變壓器過熱故障的油色譜診斷方法可靠性評估研究

國網石家莊供電公司 田 姍

中國石油華北油田公司第五采油廠 李新良

華北石油管理局水電廠 張曉強

國網河北省電力公司物資分公司 郭路遙

變壓器過熱故障的油色譜診斷方法可靠性評估研究

國網石家莊供電公司 田 姍

中國石油華北油田公司第五采油廠 李新良

華北石油管理局水電廠 張曉強

國網河北省電力公司物資分公司 郭路遙

針對目前用于變壓器過熱故障的各種油色譜診斷方法特點，給出了診斷方法的評估指標和注意值，結合診斷方法的正確率和靈敏度兩個指標進行比較分析，對診斷方法的可靠性進行了評估，確定了診斷方法的適用性。

油色譜；可靠性；評估

1. 引言

在變壓器狀態監測中，目前國內普遍采用超注意值診斷報警的方式[1]，而對超出注意值卻未導致變壓器故障停運的運行狀態，并未細分狀態的等級。由于實際中變壓器故障多為緩慢發展的潛伏性故障，憑單一閾值的方式進行區分，顯然不夠合理。國際上IEEE曾將正常運行狀態劃分為4個等級[2-3]，但采用的僅是等距劃分的方式。對于故障診斷，目前常用的油色譜診斷方法包括特征氣體法、簡化杜威法、IEC三比值法、改良電協研法等[4-5]，由于具有使用簡單、診斷過程清晰易懂等優點，以上各方法得到了廣泛應用，但是這些方法也存在著一些缺陷和不足。為此，評估各診斷方法針對不同的變壓器油種類的適用性，研制一套更加細化的變壓器油色譜診斷方法和標準顯得尤為重要。

2. 診斷方法的評估指標

對于某類故障的診斷，診斷的結果通常可以分為三類，一是正確診斷為該類故障，即確診；二是實際中不是該類故障而錯誤診斷為該類故障，即誤診；三是實際中是該類故障但診斷為其它故障類型，為漏診。這三者之間并不是孤立的，之間的關系可通過正確率和靈敏度聯系起來。如1所示，圖中A、B、C區域分別表示確診、誤診和漏診，則紅色圓圈區域A+B表示診斷為該故障的案例總體，黑色圓圈區域A+C表示所處理的案例數據庫中該類型故障總體。一般地，正確率的定義為：正確診斷的案例個數與診斷為該故障的總體案例個數之比，則第i類故障診斷正確率可表示為：

其中，N(Ai)為第i類故障正確診斷的個數，N(Bi)為第i類故障誤診的個數。與此類似，靈敏度的定義為：正確診斷的案例個數與所處理的案例數據庫中該類型故障的總個數之比，則第i類故障診斷靈敏度可表示為：

其中，N(Ci)為第i類故障漏診的個數。

診斷方法的綜合可靠性為：n類故障正確診斷的案例個數之和與總體案例個數之和的比值，可表示為：

此時，故障的綜合正確率和靈敏度是一致的。

在以往針對色譜診斷方法的比較中，主要是基于正確率的統計，通過比較正確率的大小來評估方法的優劣，但這僅是考慮了誤診因素，而忽略了漏診對診斷方法的影響。為了更好地應用于工程實際且為后續的綜合診斷方法服務，本項目在油色譜診斷方法的可靠性評估中，除了綜合可靠性比較外，還對每類典型故障的結果分別進行比較，且以正確率和靈敏度兩個概率的形式給出，以實現對各診斷方法可靠性的全面準確評估。

圖1 正確率與靈敏度關系圖

3. 診斷方法注意值的選取

采用比值法等方法對變壓器進行故障診斷時，必須首先判斷變壓器是否存在故障，否則，若利用診斷方法處理正常數據往往會導致誤判。目前判斷是否存在故障的方法，主要根據氣體的注意值以及氣體的增長速率。由于本項目所處理的案例均是單一時間的數據序，并無歷史數據，無法計算氣體的增長速率，此處以氣體注意值進行判斷。

氣體注意值并不是故障的準確閾值，僅表示超過該值后故障的概率較大。對于氣體注意值的大小，各國制訂的標準不一，目前尚無統一的國際標準。由于中國的注意值較IEC的標準分散性小，且也在IEC的標準范圍之內，為此，氣體注意值以表1為準。

表1 GB/T 7252-2001溶解氣體含量的注意值（μl/l）

4. 診斷方法的可靠性評估

從圖2中可以看出，國內外變壓器故障類型的比例分布有較大差異，國內變壓器故障以熱性故障的高溫過熱比例最大，其次是電性故障的電弧放電，而國外以電性故障的電弧放電比例最大，其次是熱性故障。

分別采用杜威三角圖法、氣體解釋表法、羅杰斯法、IEC三比值法、電協研法5種國外典型故障診斷方法和國內常用的改良三比值法、HAE法共7種故障診斷方法對故障案例進行診斷。針對每種故障類型，各診斷方法的正確率和靈敏度比較如圖3-圖5所示，綜合可靠性比較如圖6所示。

圖2 故障案例的分布比例

圖3 各方法正確率和靈敏度對比--低溫過熱故障

圖4 各方法正確率和靈敏度對比--中溫過熱故障

圖5 各方法正確率和靈敏度對比--高溫過熱故障

圖6 各方法正確率和靈敏度總體對比

5. 小結

綜合考慮方法的正確率和靈敏度，從上述圖表的數據可以看出，所采用的7種診斷方法中，對應于每種故障類型，其有效性有所差別。對低溫過熱診斷可靠性較好的是IEC法和改良三比值法，盡管電協研法正確率可達75%，但靈敏度僅為15%；對中溫過熱診斷可靠性較好的是羅杰斯法、IEC法、電協研法和改良三比值法，其正確率和靈敏度均在55%左右；對高溫過熱診斷，除HAE法無法區分過熱故障以及氣體解釋表法的靈敏度較低之外，其余方法的正確率和靈敏度均較高，可靠性好。

[1]敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]IEEE guide for the interpretation of gases generated in oilimmersed transformers[S].IEEE Std C57.104-2008, 2009.

[3]Michel Duval.Calculation of DGA Limit Values and Sampling Intervals in Transformers in Service[J].IEEE Electrical Insulation Magazine,2008,24(5): 7-13.

[4]International Standard Norme Internationale[S].IEC CEI 60599,2007.

[5]郝建,廖瑞金.變壓器油紙絕緣熱老化酸類及銅類產物生成規律分析[J].高電壓技術,2010,36(9):2160-2166.

[6]廖瑞金,顧佳.銅對不同組合變壓器油紙絕緣系統熱老化特性的影響[J].高電壓技術,2011,37(4):817-822.

[7]孫才新,郭俊峰,廖瑞金.變壓器油中溶解氣體分析中的模糊模式多層聚類故障診斷方法的研究[J].電機工程學報,2001,21(2):38-48.

[8]高駿,何俊佳.量子遺傳神經網絡在變壓器油中溶解氣體分析中的應用[J].中國電機工程學報,2010,30(30):121-127.