定期進行的，沒有考慮設(shè)備的實際工作狀況，這樣，可能出現(xiàn)在設(shè)備工作狀況良好的情況下不必要的停機，又有可能出現(xiàn)在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況時得不到及時的維修。另一方面，現(xiàn)行的預(yù)防性試驗其施加的電壓一般遠遠低于設(shè)備的實際運行電壓，因此難以暴露一些實際存在的絕緣缺陷，不能反映設(shè)備在真實運行電壓下的絕緣性能。 隨著傳感器、光纖、計算機技術(shù)的發(fā)展，利用運行電壓本身來對設(shè)備絕緣進行不停電的在線監(jiān)測已成為可能，電力部門在越來越多地引入電氣設(shè)備的在線監(jiān)測裝置。在線監(jiān)測測得的變壓器絕緣參數(shù)更能反映設(shè)備的真實 工況，而且具有快速、及時的特點，可以在故障開始時檢測到故障，防止故障進一步擴大。目前比較常用的在線監(jiān)測項目主要有以下幾種 : 局部放電在線監(jiān)測 隨著電壓等級的提高和各種有機絕緣材料的廣泛應(yīng)用，電力設(shè)備的局部放電問題越來越突出，局部放電既是設(shè)備絕緣劣化，早期故障的征兆，又是造成絕緣劣化的重要原因，因此對局部放電進行有效地離線或在線監(jiān)測對于電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。局部放電在線監(jiān)測所面臨的關(guān)鍵問題是如何有效地識別和抑制干擾，獲得可靠的局放信號。 變壓器內(nèi)部存在缺陷時會產(chǎn)生局部放電，局部放電試驗 已被列為大型變壓器的出廠試驗項目，在線監(jiān)測變壓器內(nèi)部局部放電信號能及時反映其絕緣狀況和發(fā)展趨勢，是預(yù)防變壓器絕緣突發(fā)性事故的最有效手段之一。在已開發(fā)的變壓器局放在線測量裝置中，大多采用寬帶檢測系統(tǒng)獲取局放信息，人們在硬件上采取了許多抑制干擾的措施，但在實際應(yīng)用中效果不佳，現(xiàn)場環(huán)境中局放信號的提取較為困難，由于局部放電是窄脈沖信號，頻譜范圍很寬，而外部的電暈放電、電弧放電等干擾脈沖信號，其特征與變壓器內(nèi)部局部放電信號相似，且這些脈沖型千擾和連續(xù)的周期型干擾以及白噪可能比內(nèi)部放電信號強得多，干擾有時比局放脈沖信 號強 2~3 個數(shù)量級，在線情況下提取局放信號較為困難。華北電力大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計 41 因此，如何有效地識別和抑制干擾，獲得可靠的局放信號就成為局放在線監(jiān)測中的重要研究課題。 近年來，隨著計算機技術(shù)及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，人們廣泛采取軟件抗干擾技術(shù)進行處理，比如相關(guān)分析法、干擾自適應(yīng)抑制法、傅立葉變換等時域頻域的分析方法，近年來發(fā)展起來的小波分析因其具有的多分辨率特性，更適合于處理具有瞬態(tài)突變特性的信號，在故障診斷技術(shù)中有很大的應(yīng)用前景。 故障定位對于大型電力變壓器是重要的。局部放電的超聲定位法的原理是在變壓器油箱外壁上裝多個超聲 傳感器，以其中某一路聲信號作為基準信號，觸發(fā)其余信號，測量同一局部放電信號傳播到各傳感器的相對時差，以等值聲速乘以時延而得到放電點到各傳感器的空間距離，將該組相對時差代入滿足該組傳感器幾何關(guān)系的一組方程求解，即可求得局部放電源的幾何位置。但當(dāng)放電發(fā)生在圍屏內(nèi)部時，超聲信號無法傳播到外部，則超聲法難于定位。電一聲聯(lián)合定位法以局部放電的電脈沖作為觸發(fā)基準信號，同時記錄電脈沖信號和多路超聲信號，以電信號與各超聲波信號的時差作為局部放電點到達各傳感器的傳播時間，根據(jù)方程組算得放電位置。電氣定位法的原理是假定變壓器的 等值電路在某特定頻率范圍內(nèi)是純?nèi)菪噪娐?，則對于某一變壓器，此容性電路是已知的，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，其首末端電壓的比值與放電點位置滿足特定的函數(shù)關(guān)系，測量變壓器繞組首末端電壓，可據(jù)此求得放電點位置。 但是目前局部放電在線監(jiān)測理論上研究的比較多，但真正要應(yīng)用到工程實踐中還需募綜合考慮復(fù)雜多變的現(xiàn)場環(huán)境，某電業(yè)局投入運行的一套變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)在實際運行中效果并不好。因此，局部放電在線監(jiān)測仍然具有一定的局限性，需要研究出更加切實可行的