淺談油浸式電力變壓器狀態評估及故障診斷

趙鵬程 劉偉 孔凡剛

【摘要】電力變壓器是電力系統的重要電氣元件，其健康狀況直接關系到電力系統的安全穩定運行，及時發現變壓器內部早期故障（潛伏性故障）意義重大。利用油中溶解氣體組分含量色譜分析，同時結合局部放電測試、介質損耗測試、直流電阻測試、絕緣電阻測試等電氣試驗手段可對變壓器內部故障做出正確診斷。對于不同的變壓器內部故障，應采取不同的臨時運行維護措施和檢修方法。

【關鍵詞】油浸式變壓器；狀態評估；故障診斷

一、發展狀態監測和故障診斷技術的意義

變壓器的結構：信號溫度計、銘牌、吸濕器、儲油柜、油表、安全氣道、氣體繼電器、高壓套管、低壓套管、分接開關、油箱、鐵心、線圈、放油閥。變壓器最主要的用途是在輸電配電技術領域，電力系統中變壓器是容量最大的電氣設備。變壓器是利用電磁感應原理對交流電壓，交流電流等進行數值變換的一種常用電氣設備，它主要用于輸配電方面，稱為電力變壓器。除此之外，變壓器也被廣泛地用于電工測量，電焊，電子技術領域中。鐵心和繞組是變壓器最基本的組成部分，鐵心構成變壓器的磁路系統，一般均用0.35mm冷軋硅鋼片疊裝環繞組成變壓器的系統，繞組一般均用銅或鋁線制成，繞組套裝在鐵心上，鐵心與繞組之間必須有良好的絕緣。變壓器最新發展趨勢是采用鐵基，鈷基等晶臺材料代替硅鋼。

變壓器類電力設備已經被越來越多的應用到各個相關領域中，正是基于其使用的普遍性，維護好其運行性能是很有必要的。變壓器類電力設備的狀態監測及故障診斷已經越來越被人們重視，越來越多的部門和研發機構在嘗試開發出與之關聯的項目。只有做好電力設備的狀態監測與故障診斷，才能讓這些設備更好的發揮它的功效，安全可靠穩定的運行。

二、電力變壓器狀態評估

變壓器狀態的發展和故障的發生按照一定規律的，一般情況下，變壓器的整體性能是連續變化的，通過一些重要的參數分析，能夠確實變壓器所處的狀態，并預測未來的發展趨勢。通常在使用壽命內，變壓器運行狀態處于量變過程，雖然各參數會有變化但整體不影響功能的發揮，這是漸變過程；當量變到一定程度，引起實質性變化時，變壓器就將出現功能性障礙，這被稱為突變過程。

在漸變過程，從防范故障的角度出發，根據監測到的運行數據，對變壓器狀態進行評估，劃分出類似于良好、較好、合格、注意與嚴重等不同的狀態，以采取相應的措施，這對電力系統的安全平穩運行至關重要。突變過程就意味著變壓器發生故障了，此時的狀態評估也就是故障診斷。

變壓器狀態評估的關鍵是先根據預防試驗得到非破壞性量，然后通過一定的指標評價模型，劃分出變壓器的運行狀態。例如：模糊學習矢量量化網絡模型，該方法中DGA數據將被模糊分類器分成不同的子類，每個類分別與模糊學習矢量量化網絡進行培訓，該法認為狀態評估是多屬性決策問題，根據工程實踐，該評估指標包括：油水分含量、油固體含量、油老化程度、局部放電級，機械強度和絕緣表面污穢度等，其評估的準確性優于之前模糊診斷和BP神經網絡；還有通過模糊數學綜合評判、灰靶理論、物元理論、貝葉斯網絡等方法對變壓器運行健康狀態進行綜合分析，達到其狀態評估的目的。

盡管國內外對狀態評估技術開展了很多研究，像模糊數學和灰靶理論也探討了量化指標的研究，但當前還存在：定性指標不宜量化、需要人為制定的定量指標評判標準不好統一、缺乏大量評估實例的驗證、現場測試數據受干擾較大等諸多不利因素，所以，目前的評價方法較多集中在定性評價，今后還需要進一步研究可靠、準確、量化的狀態評估系統。

三、電力變壓器故障診斷

變壓器因其制造工藝的復雜性及運行環境的不穩定性造成了變壓器故障機理的復雜性，其表現為同一種故障模式有多種故障特征，同一種故障特征又是幾種故障模式共同作用的結果，故障模式與故障特征之間存在一種復雜而又非線性的對應關系。因此，確定故障模式與故障特征之間的關系在變壓器故障診斷中是非常重要的。信息融合技術就是將來自不同信息源的信息和數據進行綜合處理，充分利用變壓器的各種故障特征量，從多方面獲得變壓器同一對象的多維信息并加以融合利用，實現變壓器更準確、更可靠的在線監測及診斷。而對于其信息融合來說，而主要分為以下幾種融合方式。

（一）數據層融合

如果想使這種數據層的融合效果更好，那么就需要保證其中傳感器必須同數據層之間是相互匹配的，并能夠在匹配的基礎上使雙方能夠保證數據層面的關聯，并最終使其能夠保證相同目標的融合工作。而在數據融合方式方面，則存在加權平均法、算數平均法以及曲面擬合法。

（二） 特征層數據融合

特征層數據融合屬于中間層，即從信息源的原始信息中提取特征信息并進行綜合分析和處理，提取的特征信息應是原始信息的充分表示量或統計量，然后按照提取的特征信息對信息源數據進行分類、聚集和綜合分析。所采用的融合方法仍是模式識別的相應技術，只是在融合前通過傳感器信息的變換，把各傳感器的數據變成統一的數據表達形式，并在數據配準后對特征信息進行關聯處理。其優點是：實現了多傳感器信息壓縮，有利于實時處理，由于所提取的特征信息與決策分析相關，因此融合結果最大限度地給出了決策分析所需的特征信息。

（三）決策層數據融合

決策層中的數據則屬于系統的最高級別，其也正是這三級不同層數據的最終融合結果。對于每個傳感器而言，其對于所監測的目標都是進行最初的預處理、特征提取以及最終識別等等來完成對于所監測目標的判斷，而當完成這種初步判斷之后，才能夠通過一定的關聯處理來依據相應的方式來獲取最終的決斷，而這種最終的決斷則能夠為最終指揮控制的系列決策提供最終的依據。

四、在線監測與故障診斷技術研究存在的問題

狀態監測、故障診斷技術雖然有其不可替代的優勢，但在目前情況下，尚存在很多不足和問題需要解決。已經安裝投運狀態監測系統的單位，決不可高枕無憂，不再有安全憂患。由于變壓器有復雜的結構系統，運行參數間并非全部有嚴格的邏輯和定量關系，其故障現象、故障原理之間具有很大的不確定性，一個故障可表現出多種征兆，監測到的幾個故障起因，同時反應一個故障征兆，故障與征兆之間關系模糊復雜，完全用建立精確的數學模型來診斷是十分困難的。這種復雜的系統都是模糊的系統。而模糊系統的邊界、結構等概念的外延是模糊的，內涵是灰色的。也就是說，此系統中，一些信息是確知的，另一些是非確知的，因此，需要采用將精確性向模糊性逼近的模糊集的數學方法來處理這些模糊現象，并將人工神經網絡系統也注入，才能對變壓器故障診斷這一復雜系統，找出合適的描述方法。同時還要模擬技術專家在進行故障診斷時的經驗及將經驗、規劃模型化，以計算機替代專家，并以遠程通信方式進行傳輸。

五、結束語

總的來說，電力變壓器運行的穩定情況對于電力的輸送以及發展都具有重要的作用，需要我們能夠對其引起充分的重視。在上文中，我們電力變壓器狀態監測與故障診斷方法進行了一定的研究與分析，而在實際應用過程中，也應當良好的聯系實際，從而以更為有效的方式來保障診斷結果的及時、正確。

參考文獻：

[1]吳慶全，電廠變壓器常見故障診斷及在線監測技術 華東科技 學術版 2012（6）

[2]郭創新，高振興，張健，油浸式電力變壓器狀態評估模型及方法[J] 控制工程 2011