礦井隔爆型干式變壓器故障預警與診斷系統(tǒng)的應用研究

溫麗超

（大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037003）

引言

煤礦移動變電站是井下供電樞紐，其隔爆型干式變壓器工作狀態(tài)的好壞影響著煤礦供電的連續(xù)性和安全性，是決定煤礦安全生產與否的關鍵因素。從當前的情況來看，供電變壓器常發(fā)生鐵芯故障、繞組故障、真空斷路器故障等[1-2]，但是對故障的監(jiān)測卻缺乏有效的手段，只能是等變壓器故障發(fā)生后進行相應的檢測和維修，因沒有辦法得到變壓器當時的運行狀態(tài)，維修效率不高。而一種對地面移動變電站的隔爆型干式變壓器故障診斷和預警系統(tǒng)能有效地預警故障發(fā)生的情況，將對變壓器故障的被動事后分析調整為對故障發(fā)生前的主動事前預警，這對降低變壓器故障的發(fā)生率是非常有效的，也將極大地提升煤礦地面供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 隔爆型干式變壓器故障類型的分析

對多年來同煤集團各隔爆型干式變壓器的故障進行歸納總結，主要故障如下：

1）變壓器的鐵芯故障。同煤集團中，隔爆型干式變壓器發(fā)生最多的是鐵芯故障，占變壓器故障的40%。分析可知，鐵芯局部發(fā)熱和鐵芯緊固螺桿對地絕緣不良是變壓器鐵芯故障的主要原因。一般需要注意的是絕緣膜的老化、繞組之間的短路、變壓器的輸入電壓高于其額定電壓都可以導致故障的發(fā)生。

2）變壓器的繞組故障。繞組故障也是同煤集團變壓器常見的故障類型。一般都是變壓器在工作過程中出現(xiàn)相間短路、繞組短路以及匝間短路等導致的。

3）變壓器的套管故障。套管故障是同煤集團變壓器發(fā)生故障的一種類型，發(fā)生概率較低，一般原因主要是人為因素導致，套管漏油以及灰塵過多導致套管發(fā)生爆炸[3-4]。

2 變壓器故障診斷及預警系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)硬件結構和功能

2.1.1 系統(tǒng)硬件結構

通過對礦用隔爆型干式變壓器在運行過程中運行電壓、繞組溫度、鐵芯溫度等參量的監(jiān)測及分析，設計了一種新型礦用隔爆型干式變壓器故障診斷與預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件的結構示意圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構示意圖

從圖1 可知，該故障診斷與預警系統(tǒng)的硬件部分主要是由設備層、監(jiān)測裝置、地面服務器和終端四大部分構成[5]。該系統(tǒng)可以對運行的隔爆型干式變壓器進行實時監(jiān)測，通過對設備運行電壓、繞組溫度、鐵芯溫度等參量的采集和處理，實現(xiàn)對變壓器設備鐵芯故障、繞組故障、套管故障等故障問題進行診斷和預警，事先掌握故障診斷信息，可以有效提高故障排除和維修效率。

2.1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的監(jiān)測裝置主要是由工控機和采集模塊兩部分組成，通過兩者來完成對變壓器設備運行參數的采集和數據處理，從而實現(xiàn)對運行參數的實時監(jiān)控。采集模塊主要是用于完成信號的采集及處理，信號通過傳感器設備完成采集并將信號傳輸到監(jiān)測主板。工控機采用LabVIEW 平臺來對接收到的信號進行特征提取、信息融合、故障診斷及存儲等功能，后期再將數據上傳到地面服務器并進行最終存儲。數據庫數據設置有設備的出廠信息、專家經驗、監(jiān)測信息、中間處理數據、診斷結果、預警信息等，通過接收到的數據信息與數據庫數據進行對比分析，即可掌握相應的監(jiān)測情況，并及時地對設備完成相應的診斷和預警。

2.2 系統(tǒng)軟件

礦用隔爆型干式變壓器故障診斷及預警系統(tǒng)軟件主要包括三大部分：第一，DSP 信號采集部分；第二，工控機信號處理和診斷部分；第三，服務器數據存儲和預警界面系統(tǒng)部分。系統(tǒng)軟件結構示意圖如圖2 所示，上位機軟件主要包括信號通信模塊、信號濾波模塊、特征提取模塊、神經網絡模塊、數據存取模塊、人機界面模塊；下位機軟件主要包括A/D 轉換子程序、數據處理和濾波子程度、接收數據子程序、發(fā)送數據子程序。由其合作協(xié)調，共同完成信息的融合、故障診斷及預警功能。

圖2 系統(tǒng)軟件結構示意圖

2.3 系統(tǒng)各模塊關系

系統(tǒng)軟件的各子模塊的關系體現(xiàn)在以下三點：

1）下位機數據采集系統(tǒng)實現(xiàn)對設備監(jiān)測參量的采集，然后對數據信號進行初步處理，通過網絡將信號傳遞給上機。

2）在工控機上采用LabVIEW 的信號處理函數對信號進行處理，同時平臺對數據進行信號處理，然后采用基于RBF 神經網絡進行故障診斷，數據存入地面服務器。

3）顯示終端通過訪問服務器數據庫，在人機界面顯示監(jiān)測信息和預警信息等，系統(tǒng)數據傳輸與處理如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)數據傳輸與處理示意圖

3 工業(yè)性試驗

礦用隔爆型干式變壓器故障診斷與預警系統(tǒng)研制后，于2018 年10 月在大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司對其礦用隔爆型干式變壓器進行了安裝、調試，并投放了應用當中。故障診斷與預警系統(tǒng)在試運行期間，整體運行穩(wěn)定，有效地實現(xiàn)了對礦用隔爆型干式變壓器各項運行數據的監(jiān)測，成功地實現(xiàn)了對1 次空氣中單點電暈放電故障的預警和1 次鐵芯接地不良故障的預警，并做好了相應的處理措施，把故障隱患及時地消除了，保障了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。該變壓器故障診斷與預警系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速診斷，具有較高的預警準確性，可以進行大面積推廣應用。

4 結論

于2018 年10 月，虎龍溝煤業(yè)公司對礦用隔爆型干式變壓器故障預警與診斷系統(tǒng)進行了應用實踐，應用效果理想，成功地實現(xiàn)了對變壓器故障進行預警，為保障煤礦供電安全的安全性和可靠性奠定了基礎。