變壓器油中氣體在線監(jiān)測與診斷新技術(shù)的分析

摘 要：伴隨電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，對(duì)變壓器綜合性能提出更高的要求。然而從當(dāng)前變壓器實(shí)際運(yùn)行情況看，故障問題仍屢見不鮮，要求通過對(duì)油中溶解氣體的分析，設(shè)計(jì)相應(yīng)的模糊專家系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)氣體在線監(jiān)測以及故障診斷目的。本次研究將對(duì)變壓器油中氣體做簡單介紹，分析變壓器DGA傳統(tǒng)故障診斷方法，并提出變壓器DGA智能故障診斷方法。

關(guān)鍵詞：變壓器；油中氣體；在線監(jiān)測；故障診斷新技術(shù)

作為電力系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一，變壓器如何檢修維護(hù)是智能電網(wǎng)建設(shè)亟待解決的問題。盡管近年來變壓器檢修方式不斷完善，由最初的計(jì)劃檢修逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛怨收暇S護(hù)（TBM）與修正性維護(hù)檢修（CM），但這些方法應(yīng)用下均有一定的不足，如無法滿足實(shí)時(shí)檢測要求，或斷電時(shí)間過長等。在此背景下，便考慮引入在線監(jiān)測與診斷新技術(shù)。因此，本文對(duì)變壓器油中氣體在線監(jiān)測與診斷技術(shù)的分析，具有十分重要的意義。

1 變壓器油中氣體概述

油中溶解氣體含量是當(dāng)前判斷充油電器設(shè)備運(yùn)行是否安全的關(guān)鍵措施，所以利用變壓器油中氣體，對(duì)變壓器故障分析診斷也可發(fā)揮重要作用。具體剖析變壓器油的作用，本身為石油分餾產(chǎn)物，以環(huán)烷族飽和烴等化合物為主，其作用主要表現(xiàn)為：①絕緣作用，如為降低絕緣材料絕緣強(qiáng)度，通常于油中浸潤絕緣材料，以此使絕緣強(qiáng)度提高；②冷卻作用，因變壓器油有極大的比熱，可發(fā)揮冷卻劑使用效果，變壓器設(shè)備運(yùn)行中，油對(duì)流將使熱量散出；③滅弧作用，主要表現(xiàn)為變壓器切換開關(guān)觸頭中極易出現(xiàn)油電弧情況，利用變壓器油冷卻，可熄滅電弧。從變壓器油溶解氣體產(chǎn)生原因看，主要?dú)w結(jié)于絕緣材料老化、外來氣體進(jìn)入以及絕緣材料裂解等，實(shí)際做變壓器故障診斷中，在結(jié)合電氣試驗(yàn)結(jié)果、變壓器運(yùn)行狀況的同時(shí)，可結(jié)合變壓器油溶解氣體特征，對(duì)故障判斷結(jié)果準(zhǔn)確性的提高效果更加明顯[1]。

2 變壓器DGA傳統(tǒng)診斷方法分析

2.1 產(chǎn)氣率判斷法

傳統(tǒng)變壓器故障診斷中，常用的方法以產(chǎn)氣率判斷法為主，原因在于故障產(chǎn)生很大程度與產(chǎn)氣速率相關(guān)。實(shí)際做產(chǎn)氣速率計(jì)算中，采用的方法主要包括絕對(duì)產(chǎn)氣速率與相對(duì)產(chǎn)氣速率兩種。首先在絕對(duì)產(chǎn)氣速率方面，可被理解為變壓器每日產(chǎn)生的氣體平均量。假定對(duì)絕對(duì)產(chǎn)氣速率以Yn表示，設(shè)備總油量為t，第一次與第二次采集中油中某氣體濃度分別為Ci1與Ci2，兩次采集設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為△t，油密度以p表示，有Yn=（Ci2Ci2）/△t×m/p。另外，產(chǎn)氣速率計(jì)算也可做相對(duì)產(chǎn)氣速率計(jì)算，主要指持續(xù)運(yùn)行一個(gè)月后，對(duì)某種氣體含量檢測，將結(jié)果與上次結(jié)果比值計(jì)算，有Yn=（Ci2Ci2）/Ci1×1/△t×100%。

2.2 特征氣體法

變壓器故障類型判斷中，油中溶解特征氣體成分在判斷變壓器運(yùn)行方面效果極為明顯。國內(nèi)外許多研究中，均提及對(duì)變壓器油中特征氣體分析，可推斷具體的故障類型與能量。對(duì)于變壓器油中特征氣體，常見的氣體主要以CH4、C2H4、C2H2、H2與總烴。結(jié)合近年來大多研究資料顯示，在變壓器故障出現(xiàn)后，其他比例變化明顯，如故障點(diǎn)位置溫度過高時(shí)，將會(huì)降低CH4比例，此時(shí)C2H6與C2H2比例增加，若溫度接近電弧溫度，特征氣體成分則以C2H2為主。一般總?cè)草^高且其中有大量C2H2，故障通常為電弧放電，若總?cè)草^高，C2H2低于10uL/L含量，可能為火花放電情況。同樣，其他如嚴(yán)重過熱、一般過熱、過熱與電弧放電同時(shí)存在等問題均可通過特征氣體含量判斷。

2.3 其他方法

傳統(tǒng)故障診斷中，也有較多其他方法，如三比值法，將取變壓器特征氣體五種，對(duì)其中擴(kuò)散系數(shù)、溶解度相近兩種氣體組成一組，共包括三對(duì)比值，明確比值編碼范圍，實(shí)現(xiàn)故障的判斷。此外，也有其他如無編碼比值法、油中微水檢測法等應(yīng)用，在診斷故障方面均有一定效果。

3 變壓器DGA智能故障診斷方法

3.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

智能技術(shù)發(fā)展背景下，變壓器故障診斷中逐漸引入其他較多檢測方式，以DGA為基礎(chǔ)的檢測技術(shù)主要包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專家系統(tǒng)等。以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法為例，實(shí)現(xiàn)的原理在于對(duì)人類或動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征進(jìn)行模擬，構(gòu)建數(shù)字算法模型，用于復(fù)雜問題處理。將該方法引入到變壓器故障診斷中，主要被作為模式分類器，在識(shí)別電力變壓器狀態(tài)上效果明顯。

3.2 模糊專家系統(tǒng)

模糊專家系統(tǒng)的應(yīng)用是提高變壓器故障診斷結(jié)果準(zhǔn)確性的有效方法。從該系統(tǒng)構(gòu)成看，主要包括：①輸入輸出模塊，用于信息輸入、輸出，并利用顯示系統(tǒng)將判斷結(jié)果顯示出來；②模糊數(shù)據(jù)庫，功能在于將系統(tǒng)初始輸入信息以及其他項(xiàng)目信息存入系統(tǒng)中；③模糊知識(shí)庫，許多專家相關(guān)理論知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)均被存放在該知識(shí)庫中；④推理機(jī)，其本身為系統(tǒng)核心部件，利用模糊推理方式可做問題的判斷與解決。該系統(tǒng)應(yīng)用下優(yōu)勢主要表現(xiàn)在結(jié)合專家系統(tǒng)的優(yōu)勢，且選擇模糊理論做技術(shù)支持，對(duì)提高故障診斷效果極為明顯[2]。

4 結(jié)論

變壓器故障診斷是當(dāng)前電力系統(tǒng)建設(shè)中亟待解決的問題。實(shí)際做故障診斷中，可考慮借助油中氣體的在線監(jiān)測方法，或考慮采取智能故障檢測診斷方法，如模糊專家系統(tǒng)的運(yùn)用，在故障及時(shí)診斷與護(hù)理下，能夠保證電流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張煒，鄔蓉蓉，呂澤承，等.基于氦等離子體離子化的變壓器油中氣體檢測方法[J].絕緣材料，2017，50（04）：7276.

[2]陳偉根，趙立志，彭尚怡，等.激光拉曼光譜應(yīng)用于變壓器油中溶解氣體分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（15）：24852492.

作者簡介：李永超（1984），男，漢族，山東昌邑縣人，本科，工學(xué)學(xué)士，工程師，畢業(yè)學(xué)校：東北電力大學(xué)，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。