淺談?dòng)徒诫娏ψ儔浩鳡顟B(tài)評(píng)估及故障診斷

趙鵬程 劉偉 孔凡剛

【摘要】電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣元件，其健康狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部早期故障（潛伏性故障）意義重大。利用油中溶解氣體組分含量色譜分析，同時(shí)結(jié)合局部放電測(cè)試、介質(zhì)損耗測(cè)試、直流電阻測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試等電氣試驗(yàn)手段可對(duì)變壓器內(nèi)部故障做出正確診斷。對(duì)于不同的變壓器內(nèi)部故障，應(yīng)采取不同的臨時(shí)運(yùn)行維護(hù)措施和檢修方法。

【關(guān)鍵詞】油浸式變壓器；狀態(tài)評(píng)估；故障診斷

一、發(fā)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的意義

變壓器的結(jié)構(gòu)：信號(hào)溫度計(jì)、銘牌、吸濕器、儲(chǔ)油柜、油表、安全氣道、氣體繼電器、高壓套管、低壓套管、分接開關(guān)、油箱、鐵心、線圈、放油閥。變壓器最主要的用途是在輸電配電技術(shù)領(lǐng)域，電力系統(tǒng)中變壓器是容量最大的電氣設(shè)備。變壓器是利用電磁感應(yīng)原理對(duì)交流電壓，交流電流等進(jìn)行數(shù)值變換的一種常用電氣設(shè)備，它主要用于輸配電方面，稱為電力變壓器。除此之外，變壓器也被廣泛地用于電工測(cè)量，電焊，電子技術(shù)領(lǐng)域中。鐵心和繞組是變壓器最基本的組成部分，鐵心構(gòu)成變壓器的磁路系統(tǒng)，一般均用0.35mm冷軋硅鋼片疊裝環(huán)繞組成變壓器的系統(tǒng)，繞組一般均用銅或鋁線制成，繞組套裝在鐵心上，鐵心與繞組之間必須有良好的絕緣。變壓器最新發(fā)展趨勢(shì)是采用鐵基，鈷基等晶臺(tái)材料代替硅鋼。

變壓器類電力設(shè)備已經(jīng)被越來(lái)越多的應(yīng)用到各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域中，正是基于其使用的普遍性，維護(hù)好其運(yùn)行性能是很有必要的。變壓器類電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷已經(jīng)越來(lái)越被人們重視，越來(lái)越多的部門和研發(fā)機(jī)構(gòu)在嘗試開發(fā)出與之關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目。只有做好電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，才能讓這些設(shè)備更好的發(fā)揮它的功效，安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。

二、電力變壓器狀態(tài)評(píng)估

變壓器狀態(tài)的發(fā)展和故障的發(fā)生按照一定規(guī)律的，一般情況下，變壓器的整體性能是連續(xù)變化的，通過(guò)一些重要的參數(shù)分析，能夠確實(shí)變壓器所處的狀態(tài)，并預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。通常在使用壽命內(nèi)，變壓器運(yùn)行狀態(tài)處于量變過(guò)程，雖然各參數(shù)會(huì)有變化但整體不影響功能的發(fā)揮，這是漸變過(guò)程；當(dāng)量變到一定程度，引起實(shí)質(zhì)性變化時(shí)，變壓器就將出現(xiàn)功能性障礙，這被稱為突變過(guò)程。

在漸變過(guò)程，從防范故障的角度出發(fā)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，劃分出類似于良好、較好、合格、注意與嚴(yán)重等不同的狀態(tài)，以采取相應(yīng)的措施，這對(duì)電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。突變過(guò)程就意味著變壓器發(fā)生故障了，此時(shí)的狀態(tài)評(píng)估也就是故障診斷。

變壓器狀態(tài)評(píng)估的關(guān)鍵是先根據(jù)預(yù)防試驗(yàn)得到非破壞性量，然后通過(guò)一定的指標(biāo)評(píng)價(jià)模型，劃分出變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。例如：模糊學(xué)習(xí)矢量量化網(wǎng)絡(luò)模型，該方法中DGA數(shù)據(jù)將被模糊分類器分成不同的子類，每個(gè)類分別與模糊學(xué)習(xí)矢量量化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行培訓(xùn)，該法認(rèn)為狀態(tài)評(píng)估是多屬性決策問(wèn)題，根據(jù)工程實(shí)踐，該評(píng)估指標(biāo)包括：油水分含量、油固體含量、油老化程度、局部放電級(jí)，機(jī)械強(qiáng)度和絕緣表面污穢度等，其評(píng)估的準(zhǔn)確性優(yōu)于之前模糊診斷和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；還有通過(guò)模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判、灰靶理論、物元理論、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法對(duì)變壓器運(yùn)行健康狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，達(dá)到其狀態(tài)評(píng)估的目的。

盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)狀態(tài)評(píng)估技術(shù)開展了很多研究，像模糊數(shù)學(xué)和灰靶理論也探討了量化指標(biāo)的研究，但當(dāng)前還存在：定性指標(biāo)不宜量化、需要人為制定的定量指標(biāo)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不好統(tǒng)一、缺乏大量評(píng)估實(shí)例的驗(yàn)證、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)受干擾較大等諸多不利因素，所以，目前的評(píng)價(jià)方法較多集中在定性評(píng)價(jià)，今后還需要進(jìn)一步研究可靠、準(zhǔn)確、量化的狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。

三、電力變壓器故障診斷

變壓器因其制造工藝的復(fù)雜性及運(yùn)行環(huán)境的不穩(wěn)定性造成了變壓器故障機(jī)理的復(fù)雜性，其表現(xiàn)為同一種故障模式有多種故障特征，同一種故障特征又是幾種故障模式共同作用的結(jié)果，故障模式與故障特征之間存在一種復(fù)雜而又非線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，確定故障模式與故障特征之間的關(guān)系在變壓器故障診斷中是非常重要的。信息融合技術(shù)就是將來(lái)自不同信息源的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，充分利用變壓器的各種故障特征量，從多方面獲得變壓器同一對(duì)象的多維信息并加以融合利用，實(shí)現(xiàn)變壓器更準(zhǔn)確、更可靠的在線監(jiān)測(cè)及診斷。而對(duì)于其信息融合來(lái)說(shuō)，而主要分為以下幾種融合方式。

（一）數(shù)據(jù)層融合

如果想使這種數(shù)據(jù)層的融合效果更好，那么就需要保證其中傳感器必須同數(shù)據(jù)層之間是相互匹配的，并能夠在匹配的基礎(chǔ)上使雙方能夠保證數(shù)據(jù)層面的關(guān)聯(lián)，并最終使其能夠保證相同目標(biāo)的融合工作。而在數(shù)據(jù)融合方式方面，則存在加權(quán)平均法、算數(shù)平均法以及曲面擬合法。

（二） 特征層數(shù)據(jù)融合

特征層數(shù)據(jù)融合屬于中間層，即從信息源的原始信息中提取特征信息并進(jìn)行綜合分析和處理，提取的特征信息應(yīng)是原始信息的充分表示量或統(tǒng)計(jì)量，然后按照提取的特征信息對(duì)信息源數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、聚集和綜合分析。所采用的融合方法仍是模式識(shí)別的相應(yīng)技術(shù)，只是在融合前通過(guò)傳感器信息的變換，把各傳感器的數(shù)據(jù)變成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表達(dá)形式，并在數(shù)據(jù)配準(zhǔn)后對(duì)特征信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理。其優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了多傳感器信息壓縮，有利于實(shí)時(shí)處理，由于所提取的特征信息與決策分析相關(guān)，因此融合結(jié)果最大限度地給出了決策分析所需的特征信息。

（三）決策層數(shù)據(jù)融合

決策層中的數(shù)據(jù)則屬于系統(tǒng)的最高級(jí)別，其也正是這三級(jí)不同層數(shù)據(jù)的最終融合結(jié)果。對(duì)于每個(gè)傳感器而言，其對(duì)于所監(jiān)測(cè)的目標(biāo)都是進(jìn)行最初的預(yù)處理、特征提取以及最終識(shí)別等等來(lái)完成對(duì)于所監(jiān)測(cè)目標(biāo)的判斷，而當(dāng)完成這種初步判斷之后，才能夠通過(guò)一定的關(guān)聯(lián)處理來(lái)依據(jù)相應(yīng)的方式來(lái)獲取最終的決斷，而這種最終的決斷則能夠?yàn)樽罱K指揮控制的系列決策提供最終的依據(jù)。

四、在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)研究存在的問(wèn)題

狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷技術(shù)雖然有其不可替代的優(yōu)勢(shì)，但在目前情況下，尚存在很多不足和問(wèn)題需要解決。已經(jīng)安裝投運(yùn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的單位，決不可高枕無(wú)憂，不再有安全憂患。由于變壓器有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，運(yùn)行參數(shù)間并非全部有嚴(yán)格的邏輯和定量關(guān)系，其故障現(xiàn)象、故障原理之間具有很大的不確定性，一個(gè)故障可表現(xiàn)出多種征兆，監(jiān)測(cè)到的幾個(gè)故障起因，同時(shí)反應(yīng)一個(gè)故障征兆，故障與征兆之間關(guān)系模糊復(fù)雜，完全用建立精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)診斷是十分困難的。這種復(fù)雜的系統(tǒng)都是模糊的系統(tǒng)。而模糊系統(tǒng)的邊界、結(jié)構(gòu)等概念的外延是模糊的，內(nèi)涵是灰色的。也就是說(shuō)，此系統(tǒng)中，一些信息是確知的，另一些是非確知的，因此，需要采用將精確性向模糊性逼近的模糊集的數(shù)學(xué)方法來(lái)處理這些模糊現(xiàn)象，并將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也注入，才能對(duì)變壓器故障診斷這一復(fù)雜系統(tǒng)，找出合適的描述方法。同時(shí)還要模擬技術(shù)專家在進(jìn)行故障診斷時(shí)的經(jīng)驗(yàn)及將經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃模型化，以計(jì)算機(jī)替代專家，并以遠(yuǎn)程通信方式進(jìn)行傳輸。

五、結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，電力變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定情況對(duì)于電力的輸送以及發(fā)展都具有重要的作用，需要我們能夠?qū)ζ湟鸪浞值闹匾?。在上文中，我們電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法進(jìn)行了一定的研究與分析，而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，也應(yīng)當(dāng)良好的聯(lián)系實(shí)際，從而以更為有效的方式來(lái)保障診斷結(jié)果的及時(shí)、正確。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳慶全，電廠變壓器常見故障診斷及在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 華東科技 學(xué)術(shù)版 2012（6）

[2]郭創(chuàng)新，高振興，張健，油浸式電力變壓器狀態(tài)評(píng)估模型及方法[J] 控制工程 2011