變壓器油中溶解氣體的智能診斷

成琴，王啟志

（華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院，福建 泉州 362021）

變壓器油中溶解氣體的智能診斷

成琴，王啟志

（華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院，福建 泉州 362021）

提出一種正-負(fù)-零的面積關(guān)聯(lián)度，通過(guò)其計(jì)算數(shù)值，確定待診斷變壓器油中溶解氣體序列和標(biāo)準(zhǔn)故障模式序列間的相似性與相近性.實(shí)例分析表明，正-負(fù)-零面積關(guān)聯(lián)度診斷的結(jié)果與實(shí)際情況完全吻合，與傳統(tǒng)的灰色面積關(guān)聯(lián)度相比，能更全面、更準(zhǔn)確地診斷變壓器的內(nèi)部故障類型.

變壓器油；故障診斷；溶解氣體；面積關(guān)聯(lián)度

隨著電力變壓器制造容量和電壓等級(jí)不斷提高，其安全運(yùn)行狀態(tài)越來(lái)越受關(guān)注.研究者提出了不少檢測(cè)變壓器潛伏故障的方法，如局部放電試驗(yàn)［1］、油中溶解氣體分析［2］和絕緣油電氣試驗(yàn)等.油中溶解氣體分析不受各種電磁干擾的影響，所得數(shù)據(jù)可靠性高、技術(shù)成熟.故障征兆和故障類型之間常常存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，決定了傳統(tǒng)的比值法難以完全滿足工程應(yīng)用的要求，而常用的灰色關(guān)聯(lián)度雖然在一定程度上彌補(bǔ)了比值法，但也因?yàn)樗哪承┕逃腥毕菹拗屏怂膽?yīng)用.本文提出一種可以作為正-負(fù)-零的面積關(guān)聯(lián)度的數(shù)值，以分析序列之間的相似性與相近性.

1 正-負(fù)-零面積關(guān)聯(lián)度

設(shè)參考序列X0=（x0（1），x0（2），…，x0（n）），對(duì)比序列Xi=（xi（1），xi（2），…，xi（n）），i=1，2，…，m.把這2個(gè)序列分別看成是2條曲線.正-負(fù)-零面積關(guān)聯(lián)度，是根據(jù)曲線Xi與X0之間的面積來(lái)計(jì)算對(duì)比序列Xi與參考序列X0之間的關(guān)聯(lián)度的.顯然，面積越小曲線就越接近，關(guān)聯(lián)度就越大；反之，面積越大，曲線間就越偏離，關(guān)聯(lián)度就越小.因此，正-負(fù)-零關(guān)聯(lián)度可以直觀得出曲線之間到底有多少發(fā)展相同或相異的部分.

計(jì)算曲線間面積時(shí)，有曲線相交和曲線不相交兩種情況，如圖1所示.序列Xi與X0之間只有4種可能分布的情況.圖1中：η氣體體積分?jǐn)?shù)，第1段（n=1～2）為曲線的起始點(diǎn)，第2段（n=2～3）和第3段（n=3～4）為兩曲線的其余情況.為便于計(jì)算，定義Xi與X0作為坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)數(shù)，而橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)是以0開(kāi)始、間距為1的一系列整數(shù)數(shù)據(jù).

圖1 序列曲線分布可能性圖Fig.1 Possible distribution figure of a couple of sequence curves

（1）第1種情況可以看成是求一個(gè)梯形面積，即中間區(qū)域或者最后區(qū)域.此時(shí)，［xi（k）-x0（k）］·［xi（k+1）-x0（k+1）］≥0，則有

當(dāng)［x0（k+1）-x0（k）］·［xi（k+1）-xi（k+1）］＞0時(shí)，即兩線趨勢(shì)相同時(shí)，取Si，k=si，k；否則，取Si，k= -si，k.

（2）第2種情況較為特殊，可將其看成是2個(gè)三角形面積的迭加.此時(shí)，［xi（k）-x0（k）］·［xi（k+1）-x0（k+1）］＜0.要計(jì)算出2個(gè)三角形的面積，就必須算出它們之間的交點(diǎn).設(shè)這2條曲線分別為y0與yi，則有

令y0-yi，可求出2曲線交點(diǎn)的x值為

同樣，當(dāng)［x0（k+1）-x0（k）］·［xi（k+1）-xi（k）］＞0時(shí)，Si，k=si，k；否則，取Si，k=-si，k.此時(shí)，對(duì)比序列Xi與X0參考序列之間的關(guān)聯(lián)度即為各面積之和，有

在γ（x0，xi）序列中，數(shù)值可能有正、負(fù)、零3種情況同時(shí)存在.其中，正值和負(fù)值分別代表兩曲線之間的變化趨勢(shì)相同和相異的程度，零值代表兩曲線完全相同.綜上所述，所求值應(yīng)是與零值最接近的.

2 實(shí)例分析

電力變壓器的常見(jiàn)故障，有低能、高能放電故障，中低溫、高溫過(guò)熱故障，匝間、層間故障等，加上正常運(yùn)行狀態(tài)，共同構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)譜［3］.從各變電站搜集來(lái)的變壓器油色譜數(shù)據(jù)（體積分?jǐn)?shù)φ），如表1所示.表1中：變壓器1#～4#分別為吉林白山發(fā)電廠3號(hào)主變（360MW/242kV）［4］、四川綿陽(yáng)大康站1號(hào)主變（220kV）［5］、甘肅平?jīng)鲎冸娬?號(hào)主變（110kV）［6］和四川宜賓敘南110kV號(hào)主變［6］.利用LabVIEW程序的軟件平臺(tái)，可大大地縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期［7］.智能診斷的前面板，如圖2所示.

表1 變壓器油色譜數(shù)據(jù)Tab.1 Data of transformer oil chromatography ％

圖2 智能診斷的前面板Fig.2 Front board of intelligent diagnosis

按式x′i=x（i）-［xi（1）-x0（1）］對(duì)x0的數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后對(duì)Xi進(jìn)行平移.若［x′i（k）-x0（k）］·［x′i（k+1）-x0（k+1）］≥0時(shí)，按式（1）計(jì)算si，k；否則，按式（2）計(jì)算si，k.最后，計(jì)算ρ和ri的值.該序列中最大的數(shù)值所對(duì)應(yīng)的i就是所求的故障序列號(hào).

若［x′i（k）-x0（k）］·［x′i（k+1）-x0（k+1）］≥0，可以按式（1）計(jì)算si，k.當(dāng)［x0（k+1）-x0（k）］·［xi（k+1）-xi（k）］＞0時(shí)，令Si，k=si，k；否則，令Si，k=-si，k.

如果［x′i（k）-x0（k）］·［x′i（k+1）-x0（k+1）］＜0，則按式（2）計(jì)算si，k.當(dāng)［x0（k+1）-x0（k）］·［xi（k+1）-xi（k）］＞0，即兩線趨勢(shì)相同時(shí)，令Si，k=si，k；否則，令Si，k=-si，k.最后，可以根據(jù)式（3）計(jì)算γ（x0，xi）.該序列中最小的數(shù)值所對(duì)應(yīng)的i就是所求的故障序列號(hào).

各行數(shù)據(jù)用故障診斷模塊操作后，所得到的相應(yīng)故障類型如表2所示.

表2 對(duì)應(yīng)故障類型Tab.2 Corresponding types of faults

3 結(jié)束語(yǔ)

所建立的模型具有動(dòng)態(tài)性，可對(duì)變壓器油中溶解氣體在線實(shí)時(shí)監(jiān)控.由于變壓器油中各種溶解氣體之間的關(guān)系是一個(gè)灰色系統(tǒng)，而所用到的是一個(gè)比較明確的系統(tǒng)模式，故其關(guān)系模式有待進(jìn)一步研究.

［1］李文征，王軍.變壓器局部放電試驗(yàn)中的故障分析及處理［J］.電力設(shè)備，2007，8（9）：63-65.

［2］HUCKER T，KRANZ H G.Requirements of automated PD diagnosis systems for fault identification in noisy conditions［J］.Digital Object Identifier，1995，2（4）：544-556.

［3］孫才新，陳偉根，李儉，等.電氣設(shè)備油中氣體在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［4］孫才新，李儉，鄭海平，等.基于灰色面積關(guān)聯(lián)度分析的電力變壓器絕緣故障診斷方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（7）：24-29.

［5］李儉，孫才新，陳偉根，等.基于灰色聚類分析的充油電力變壓器絕緣故障診斷的研究［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2002，17（4）：18-21.

［6］李亞軍.平?jīng)鲎冸娬?1.5 MW電力變壓器絕緣油在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2001.

［7］鄧小川，趙俊霞，劉橋.面向儀器的圖形化編程環(huán)境LabVIEW［J］.貴州科學(xué)，2002，20（4）：68-71.

Intelligent Diagnosis of Dissolved G ases in Transformer Oil

CHEN G Qin，WAN G Qi-zhi
（College of Mechanical Engineering and Automation，Huaqiao University，Quanzhou 362021，China）

An area relational grade is put forward，the value of which can be positive，negative or zero，to determine the similarity and the proximity between the content sequences of dissolved gases in the transformer oil to be diagnosed and the sequences of standard fault modes by calculating its value.The case study has indicated that the results of the diagnosis based on the area relational grade fit those in the actual situations completely，which can diagnose the inside fault types in the transformer more completely and accurately compared with the traditional gray area relational grade.

transformer oil；fault diagnosis；dissolved gases；area relational grade

TM 410.7+1

A

1000-5013（2010）03-0260-03

（責(zé)任編輯：陳志賢 英文審校：鄭亞青）

2009-01-09

王啟志（1971-），男，副研究員，主要從事?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究.E-mail：wangqz@hqu.edu.cn.

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（A0640004）