李村煤礦供電變壓器故障快速診斷方法

趙春洲，田錦繡，管智峰，付 昱

（1.潞安化工集團有限公司李村煤礦，山西 長治 046000；2.遼寧工程技術(shù)大學，遼寧 葫蘆島 125105）

引言

礦用供電變壓器經(jīng)長時間運行，很容易發(fā)生故障，變壓器發(fā)生故障時會產(chǎn)生H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4等特殊氣體，這些氣體大部分會融入變壓器油中。國際電工委員會推薦的油中溶解氣體分析（dissolved gas analysis，DGA）已經(jīng)成為油浸式電力變壓器故障診斷最常用且有效的方法[1]。為了進一步提高故障判斷的快速性，提出了一種可快速判斷礦用變壓器故障類型、故障位置的方法。

1 變壓器故障信息的獲取

變壓器發(fā)生故障時，可通過甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等氣體的參數(shù)變化來判斷。選用MC101型氣敏元件，當氣體產(chǎn)生時，檢測元件電阻會變大，電橋輸出電壓也會發(fā)生改變，該電壓會根據(jù)氣體濃度的改變成正比例變化[2]。

MC101型氣敏元件的特點是橋路輸出電壓的線性度好，有較高的響應速度，具有良好的選擇性和重復性，工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，抗干擾性強，可在復雜條件下完成對多種氣體的檢測。變壓器故障檢測電路如圖1所示。

圖1 變壓器故障檢測電路

該型傳感器具有較高的靈敏度、較小的功率損耗、較高的檢測精度、較寬廣的線性范圍和較高的抗干擾性，可以在復雜條件下完成變壓器故障檢測，其外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 氣體檢測傳感器外形結(jié)構(gòu)（單位：mm）

氣體檢測傳感器使用的是電化學敏感元件，氣體發(fā)生電化學反應，其產(chǎn)生的電流與被檢測的氣體濃度成正比，通過對電流的大小進行測定，從而確定待測氣體的濃度[3]。圖3所示為氣體檢測傳感器濃度線性特征關(guān)系曲線。

圖3 傳感器濃度線性特征曲線

2 變壓器故障診斷算法

發(fā)生故障時一般使用特征氣體分析法和濃度比值法來判斷變壓器的故障類型，但由于在特征氣體中，大部分沒有反映這種關(guān)系的特性，因此將多種方法相融合進行礦用變壓器診斷和識別。

選擇H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4這幾種具有代表性的氣體，與前述的特征氣體濃度檢測結(jié)果作對比，礦用變壓器的故障與油中溶解氣體的組成、特征氣體的相對含量都有著重要關(guān)聯(lián)。變壓器絕緣油裂解程度與其溫度有關(guān)，溫度升高所產(chǎn)生的特征氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2，此外由于局部放放電所產(chǎn)生的離子相互摩擦、碰撞從而產(chǎn)生部分H2[4]。算法首先利用檢測系統(tǒng)檢測出來的五種特征氣體乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、氫氣含量的比值（V（C2H2）/V（C2H4）、V（CH4）/V（H2）、V（C2H4）/V（C2H6））來初步判斷變壓器故障類型。然后再采用三角故障診斷算法對檢測的特征氣體進行計算，算法可以包含一些落在閾值范圍之外的特征數(shù)據(jù)，三角故障診斷算法如圖4所示。

圖4三角故障診斷算法示意圖

圖3 中：T1，小于300℃的低溫過熱；T2，300~700℃之間的過熱故障；T3，700℃以上的過熱故障；PD，局部放電；D1，低能放電；D2，高能放電。

具體計算公式如下：

式（1）（2）（3）中的單位均為μL/L，X=φ（C2H2），Y=φ（C2H4），Z=φ（CH4）。計算的比值落在圖3中的那個區(qū)域，此區(qū)域所代表的故障就是該比值所對應的故障類型。若是比值不在故障判斷臨界值之內(nèi)，而是處于臨界值，這時就要依據(jù)其他方法進行判斷分析。

3 變壓器故障診斷實例分析

該方法在李村煤礦進行了實驗，選取李村煤礦供電變壓器實際運行過程中的200組DGA數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分為正常（N）、低能放電（LE-D）、高能放電（HE-D）、中低溫過熱（LM-T）、高溫過熱（HT）5種不同的狀態(tài)[5]。故障樣本數(shù)據(jù)如表1所示，由表可知所提出的方法具有良好的診斷效果。

表1 故障樣本數(shù)據(jù)分配表

4 結(jié)論

通過對選取的變壓器DGA數(shù)據(jù)進行測試，表明所提出的變壓器故障診斷模型與算法能準確、高效地對變壓器故障進行診斷。