智能診斷方法在電力變壓器故障識(shí)別中的應(yīng)用研究

王斌

摘要：電力變壓器故障識(shí)別能夠有效地提升故障維修效率，智能診斷方法是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，通過運(yùn)用智能診斷方法可以精準(zhǔn)對變壓器故障進(jìn)行識(shí)別，以此提高變壓器的工作效率。

關(guān)鍵詞：智能診斷方法;變壓器;故障識(shí)別;應(yīng)用

1 緒論

隨著我國智能技術(shù)的不斷發(fā)展，電力智能化系統(tǒng)日益完善。變壓器是整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行樞紐，變壓器的運(yùn)行效率直接關(guān)系整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。由于變壓器在日常運(yùn)行中受環(huán)境、具體工況以及人為破壞等因素的影響而導(dǎo)致其容易誘發(fā)故障。例如根據(jù)IEEE調(diào)查統(tǒng)計(jì)，大型電力變壓器故障發(fā)生率為1%2%，因此如何精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對變壓器故障的診斷與識(shí)別是降低變壓器故障發(fā)生率、提升其運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵。

2 電力變壓器故障機(jī)理

電力變壓器是用來將某一數(shù)值的交流電壓轉(zhuǎn)化為工作頻率相同的另一種電壓的設(shè)備。按照不同的類型電力變壓器可以分為不同種類，例如按照繞組分類，變壓器可以分為雙繞組、三繞組以及自耦型等。按照用途可以分為升壓型、聯(lián)絡(luò)型以及降壓型等等。目前在電力市場中應(yīng)用比較廣泛的是油浸式變壓器。因此本文以油浸式變壓器為例進(jìn)行研究。油浸式變壓器是用油進(jìn)行絕緣和散熱的，經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行之后，變壓器內(nèi)的油質(zhì)就會(huì)逐年的老化裂解。通過研究變壓器油裂解主要包括以下方面：一是絕緣油的裂解。由于絕緣油中含有化學(xué)基團(tuán)，這些化學(xué)基團(tuán)在高溫的影響下會(huì)逐漸發(fā)生化學(xué)變化，這樣當(dāng)故障程度聚集到一定程度后故障氣體就會(huì)析出;二是固體絕緣材料的裂解。變壓器內(nèi)部所使用的絕緣材料含有無水右旋糖環(huán)，這些物質(zhì)的熱穩(wěn)定性比較弱，因此當(dāng)變壓器長期運(yùn)行后會(huì)因?yàn)闊岫霈F(xiàn)分解。因此油浸式變壓器故障主要呈現(xiàn)的是熱性或者電性故障。

3 智能診斷方法在電力變壓器故障識(shí)別中的實(shí)例分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，智能診斷方法越來越完善。結(jié)合多年的工作實(shí)踐，目前電力系統(tǒng)中的智能診斷方法主要包括以下幾方面：（1）基于專家系統(tǒng)的方法。基于專家系統(tǒng)的診斷方法是電力故障診斷常會(huì)用到的方法，其主要是通過利用交互性的知識(shí)庫實(shí)現(xiàn)對不確切信息的推理，以此解決復(fù)雜的故障問題;（2）基于模糊推理方法。基于模糊推理就是利用故障的特征對其進(jìn)行診斷;（3）基于智能計(jì)算的方法。智能計(jì)算是診斷前沿技術(shù)，最典型的是遺傳算法;（4）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)概述。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)就是擁有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，通過選用圖形簡單易懂地描述概率分布。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障診斷流程：第一步，采集樣本數(shù)據(jù)，選擇好訓(xùn)練樣本數(shù)和測試樣本數(shù)。第二步，使用weka中的各種離散方法對數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行離散化。第三步，利用離散后的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，建好貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。第四步，對測試樣本集進(jìn)行分類預(yù)測。為了準(zhǔn)確剖析智能診斷方法在變壓器故障識(shí)別中的應(yīng)用價(jià)值，本文以貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行分析。

3.1 設(shè)備簡介

以某電站為例，該電站安裝一臺(tái)330kV主變壓器，在安裝完成后，經(jīng)過24小時(shí)的運(yùn)行后，對其進(jìn)行檢查，通過去油樣分析，并沒有發(fā)現(xiàn)故障，顯示油中溶解氣體正常。但是在經(jīng)過投產(chǎn)使用后，發(fā)現(xiàn)變電器存在故障特征，通過取樣發(fā)現(xiàn)，B相油中氣體含量不正常，進(jìn)而選擇變壓器的中部和底部進(jìn)行抽樣檢測分析，結(jié)果見表1。

3.2 故障分析

通過對抽取油樣的檢測分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備在使用4天后故障特征更加明顯。經(jīng)過對溶解氣體含量的測定可以看出，變壓器的總烴含量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)值。通過對比4d前后的取樣數(shù)值計(jì)算投產(chǎn)后的絕對產(chǎn)氣速率，計(jì)算結(jié)果見表2。通過計(jì)算可以看出變壓器存在以下故障：一是變壓器內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)故障，因?yàn)榭偀N含量超過標(biāo)準(zhǔn)值;二是變壓器故障在呈現(xiàn)快速變大的趨勢，如果不及時(shí)進(jìn)行維修則會(huì)造成故障的進(jìn)一步擴(kuò)大（H2、C2H2、總烴的絕對產(chǎn)氣速率分別大幅超過10mL/d、0.2mL/d和12mL/d的注意值）;三是變壓器的故障符合高溫過熱的特征。因?yàn)閺挠蜌饨馕鲋械某煞挚梢钥闯觯琀2含量增長較快，同時(shí)還產(chǎn)生少量的C2H2;根據(jù)改良三比值法計(jì)算比值，編碼組合為022，屬于高溫過熱。通過運(yùn)用模型可以分析出C2類的后驗(yàn)概率最大，即為高溫過熱。

3.3 檢查結(jié)果

通過理論計(jì)算可以判定變壓器出現(xiàn)了故障，為此檢修人員按照變壓器維修說明書對設(shè)備進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器確實(shí)存在故障：變壓器連接底腳支撐的鋼板與鐵軛的銅辮子經(jīng)過被燒斷，而且鐵軛底腳螺栓絕緣管有被撞擊的痕跡，其中發(fā)現(xiàn)一只已經(jīng)被撞碎了。結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及維修說明書，可以判定變壓器之所以出現(xiàn)故障就是因?yàn)樽儔浩髟诎惭b的過程中受各種因素撞擊而導(dǎo)致鐵軛底腳螺栓絕緣管撞碎，最終構(gòu)成閉合磁路，形成環(huán)流而發(fā)生過熱故障。

可見，貝葉斯模型能有效的診斷出結(jié)果。

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