礦井隔爆型干式變壓器故障預警與診斷系統的應用研究

溫麗超

（大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司， 山西 大同 037003）

引言

煤礦移動變電站是井下供電樞紐，其隔爆型干式變壓器工作狀態的好壞影響著煤礦供電的連續性和安全性，是決定煤礦安全生產與否的關鍵因素。從當前的情況來看，供電變壓器常發生鐵芯故障、繞組故障、真空斷路器故障等[1-2]，但是對故障的監測卻缺乏有效的手段，只能是等變壓器故障發生后進行相應的檢測和維修，因沒有辦法得到變壓器當時的運行狀態，維修效率不高。而一種對地面移動變電站的隔爆型干式變壓器故障診斷和預警系統能有效地預警故障發生的情況，將對變壓器故障的被動事后分析調整為對故障發生前的主動事前預警，這對降低變壓器故障的發生率是非常有效的，也將極大地提升煤礦地面供電系統的安全性和可靠性。

1 隔爆型干式變壓器故障類型的分析

對多年來同煤集團各隔爆型干式變壓器的故障進行歸納總結，主要故障如下：

1）變壓器的鐵芯故障。同煤集團中，隔爆型干式變壓器發生最多的是鐵芯故障，占變壓器故障的40%。分析可知，鐵芯局部發熱和鐵芯緊固螺桿對地絕緣不良是變壓器鐵芯故障的主要原因。一般需要注意的是絕緣膜的老化、繞組之間的短路、變壓器的輸入電壓高于其額定電壓都可以導致故障的發生。

2）變壓器的繞組故障。繞組故障也是同煤集團變壓器常見的故障類型。一般都是變壓器在工作過程中出現相間短路、繞組短路以及匝間短路等導致的。

3）變壓器的套管故障。套管故障是同煤集團變壓器發生故障的一種類型，發生概率較低，一般原因主要是人為因素導致，套管漏油以及灰塵過多導致套管發生爆炸[3-4]。

2 變壓器故障診斷及預警系統的設計

2.1 系統硬件結構和功能

2.1.1 系統硬件結構

通過對礦用隔爆型干式變壓器在運行過程中運行電壓、繞組溫度、鐵芯溫度等參量的監測及分析，設計了一種新型礦用隔爆型干式變壓器故障診斷與預警系統。該系統硬件的結構示意圖如圖1 所示。

圖1 系統硬件結構示意圖

從圖1 可知，該故障診斷與預警系統的硬件部分主要是由設備層、監測裝置、地面服務器和終端四大部分構成[5]。該系統可以對運行的隔爆型干式變壓器進行實時監測，通過對設備運行電壓、繞組溫度、鐵芯溫度等參量的采集和處理，實現對變壓器設備鐵芯故障、繞組故障、套管故障等故障問題進行診斷和預警，事先掌握故障診斷信息，可以有效提高故障排除和維修效率。

2.1.2 系統功能

系統的監測裝置主要是由工控機和采集模塊兩部分組成，通過兩者來完成對變壓器設備運行參數的采集和數據處理，從而實現對運行參數的實時監控。采集模塊主要是用于完成信號的采集及處理，信號通過傳感器設備完成采集并將信號傳輸到監測主板。工控機采用LabVIEW 平臺來對接收到的信號進行特征提取、信息融合、故障診斷及存儲等功能，后期再將數據上傳到地面服務器并進行最終存儲。數據庫數據設置有設備的出廠信息、專家經驗、監測信息、中間處理數據、診斷結果、預警信息等，通過接收到的數據信息與數據庫數據進行對比分析，即可掌握相應的監測情況，并及時地對設備完成相應的診斷和預警。

2.2 系統軟件

礦用隔爆型干式變壓器故障診斷及預警系統軟件主要包括三大部分：第一，DSP 信號采集部分；第二，工控機信號處理和診斷部分；第三，服務器數據存儲和預警界面系統部分。系統軟件結構示意圖如圖2 所示，上位機軟件主要包括信號通信模塊、信號濾波模塊、特征提取模塊、神經網絡模塊、數據存取模塊、人機界面模塊；下位機軟件主要包括A/D 轉換子程序、數據處理和濾波子程度、接收數據子程序、發送數據子程序。由其合作協調，共同完成信息的融合、故障診斷及預警功能。

圖2 系統軟件結構示意圖

2.3 系統各模塊關系

系統軟件的各子模塊的關系體現在以下三點：

1）下位機數據采集系統實現對設備監測參量的采集，然后對數據信號進行初步處理，通過網絡將信號傳遞給上機。

2）在工控機上采用LabVIEW 的信號處理函數對信號進行處理，同時平臺對數據進行信號處理，然后采用基于RBF 神經網絡進行故障診斷，數據存入地面服務器。

3）顯示終端通過訪問服務器數據庫，在人機界面顯示監測信息和預警信息等，系統數據傳輸與處理如圖3 所示。

圖3 系統數據傳輸與處理示意圖

3 工業性試驗

礦用隔爆型干式變壓器故障診斷與預警系統研制后，于2018 年10 月在大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業公司對其礦用隔爆型干式變壓器進行了安裝、調試，并投放了應用當中。故障診斷與預警系統在試運行期間，整體運行穩定，有效地實現了對礦用隔爆型干式變壓器各項運行數據的監測，成功地實現了對1 次空氣中單點電暈放電故障的預警和1 次鐵芯接地不良故障的預警，并做好了相應的處理措施，把故障隱患及時地消除了，保障了供電系統的安全穩定運行。該變壓器故障診斷與預警系統可以實現快速診斷，具有較高的預警準確性，可以進行大面積推廣應用。

4 結論

于2018 年10 月，虎龍溝煤業公司對礦用隔爆型干式變壓器故障預警與診斷系統進行了應用實踐，應用效果理想，成功地實現了對變壓器故障進行預警，為保障煤礦供電安全的安全性和可靠性奠定了基礎。