基于信息融合技術(shù)的變壓器故障檢測研究

李茹

【摘 要】電力變壓器的在線監(jiān)測就是通過對有關(guān)參數(shù)、信號的采集和分析，檢測到內(nèi)部的故障初期狀況并判明故障的發(fā)展趨向，以便綜合分析，避免惡性事故的發(fā)生，將傳統(tǒng)的定期維護轉(zhuǎn)為狀態(tài)維護。本文在變壓器故障檢測方面進行了調(diào)研研究，討論多傳感器信息融合技術(shù)在變壓器故障診斷中的研究方法和技術(shù)手段，以指導變電運維檢修工作。

【關(guān)鍵詞】故障檢測；信息融合；運維檢修

【中圖分類號】TF576.7【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0078-01

一、引言

近年來，國內(nèi)外專家一直致力于研究電力變壓器的在線監(jiān)測技術(shù)，尤其是近年來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，光線技術(shù)、傳感器和新的測量技術(shù)的可靠性迅速提高，為實現(xiàn)在線監(jiān)測創(chuàng)造了良好的條件，新的在線檢測方法和儀器不斷涌現(xiàn)，豐富了原有的絕緣預防性試驗方法。目前，對電力變壓器在線監(jiān)測比較有效的方法有：油中氣體含量利用化學方法在線監(jiān)測如油色譜在線監(jiān)測等；鐵芯多點接地利用電氣方法在線監(jiān)測和變壓器局部放電在線監(jiān)測等；箱體溫度分布和接頭溫度過熱利用紅外測溫方法在線監(jiān)測等；介質(zhì)損耗在線監(jiān)測等。這些實時數(shù)據(jù)的及時獲取極大地提高了診斷的實時性和準確性。

二、變壓器故障診斷信息進行分類

在電力變壓器診斷過程中，可以利用的變壓器信息很多：溫度測量；直流及繞組電阻測量；溶解在變壓器油中的特征氣體含量及產(chǎn)起速率；微水分析法；變壓器本身的電壓、電流值等電氣參數(shù)，以及變壓器工作噪聲也能成為變壓器診斷信息。從診斷學上考慮，診斷的各類需求信息具有模糊和不精確性，只有通過多方面的獲取多維信息，才可使變壓器的監(jiān)測和診斷更具可靠性和準確性。

三、信息融合技術(shù)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用

（1）信息融合技術(shù)的種類

信息融合技術(shù)從所應(yīng)用的傳感器從屬范圍來分，可分為兩類系統(tǒng)：第一類是局部的或是自備式，以收集來自單個平臺上多個傳感器的數(shù)據(jù)；第二類稱為全局或區(qū)域融合，以來自空間和時間上各個不相同的多個平臺多個傳感器的數(shù)據(jù)。

（2）信息融合系統(tǒng)的構(gòu)成和關(guān)鍵技術(shù)

基本數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，主要由多傳感器、數(shù)據(jù)校準、數(shù)據(jù)相關(guān)、模式識別、狀態(tài)估計等組成。信息融合的關(guān)鍵技術(shù)為：

1）數(shù)據(jù)相關(guān)性技術(shù)：數(shù)據(jù)融合過程中，數(shù)據(jù)相關(guān)的核心問題是克服傳感器測量的不精確性和干擾引起的相關(guān)二義性，保持數(shù)據(jù)的一致性。

2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：多傳感器輸出的數(shù)據(jù)形式、環(huán)境描述等都不一樣，數(shù)據(jù)融合中心處理這些不同來源信息的首要任務(wù)，足把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相同的形式和描述，然后進行相關(guān)處理。

3）態(tài)勢數(shù)據(jù)庫：態(tài)勢數(shù)據(jù)庫分為實時數(shù)據(jù)庫和非實時數(shù)據(jù)庫。

4）融合計算：融合計算是多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的核心技術(shù)，它涉及對多傳感器的相關(guān)觀測結(jié)果的驗證、分析、補充、取舍、修改和狀態(tài)跟蹤估計，并能對新發(fā)現(xiàn)的不相關(guān)觀測結(jié)果進行分析和綜合，生成綜合態(tài)勢及態(tài)勢決策分析。

（3）基礎(chǔ)信息融合的變壓器故障診斷模型的構(gòu)建

變壓器故障診斷是一個多源信息融合的過程。一方面，故障診斷的信息來自于傳感器的測量的數(shù)據(jù)結(jié)果，測量到的信息存在著相同、相近或不同的差異，分別稱為冗余信息、交叉信息和互補信息。另一方面，故障診斷中傳感器的信息是最原始的數(shù)據(jù)信息，利用這些原始信息，可提取一些有關(guān)系統(tǒng)故障的特征信息，這里稱為故障表征，然后由故障表征及系統(tǒng)信息進行更詳細的診斷，判斷系統(tǒng)是否有故障及故障源的性質(zhì)。因此，根據(jù)變壓器故障診斷的特點與要求，可將信息融合的層次分為數(shù)據(jù)層、特征層和決策層。

四、應(yīng)用分析

某廠1臺SSPZ-45000/110型變壓器的油色譜分析數(shù)據(jù)如表1所示，同時算出總烴絕對產(chǎn)氣速率為24.758mL/h？表明氣體含量及增長速率嚴重超標。

（1）表2所示是經(jīng)數(shù)據(jù)融合后的結(jié)果。數(shù)據(jù)融合步驟為：實驗標定；確定二維擬合回歸方程；方程的系數(shù)求得。

根據(jù)三比值判斷法變壓器故障屬于1，0，2型，查表是高能量放電故障。特征提取初步判斷有內(nèi)部故障發(fā)生，可能是：本體絕緣損壞，如受潮等；鐵芯有問題；繞組問題，如相間短路、繞組和引線斷線。

（2）油色譜分析法即方法1與局部放電法即方法2對故障的基本概率及其融合信息故障診斷結(jié)果見表3。

同時，證據(jù)理論定義計算出各種方法的不確定性分別為0.125，0.218和0.063，可以看出油色譜分析法和局部放電法不確定性較高，而融合后的不確定性（0.063）降了一個等級，因此，可得出變壓器的冷卻油受潮氧化（0.388）。再結(jié)合其它信息：鐵芯泄漏電流為0.45A，三相電壓平衡電流正常等。對以上判斷進行分析，可得出結(jié)論：故障性質(zhì)是絕緣損壞導致受潮。再自動調(diào)出臺帳及歷史數(shù)據(jù)進行縱向分析，根據(jù)檢修時所得的絕緣電阻及介質(zhì)損試驗數(shù)據(jù)見表4。

由表4可以看出，介質(zhì)損大于5%，同時計算出合格度為0.71。合格度<0. 8，表明絕緣有問題。綜合以上情況，得出故障診斷結(jié)果：變壓器受潮產(chǎn)生故障，應(yīng)密切監(jiān)視，盡快停機檢修。實際檢修的情況是變壓器因長期運行，密封老化沒及時更換，引起變壓器進水受潮并引起放電，證明該判斷是準確的。