电力变压器状态评价与故障诊断技术研究

电力变压器状态评价与故障诊断技术研究

张彬 传云 宁立军 刘纪栋

天津市大港油田公司第三采油厂

摘要：近年来，风能、太阳能等可再生能源发电规模逐年扩大，电网建设高速发展，电力设备数量保持快速增长，保证电网稳定健康运行面临更大的挑战。长期以来，我国电力设备健康水平的判断主要依靠以预防性试验为基础的定期检修，常出现“欠修”或“过修”等问题，设备维修工作量巨大，经济性差，供电可靠性低。因此，采用状态检修的方法进行电力设备检修工作从而取代传统定期检修模式是未来电力企业设备检修工作发展的基本导向。其中，电力变压器是供电网络中的关键枢纽性电力设备，它的可靠性关系到电网能否安全稳定供电。

关键词：电力变压器；状态评价；故障诊断

引言

建立科学、可行的电力变压器状态评价标准体系，探索电力变压器状态和状态评价方法之间的联系，优选电力变压器故障输入特征建立准确的故障诊断模型，对推动状态检修工作的持续健康发展，保障电力变压器安全可靠运行具有重要意义。

1 评价指标体系应遵循的基本原则

1.1 科学性原则

状态指标的选取必须在科学理论的指导下，运用科学的思维方法进行决策。选取的评价指标应符合电力变压器本身的结构特点，客观的反映变压器状态的真实情况。各指标应具有典型性，不应过于繁杂，使指标物理意义之间相互重叠，也不应过于简单，造成指标信息遗漏。同时，所用的状态评价方法也应科学准确，做到方法理论同实际问题有机结合，以保证评价结果的可靠性。

1.2 可行性原则

指标的选取应具有很强的可操作性，一方面要符合现有的科学技术发展水平，选取易于获取、数据测量准确度高的指标；另一方面要充分考虑到电力企业的实际情况，优先选取具有在线监测装置的状态量。同时，指标的获取应符合企业现行的检修制度，减少不必要的人员和工作量，有利于现场工作的开展。

1.3 全面性原则

电力变压器的结构功能相对独立，按照电力企业标准可分为本体、套管、分接开关、冷却系统和非电量保护装置五个部件。任何一个部件出现故障，都会影响到变压器工作的可靠性。因此，指标的选取应全面覆盖变压器的各个部件，从多侧面，多角度揭示电力变压器各部件的运行状态。

1.4 层次性与系统性结合原则

以系统论的观点为基础构建电力变压器状态评价指标体系，自上而下，从宏观到微观。将电力变压器划分为五个部件，各部件再划分为不同的层次，从多角度反映不同部位的性能。同时，不同指标之间应具有一定的逻辑性，既相互独立，又彼此联系，做到层次性和系统性相结合。

1.5 定量与定性相结合原则

在影响电力变压器状态等级的指标中，既存在定性指标又存在定量指标。定量指标物理意义清晰，便于数学计算和比较，应优先选取易于量化的指标。同时对于冷却系统等附件，其缺乏有效的试验项目进行监测，评价指标属于定性指标，但仍对变压器健康状态有重要影响，不能忽视。因此，指标选取应做到定性与定量结合。

2 电力变压器故障诊断

2.1 油中溶解气体产生机理

油浸式电力变压器绝缘功能的实现一般依靠以绝缘油为代表的液体绝缘材料和以绝缘纸为代表的固体绝缘材料。电力变压器绝缘油即变压油是由烷烃、环烷族饱和烃等烃类化合物构成的一种混合物。当电力变压器内部产生热性或电性故障时，会导致变压器油中某些C-H键和C-C键断裂，同时产生少量α-氢、双重α-氢、活泼氢和不稳定羰基化合物的自由基。在经过某些复杂的化学变化后，这些氢原子和自由基重新聚合生成H₂和CH₄、C₂H₆、C₂H₄等低分子烃类气体。此外，变压油氧化也可能产生少量CO和CO₂气体。

绝缘纸板由于其具有良好的绝缘性、耐热性等特性常作为电力变压器的固体绝缘使用，其主要组成成分为纤维素。当电力变压器长期受到电和热作用导致绝缘纸板老化时，纤维素容易发生热解、炭化等化学反应生成CO、CO₂和糖醛等物质。

2.2 基于离散二进制粒子群算法的变压器故障特征优选

分析国内外研究成果可知，在进行电力变压器故障诊断时，无论是传统模型还是智能模型，一般都采用油中气体浓度作为模型的输入特征量。但是，油中气体的含量会由于故障类型、故障发生部位、故障严重度、变压器自身容量等多种因素的不同产生较大范围的波动，统一采用油中气体含量作为模型输入不能提供最佳故障诊断性能。

由于特征气体的比值同样会影响变压器故障的表现形式，因此国内外学者提出了罗杰斯比值、IEC比值、Doermenbur比值等作为故障诊断的输入特征量。但是由于部分气体比值对故障类型的区分度低，采用这些比值作为特征不但影响模型训练速度还会影响模型诊断准确度。因此，对变压器故障特征进行优选，剔除冗余、有噪声的数据对提高诊断的准确率、加快诊断速度和降低模型复杂度具有重要意义。

3 结束语

电力变压器作为电力企业的关键枢纽设备，对保证电网的持续健康运行和稳定供电具有重要作用。近年来，随着电网建设的高速发展，电力设备数量逐年增长，保证电网的安全稳定运行面临着更大的挑战。为了掌握电力变压器运行状态，及时发现变压器状态指标的劣化趋势和可能存在的潜伏性故障，本文给出了一种基于分层可拓法的电力变压器状态评价方法和基于优选DGA状态量作为支持向量机输入特征的变压器故障诊断方法，设计并实现了变压器状态评价和故障诊断原型系统。为电力企业状态检修工作的发展提供了有力支撑，具有重要的理论和实际意义。

参考文献：

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[2]彭道刚,陈跃伟,范俊辉,钱玉良.基于层次分析法和粗糙集的变压器状态评估研究[J].高压电器,2019,55(07):150-157.