華意電力是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)油色譜分析儀的廠(chǎng)家，本公司生產(chǎn)的油色譜分析儀設備在行業(yè)內都廣受好評，以打造最具權威的“油色譜分析儀“高壓設備供應商而努力。

1　引　言

  電力變壓器是電力系統的樞紐設備,在變電站中,主變壓器能否安全可靠運行,直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運行。要使主變壓器安全運行,提高供電可靠率,除了應選用技術(shù)過(guò)硬、產(chǎn)品質(zhì)量好的變壓器以外,關(guān)鍵是要不斷提高主變壓器的運行、維護、檢修水平。而故障診斷技術(shù)則為此提供了一種有效的手段。

2　變壓器常見(jiàn)故障分析

  1)導電回路過(guò)熱故障　

  主要有引線(xiàn)接觸不良(包括將軍帽接線(xiàn)裝置過(guò)熱)、線(xiàn)圈導線(xiàn)接頭焊接質(zhì)量差以及虛焊、過(guò)負荷運行等都會(huì )引起導電回路局部過(guò)熱。

  2)絕緣水平下降　

  主要有變壓器進(jìn)水受潮(包括將軍帽密封不良進(jìn)水)、變壓器油油質(zhì)不良(如介損偏大、有微生物、含水量高等),變壓器內部局部過(guò)熱也會(huì )造成絕緣損壞以及絕緣材料的熱解。變壓器所用的電氣材料包括絕緣材料、導體(金屬)材料兩大類(lèi)。變壓器的絕緣材料主要是絕緣油和紙,故障下產(chǎn)生的氣體也主要來(lái)源于油和紙的熱裂解。絕緣油是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等碳氫化合物組成的混合物。絕緣紙的成分是纖維素,主要是由糖或多糖類(lèi)構成的高分子碳水化合物。絕緣油熱分解時(shí),因分子鏈的斷裂反應產(chǎn)生低分子烴類(lèi)氣體。絕緣油大約在300℃左右就開(kāi)始熱分解,但如果延長(cháng)加熱時(shí)間或存在某些催化劑時(shí),則在150～ 200℃也會(huì )產(chǎn)生熱分解。絕緣紙熱分解時(shí),因分子鏈反應將產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳及少量低分子烴類(lèi)氣體。絕緣紙的熱解溫度也是300 ℃左右,但如果長(cháng)時(shí)間加熱,在120～150℃也會(huì )裂解而產(chǎn)生碳酸氣。其他絕緣物的熱分解物大體和絕緣油相似,但各有特點(diǎn)。金屬材料在絕緣物的熱分解過(guò)程中會(huì )起到催化作用,當有水分存在時(shí),還會(huì )產(chǎn)生氫氣。

  3)產(chǎn)氣故障　

  常見(jiàn)的產(chǎn)氣故障有過(guò)熱和放電兩種類(lèi)型。放電故障可分為局部放電和其他形式的放電故障兩種類(lèi)型。過(guò)熱故障的主要原因有:①導體故障;②磁路故障;③接點(diǎn)或連接不良。熱點(diǎn)溫度的高低、產(chǎn)氣組分的相對濃度特征有所不同,熱點(diǎn)與局部放電,電弧放電時(shí)的產(chǎn)氣組分濃度特征也不相同,祥見(jiàn)表1。

  4)調壓開(kāi)關(guān)故障　

  調壓開(kāi)關(guān)主觸頭沒(méi)有到位,調壓開(kāi)關(guān)抽頭引線(xiàn)松動(dòng),調壓開(kāi)關(guān)觸頭燒毛,調壓開(kāi)關(guān)觸頭接觸壓力不夠,還有有載調壓開(kāi)關(guān)中的切換開(kāi)關(guān)接觸不良,切換開(kāi)關(guān)觸頭燒毛,過(guò)渡電阻斷線(xiàn)、調壓時(shí)滑檔等,另外還有滲油,即切換開(kāi)關(guān)中油滲到本體中引起本體油色譜異常等。

  5)變壓器繞組變形　

  由于運輸過(guò)程中不注意或沒(méi)有采取安全措施使繞組發(fā)生移位。由于抗短路能力差,當發(fā)生出口短路時(shí)變壓器繞組發(fā)生變形或散架,嚴重時(shí)造成變壓器燒毀。

  6)變壓器滲油缺陷(包括冷卻器滲油)。

  7)電容套管故障　

  主要是進(jìn)水受潮、油介損不好或整體介損不好,制造質(zhì)量比較差內部存在著(zhù)嚴重的局部放電(運行中油色譜異常),運行中末屏接地不良等造成套管絕緣不良或絕緣損壞事故發(fā)生等。

以上變壓器的常見(jiàn)故障有多種測試和監測手段,這些手段有的能夠測試出部分故障,有的可以綜合判斷運行狀態(tài)及故障點(diǎn)、故障原因。

3　變壓器運行狀態(tài)的主要測試與監測手段

  1)直流電阻的測量　

  直流電阻雖然是一個(gè)測試方法比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗,但它能比較直觀(guān)地確認繞組、引線(xiàn)、調壓開(kāi)關(guān)等導電回路是否正常。它能發(fā)現繞組導線(xiàn)的焊接質(zhì)量,引線(xiàn)接頭是否擰緊接觸是否良好,調壓開(kāi)關(guān)觸頭接觸是否良好等。

  2)油色譜分析

  通過(guò)油色譜分析可以判斷變壓器內部是否存在著(zhù)過(guò)熱性故障(導電回路、鐵芯多點(diǎn)接地引起過(guò)熱等)嚴重的局部放電、電弧放電故障等,它是一個(gè)綜合性判斷變壓器運行狀態(tài)的重要手段之一。

  3)絕緣性能測試　通過(guò)絕緣電阻、吸收比、極化指數、介損、電容量(包括電容套管)、泄露測試等實(shí)驗可掌握變壓器的繞組絕緣水平和鐵芯對地絕緣。通過(guò)油介損、微水、油簡(jiǎn)化測試可反映絕緣介質(zhì)的好壞。

  4)遠紅外測溫　通過(guò)紅外線(xiàn)測溫可以隨時(shí)掌握各出線(xiàn)引線(xiàn)接觸是否良好。

  5)有載調壓開(kāi)關(guān)特性測試　

  通過(guò)有載調壓開(kāi)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壓開(kāi)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。據統計[4],我國電網(wǎng)中有50%以上的故障變壓器是通過(guò)該試驗結果檢出的。由于這一檢測技術(shù)能夠在無(wú)須停電的情況下進(jìn)行,不受外界電場(chǎng)和磁場(chǎng)因素的影響,因此可以在線(xiàn)對變壓器內部絕緣狀況進(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行中隨時(shí)取樣分析,也可以采用在線(xiàn)監測的油色譜裝置(也是有源的)全面分析。這種方法從運行的角度看應該是一種比較理想的主要監測分析方法。

4　基于油色譜分析方法的變壓器故障診斷技術(shù)

  用油色譜分析法分析油中溶解物來(lái)診斷變壓器內部故障,有以下幾種方法。

  1)油色譜分析的現狀　

  變壓器運行時(shí)出現內部故障原因往往不是單一的,一般存在熱點(diǎn)的同時(shí)還有局部放電,而且故障是在不斷發(fā)展和轉化的。在判斷設備有無(wú)故障及其嚴重程度時(shí),要根據設備運行的歷史記錄和設備特點(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)驗表明,當懷疑設備固體材料老化時(shí),一般CO2/CO大于7;當懷疑故障涉及到固體絕緣材料時(shí),CO2/CO可能小于3;當懷疑紙或紙板過(guò)度老化時(shí),應適當測試油中糠醛含量,或測試紙樣聚合度。在線(xiàn)檢測可隨時(shí)檢測油中溶解氣體含量,對保證主網(wǎng)安全運行有重大意義。但在線(xiàn)監測儀出現報警時(shí),必須由實(shí)驗室色譜儀分析其組份和質(zhì)量分數,再做進(jìn)一步判斷。有載調壓操作產(chǎn)生氣體與低能量放電相符,當主油箱C2H2/H2大于2～ 3時(shí),可能是有載調壓污染主油箱,可利用比較主油箱、有載調壓油箱和儲油罐油中溶解氣體分析來(lái)確定,或通過(guò)油柱靜壓試驗法和氣體試漏法來(lái)檢漏。對變壓器故障部位的準確判斷,有賴(lài)于對其內部結構和運行狀態(tài)的全面掌握,并結合歷年色譜數據和其他試驗(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)應借鑒新方法并結合使用。Borsi分析了變壓器油中產(chǎn)生的氣體和故障間的關(guān)系。

  2)基于專(zhuān)家系統的故障診斷方法　

  人工智能的出現為變壓器故障診斷提供了良好的新途徑。判斷故障類(lèi)型、故障點(diǎn)、故障狀況需要大量的經(jīng)驗,而專(zhuān)家系統正好適合解決這類(lèi)問(wèn)題。該領(lǐng)域最早使用的專(zhuān)家系統是Riese的TOGA系統。國內也有根據油色譜分析和電氣試驗作為主要檢測數據來(lái)源的一套電力變壓器故障診斷專(zhuān)家系統。這方面還有很多采用正反向混合推理的研究及應用系統實(shí)例。但是,專(zhuān)家系統所采用的判斷規則和專(zhuān)家庫中經(jīng)驗的準確度卻成為專(zhuān)家系統的“瓶頸”。即專(zhuān)家庫需要不斷地修正和擴充。徐文等將模糊數學(xué)理論和專(zhuān)家系統相結合,形成模糊推理知識庫,應用于變壓器故障診斷。

3)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的故障診斷方法　

  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統具有自組織、自學(xué)習的能力,它不包含具體的診斷規則,而是將診斷規則隱含于權值矩陣中,通過(guò)對故障樣本的自學(xué)習來(lái)自動(dòng)修正和擴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等認為具有單隱層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )分類(lèi)效果最優(yōu),它具有最小運算量,同時(shí)完全滿(mǎn)足故障現象和故障原因之間的非線(xiàn)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(wèn)題,已提出了幾種結合其他方法的學(xué)習算法。其中有結合遺傳算法的多層前饋網(wǎng)絡(luò )[10],其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )訓練的初始權值是全解空間中的最優(yōu)解。而另一種在學(xué)習算法中加入隨機擾動(dòng)的方法也取得了較好的效果。

4)其他的故障診斷方法　

  基于油色譜分析進(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[21]運用到變壓器的油色譜分析上,利用灰色關(guān)聯(lián)度分析來(lái)診斷,其實(shí)質(zhì)是比較時(shí)間函數的幾何形狀的接近程度。它是根據一組典型的由變壓器各種運行狀態(tài)的油色譜分析求得標準狀態(tài)模式(故障特征向量矩陣),然后對待檢的運行狀態(tài)與標準狀態(tài)模式進(jìn)行數學(xué)分析—灰關(guān)聯(lián)度分析。宋斌等提出了將模糊聚類(lèi)分析應用于變壓器故障診斷。

5　結　語(yǔ)

  目前變壓器的故障診斷正逐步進(jìn)入預報維修的新階段,但真正做到這一步還有很多難點(diǎn)和重點(diǎn)需要解決。首先是三比值法中的乙炔含量,傳統的注意值是否完全滿(mǎn)足要求?還是一經(jīng)產(chǎn)生乙炔就應考慮到氫氣的增長(cháng)來(lái)判斷故障是否產(chǎn)生。而且傳統的三比值法僅僅是通過(guò)和注意值比較來(lái)判斷,經(jīng)驗的比重較大,因此可以考慮采用主元分析法建模。其次,采用優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )做數據分析有兩個(gè)難點(diǎn):一是學(xué)習算法的優(yōu)化;二是輸入特征參量的選擇。對于輸入特征參量的選擇,采用氣體含量比值的方法應是一種較好的方法。比值應有:C2H2/C2H4,CH4/H2,C2H4/C2H6,CO/CO2,C2H2/H2增量,C2H2/(CO2+ CO)。最后,故障類(lèi)型確定后,應進(jìn)一步估計故障源溫度、功率與面積大小以及故障發(fā)展趨勢、故障點(diǎn)定位等,這些都是需要進(jìn)一步研究的課題。

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