變壓器交流耐壓試驗中的跳閘故障定位方法

樂小江

（無錫廣盈集團有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引 言

變壓器是維持電力系統甚至電網平穩運行的重要保障，其不僅可以調節電流大小，而且當電力系統出現故障或者異常情況的時候還可以及時準確地切除異常區域，并隔斷故障異常的元器件，同時對相對應的監管控制系統發出示警信號。因此，變壓器實際上還有著監測電路和電力系統的作用。然而，由于生產技術落后、裝置老舊以及設計未進行更新，使得變壓器及相關裝置在使用過程中可能會出現一定的故障，如果不對其故障進行及時定位，就會進一步擴大隱患，最終導致更大的問題。變壓器的故障通常都是永久性的或者是不易修復的，但在正常運行情況下，卻不會對系統造成額外的傷害[1]。可是一旦系統自身出現故障或處于非正常的運行狀態時，變壓器會開啟保護誤動和拒動操作，這將會對系統造成更為嚴重的損害，甚至有可能造成大規模的停電事故。對此需及時定位故障位置，排查并解決問題，在一定程度上提高系統的綜合保障能力。

在變壓器的交流耐壓試驗中，跳閘很常見，但是準確確定跳閘位置卻十分不易。傳統的定位方法是依照試驗裝置從啟動到異常之間的每段保護動作、重合程度以及返回閘比值來實現最終定位[2,3]。這種方法雖然可以較為快速地尋找到跳閘故障位置，但是卻不具有較強的精準度，而現如今新型的跳閘故障定位方法不存在這種問題。不僅有著較快的定位速度，而且確定的故障位置也極為精準，因此被廣泛應用于實驗測試或者安全保護裝置的故障定位中。不僅如此，此種定位方法還不受設備和系統的局限，適用于多種領域，且效果也相對科學、可信。

1 跳閘故障定位方法設計

1.1 設置跳閘故障解析信號規則

通常情況下，跳閘故障定位裝置定位異常區域時需要在一定的故障解析信號范圍內遵循特定的規則和邏輯實現故障定位。可以先建立邏輯期望，為故障規則的制定打下基礎，用固定的邏輯表達式分析期望值為：

式中，F表示邏輯期望值，h表示總體邏輯標準值，d表示慣性因子。通過以上計算，可以得出具體的邏輯期望值。在此基礎上，利用故障標準縱聯差動將邏輯分割成3段，并結合邏輯期望值建立故障信號規則。

第一段為跳閘保護信號規則，主要是在設備或者系統突然出現異常情況時，對其的一種保護機制，會在故障發生的一瞬間切斷對應的區域，以免擴大故障發生范圍，留下隱患[4-6]。同時，會發送跳閘信號給系統中的變壓器。第二段主要是對異常區域進行監測核查，切斷所有的電力電源，依照特定的規則指令掃描故障。第三段則是將掃描到的模糊故障位置和跳閘信號同時傳輸至系統終端，以便維修人員及時了解故障情況。

在完成基礎性的跳閘故障解析信號規則后，構建故障末端規則。建立對應的信號規則指令，先獲取此時規則的相關參數指標，并對其作出一定的分析研究，最終篩選出可以建立指令的指標參數。

依照指標參數編制故障指令，按照新的指令執行跳閘故障解析的信號規則，這樣可以更為快速地獲取到故障的相關情況和狀態，進而保證其他區域的穩定運行。

1.2 構建故障定位完全模型

在完成跳閘故障解析信號規則的設置后，構建對應的故障完全定位模型[7]。在建立之前需要依照實際情況分析建立模型的環境，以此保證最終故障定位的準確性。根據以上的邏輯期望數值及故障信號規則，首先計算模型的拒動完全比值為：

式中，Q表示模型的拒動完全比值，i表示故障模型的定位次數，l表示對應的定位條件，Z表示完全保護率，F表示邏輯期望值。通過以上計算，得出構建模型的實際拒動完全比值，然后將以上數值運用在模型的制定中。

故障定位模型共分為3層，底部為基礎的定位設置及規則，主要是對跳閘故障區域進行模糊識別，為接下來的具體定位奠定基礎。第二層主要是定位故障區域中隱患故障的實際面積[8]。考慮到故障的種類通常不同，部分故障在跳閘之后不會損害到其他區域，而部分故障則是連帶的，會使設備中的其他區域也發生異常，導致出現更大的問題。因此，第二層應掃描具體的故障面積，并檢測是否存在連帶故障區域。第三層主要是通過前兩層的數據信息及模糊定位作出更為細致的整合分析，最終精準定位出故障的具體位置。因此，在構建完全故障定位模型時，必須要先對實際情況進行分析，再利用數據信息逐層按順序構建，如果不按照特定的規則和順序構建，則將會出現定位混亂等問題，影響最終的故障定位效果。

1.3 FTU技術實現跳閘故障的定位

在完成故障定位完全模型的構建之后，利用FTU分離定位技術，實現跳閘故障的最終定位。設置FTU定位分離區域如圖1所示。

圖1 FTU定位分離區域設置流程圖

依照圖1所示結構進行FTU定位區域的分離，完成之后分別在兩個區域設置相同的故障信號規則和故障定位模型，且保證測量區域參數值相同。將兩區域進行關聯，并建立相應的故障平衡關系。計算故障平衡數值為：

式中，B表示故障平衡數值，α表示分類總比值，β表示聯絡幀數。通過以上計算，得出故障平衡數值，并利用其建立故障平衡關系。此時，兩區域存在一定的平衡關系，無論哪一區域出現故障異常，另一端都會發生感應，并利用區域中設置的故障定位模型實時定位跳閘位置[9,10]。不僅如此，發生異常的一端也會定位，這就相當于對故障區域定位了兩次，極大地提高了定位的準確率，減少誤差。同時，對比于其他的定位方法，FTU技術下的故障定位速度更快，這在一定程度上也減少了相關設備的損失，有利于推動故障定位及相關行業的進一步創新發展。

2 方法測試

2.1 測試準備

本次主要測試變壓器交流耐壓試驗中跳閘故障定位方法的有效性。實驗對兩組定位方法同時進行測試，一組為本文所設計的故障定位方法，將其設定為實驗A組；另一組是文獻[1]的基于微擾法的故障定位方法，將其設定為實驗B組。在同一個變壓器交流耐壓試驗中對其進行測試，選取相同的測試環境和設備，保證實驗沒有可以影響結果的外部因素，初始化設置測試用的定位儀的參數后，在變壓器中設置信號分閘器，為定位儀的初次模糊定位創造條件，然后開始測試。

2.2 測試過程

兩組方法同時進行測試。首先，當變壓器交流耐壓試驗中出現跳閘現象時，暫時關閉變壓器，避免故障進一步擴大。其次，利用DTU測量裝置獲取跳閘時的設備相關數據，并作出一定的分析。最后，通過測量數據，計算跳閘的遙測量為：

式中，K表示跳閘故障的遙測量，c表示異常示意值，r表示分離率，m表示跳閘故障總處理時限值。完成計算之后，利用得出的遙測量，計算故障定位相角差值比為：

式中，M表示故障定位相角差值比，a表示最優解參數，x表示定位限值。通過計算，最終得出故障定位相角差值，利用相角差值，再結合定位儀作出的初次模糊定位，最終確立跳閘故障的位置。

確定跳閘故障位置后，訓練并測試相同樣本，計算故障識別準確性為：

式中，y表示識別準確性，p表示識別故障樣本個數，P表示檢驗樣本個數。

2.3 測試結果

根據上述測試過程，得出所提方法與文獻[1]方法的最終定位結果，并對其進行對比分析，結果如表1所示。

表1 故障定位測試結果分析對比表

通過對表1中故障定位相角差值比的分析，可以看出相較于實驗B組，實驗A組的故障定位相角差值比更高，這表明定位的科學性和準確性更高，效果更好。其主要原因是實驗A組在故障定位過程中，利用故障標準縱聯差動將邏輯分割成3段，并結合邏輯期望值建立故障信號規則，提高了變壓器交流耐壓試驗中的跳閘故障定位性能。

進一步測試本文方法與對比方法在故障定位中的識別準確性，得到結果如表2所示。

表2 不同方法的識別準確性對比

由表2不同方法的識別準確性對比結果可知，實驗B組識別準確性最高為91.11%，實驗A組的識別準確性最低為94.28%，高于實驗B組，可以驗證實驗A組的故障定位方法更好。原因是實驗A組首先設置了FTU定位分離區域，利用FTU技術定位跳閘故障過程中可以實現故障區域的兩次定位，極大提高了定位的準確率。

3 結 論

故障定位是一種較為科學嚴謹的設備、系統保護方法，其可以實時定位小的設備故障和隱患，并將數據傳輸至監管系統中，再由系統分析相關的問題，結合實際情況處理解決上述問題。故障定位方法在一定程度上不僅保證了設備、系統的安全，同時還避免了因跳閘故障而出現的大規模停工停產現象，減少人們的損失，進一步提升設備、系統的使用效率和質量，促進相關行業的進一步創新和發展。