變壓器的故障診斷技術(shù)研究關(guān)懷

叢連杰

摘 要：變壓器在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用，而在變壓器長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，容易受到多種因素的影響導(dǎo)致發(fā)生各種運(yùn)行故障，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，因此必須高度重視變壓器的故障診斷，結(jié)合其故障類型，采取科學(xué)合理的故障診斷技術(shù)，加強(qiáng)變壓器運(yùn)行維護(hù)，提高變壓器的故障診斷技術(shù)水平。文章分析了變壓器常見(jiàn)的故障類型，闡述了變壓器的故障診斷技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：變壓器；故障；診斷技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)快速發(fā)展，引入的變壓器數(shù)量不斷增多。變壓器作為電力系統(tǒng)中的一種重要設(shè)備，其承擔(dān)著傳輸電能和變換電壓的任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于絕緣老化、加工制造質(zhì)量水平低等原因，變壓器經(jīng)常發(fā)生各種故障，為了準(zhǔn)確判斷變壓器的故障位置和故障原因，應(yīng)加大對(duì)變壓器故障診斷技術(shù)的研究，采用先進(jìn)的故障技術(shù)，提高變壓器故障診斷效率。

1 變壓器常見(jiàn)的故障類型

1.1 短路故障

變壓器短路故障是指相間短路、繞組對(duì)地短路、出口短路等，這種出口短路故障對(duì)于變壓器的運(yùn)行影響最為嚴(yán)重，這種故障發(fā)生頻率較高，一旦變壓器發(fā)生出口短路故障，其內(nèi)部繞組會(huì)流過(guò)非常大的短路電流，導(dǎo)致變壓器繞組快速發(fā)熱，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致繞組變形或者擊穿，發(fā)生火災(zāi)，危害工作人員生命安全。

1.2 放電故障

根據(jù)放電能量密度，變壓器放電故障包括高能量放電、火花放電和局部放電，當(dāng)變壓器運(yùn)行過(guò)程中，絕緣層中的油膜和氣隙發(fā)生放電，變壓器的繞組匝間層絕緣層被擊穿很容易發(fā)生高能量放電，若變壓器油質(zhì)較差易發(fā)生火花放電。

1.3 絕緣故障

絕緣材料使用壽命在很大程度上決定了整個(gè)變壓器的使用壽命，大多數(shù)的變壓器故障主要是由于絕緣層發(fā)生損壞。絕緣油老化、絕緣材料損壞、變壓器受潮放電、鐵芯疊片絕緣性較差等[1]，很容易造成變壓器絕緣油老化，絕緣材料損壞，而過(guò)電壓、濕度、溫度等因素都會(huì)影響變壓器的絕緣性能。

1.4 鐵芯故障

變壓器運(yùn)行過(guò)程中，鐵芯必須有一點(diǎn)穩(wěn)定接地，一旦兩點(diǎn)以上發(fā)生接地現(xiàn)象，會(huì)造成變壓器局部位置過(guò)熱，甚至將變壓器燒毀，在實(shí)際應(yīng)用中變壓器的鐵心故障發(fā)生率較高。

1.5 分接開(kāi)關(guān)故障

分接開(kāi)關(guān)對(duì)于變壓器的運(yùn)行狀態(tài)有著重要影響，分接開(kāi)關(guān)故障主要包括無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障和有載分接開(kāi)關(guān)故障，其中變壓器的有載分接開(kāi)關(guān)故障比較常見(jiàn)，如固定絕緣桿發(fā)生扭曲變形、有載開(kāi)關(guān)油箱滲油、觸頭松動(dòng)、脫落、燒毀等。

2 變壓器的故障診斷技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)故障診斷法

2.1.1觀察法

觀察法主要是通過(guò)人們的感覺(jué)器官，用手摸變壓器是否嚴(yán)重發(fā)熱，看變壓器節(jié)硅膠是否變色、套管是否發(fā)黑、油箱是否滲油，聞變壓器是否存在異常氣味，聽(tīng)變壓器是否存在異常聲音等，這種觀察法必須要求維護(hù)檢修人員具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)有這些情況，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)處理。

2.1.2 油化驗(yàn)

變壓器在發(fā)生一些潛伏性故障時(shí)，大部分可燃性氣體可以溶解在變壓器油中，因此變壓器故障診斷應(yīng)仔細(xì)檢驗(yàn)變壓器油油質(zhì)，采用氣體監(jiān)測(cè)儀，仔細(xì)分析氣體含量和氣體類別，仔細(xì)確定變壓器故障情況。

2.1.3 絕緣試驗(yàn)

絕緣試驗(yàn)包括介質(zhì)損失角、泄漏電流、絕緣電阻等試驗(yàn)，介質(zhì)損失角試驗(yàn)可以檢查變壓器局部嚴(yán)重缺陷、油質(zhì)老化、絕緣老化、是否受潮等[2]；絕緣電阻試驗(yàn)是一種非常常見(jiàn)的變壓器絕緣狀態(tài)檢查方法，通過(guò)測(cè)量線圈絕緣電阻和各個(gè)線圈的對(duì)地電阻，分析變壓器線圈多次的測(cè)量結(jié)果，確定變壓器線圈絕緣層是否發(fā)生故障。和絕緣電阻試驗(yàn)相比，漏電流試驗(yàn)在某些方面比較相似，這種試驗(yàn)方法是對(duì)變壓器施加較高的電壓，可以發(fā)現(xiàn)變壓器線圈絕緣層的一些特殊缺陷，例如，變壓器絕緣材料發(fā)生穿透性缺陷，如果采用絕緣電阻試驗(yàn)，其測(cè)量結(jié)果和往常測(cè)量結(jié)果相比沒(méi)有什么顯著變化，但是其絕緣電阻不斷增大，通過(guò)漏電流試驗(yàn)可以快速發(fā)現(xiàn)變壓器存在的缺陷。

2.1.4 變比測(cè)量

對(duì)變壓器進(jìn)行變比測(cè)量，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器是否發(fā)生匝間短路故障，檢查分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)和變壓器繞組匝數(shù)比等。

2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人腦活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其可以快速并行處理大量信息，具有較高的自學(xué)習(xí)能力和較強(qiáng)的魯棒性、容錯(cuò)性，可以映射出未知系統(tǒng)的輸出、輸入關(guān)系以及高度非線性，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前饋網(wǎng)絡(luò)，其主要由輸出層、隱含層、輸入層這三個(gè)節(jié)點(diǎn)層組成，每層都包含很多節(jié)點(diǎn)，將每個(gè)節(jié)點(diǎn)看作一個(gè)神經(jīng)元，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)層上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是相對(duì)獨(dú)立的，每個(gè)層次上的節(jié)點(diǎn)形成全互連連接狀態(tài)，從輸入層到各個(gè)層之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)單向傳播信息，最后到達(dá)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層節(jié)點(diǎn)[3]。根據(jù)相關(guān)研究表明，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力、精度和隱蔽層層數(shù)之間沒(méi)有直接的關(guān)系，通常情況下，可以選用一個(gè)隱蔽層。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是一種經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的非循環(huán)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)算法，由反向傳播和正向傳播構(gòu)成整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，經(jīng)過(guò)隱蔽單元和非線性變換逐層對(duì)輸入值進(jìn)行處理，最后傳遞到輸出層。每層神經(jīng)元狀態(tài)會(huì)受到上一層神經(jīng)元狀態(tài)的影響，若輸出層無(wú)法達(dá)到期望輸出，可以轉(zhuǎn)換到反向傳播，修改和校正各個(gè)神經(jīng)元權(quán)值，最大程度地縮小誤差信號(hào)；其二，工作期，固定各個(gè)連接權(quán)值，計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元狀態(tài)，診斷時(shí)，結(jié)合不同變壓器的狀態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出，將期望值和這些計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

2.3 遺傳算法故障診斷技術(shù)

遺傳算法故障診斷技術(shù)是一種受到生物進(jìn)化的啟發(fā)發(fā)展出來(lái)的智能分析法，其包含變異、交叉、選擇等階段，遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比，可以實(shí)現(xiàn)全局搜索。同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)變異和基因多點(diǎn)交叉方式，選取最優(yōu)種群，從而構(gòu)建遺傳算法在線診斷系統(tǒng)，當(dāng)前很多遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法有效結(jié)合起來(lái)，通過(guò)遺傳算法確定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初值，有效克服了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢和局部收斂的問(wèn)題[4]。另外，粗糙集理論和遺傳算法的約簡(jiǎn)算法，通過(guò)全局并行尋優(yōu)，極大地提高了遺傳算法的執(zhí)行效率。

2.4 專家系統(tǒng)故障診斷技術(shù)

專家系統(tǒng)主要是根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的相關(guān)知識(shí)或者專家經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)推力判斷，幫助用戶進(jìn)行決策。在變壓器故障診斷中應(yīng)用專家系統(tǒng)，在知識(shí)庫(kù)中修改、刪除或者增加相關(guān)專家知識(shí)，使知識(shí)庫(kù)保持有效性和實(shí)時(shí)性。并且由于變壓器類型比較多，常見(jiàn)故障也是多樣化，相關(guān)專家知識(shí)較少，若專家知識(shí)庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)不正確，必然會(huì)影響用戶決策，因此應(yīng)實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，這種故障診斷技術(shù)效率較高。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，電力系統(tǒng)的規(guī)模和容量不斷增大，對(duì)于變壓器可靠供電和安全運(yùn)行要求較高，變壓器電力系統(tǒng)配電和輸電的重要設(shè)備，一旦變壓器發(fā)生運(yùn)行故障，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。通過(guò)采用科學(xué)合理的故障診斷方法和先進(jìn)技術(shù)，快速診斷變壓器故障位置和元器件，及時(shí)檢修和維護(hù)，減少停電損失，推動(dòng)我國(guó)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭含博.電力變壓器狀態(tài)評(píng)估及故障診斷方法研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[2]付強(qiáng).電力機(jī)車主變壓器故障診斷技術(shù)研究[D].中南大學(xué)，2013.

[3]許永建.變壓器故障診斷技術(shù)研究[D].南京理工大學(xué)，2010.

[4]徐安定.大型變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[D].浙江大學(xué)，2012.