（电力系统及其自动化专业论文）基于模糊策略的变压器状态检修.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t op o w e rt r a n s f o r m e r , a st h eh u bd e v i c eo fp o w e rs y s t e m ，o p e r a t i o nr e l i a b i l i t yi sd i r e c t l y r e l a t e dt op o w e rs y s t e ms e c u r i t ya n ds t a b i l i t y c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c ei sas o r t o f m a i n t e n a n c eb e t t e rt h a nt h er e g u l a rm a i n t e n a n c et or e d u c em a i n t e n a n c ec o s t s ，r e d u c em a i n t e n a n c e o u t a g ee v e n t s ，a n di m p r o v ee q u i p m e n tu t i l i z a t i o n i no r d e rt oi m p l e m e n tt h et r a n s f o r m e r c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ，t r a n s f o r m e rn e e df o ra c c u r a t ea s s e s s m e n to ft h es t a t e t h e r e f o r e ， t h et i m e l ya n da c c u r a t eg r a s po ft h et r a n s f o r m e rr u n n i n gs t a t ei ng u i d i n gt h et r a n s f o r m e r c o n d i t i o n b a s e dm a i n t e n a n c ea n dt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fp o w e rs y s t e mo p e r a t i o nh a v e i m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e f u z z ym a t h e m a t i c sa n d m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c a la r eu s e dt op r o c e s st h e e x p e r i m e n t a ld a t a s ，a n dc h o o s et h ec o m b i n a t i o no ft r i a n g u l a ra n dt r a p e z o i d a lt o d e t e r m i n et h em e m b e r s h i pf u n c t i o no ft h et e s td a t a d e r i v e df r o mt h ef u z z y a s s e s s m e n t ，t h es e r i o u ss t a t u so ft h ef u z z ys t a t ed e s c r i p t i o nc a nb es h o w ni nt h e a s s e s s m e n tr e p o r t a st ot h eg a s e sd i s s o l v e di no i l ，t h i sp a p e rp r e s e n t saf u z z y t h r e e r a t i om e t h o dt oa c h i e v et h et r a n s f o r m e rf a u l td i a g n o s i sf u n c t i o n s a tl a s tt h e c o r r e s p o n d i n ga s s e s s m e n tm o d e l sa r ec o n s t r u c t e db a s e do n “g u i d e l i n e sf o rp o w e r t r a n s m i s s i o na n dt r a n s f o r m a t i o ne q u i p m e n t sc o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ”，a n dt h e t r a n s f o r m e rc o n d i t i o na s s e s s m e n ta r eg i v e n c o m b i n e dw i t he n g i n e e r i n gp r a c t i c e ，t h ed e s i g no f e q u i p m e n ts u b s t a t i o n c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mi sp r e s e n t e d t od oan e e d a n a l y s i so ft h es y s t e m ，u s i n gv c + + p r o g r a m m i n gs o f t w a r e ，c o m b i n e dw i t ht h es q l s e r v e rd a t a b a s et e c h n o l o g y , t oc o m p l e t et h es y s t e md e s i g n s y s t e mc o m b i n e sa v a r i e t yo fo f f l i n ed a t at od e t e r m i n et h eh e a l t ho fp o w e rt r a n s f o r m e r s ，b a s e do nt h e a s s e s s m e n tr e s u l t st od e v e l o pt h ea p p r o p r i a t em a i n t e n a n c es t r a t e g ya n dm a i n t e n a n c e c y c l e s i ts h o w se x c e l l e n te f f e c t i o nd u r i n gp r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：p o w e rt r a n s f o r m e r ；c o n d i t i o n b a s e dm a i n t e n a n c e ；s t a t ea s s e s s m e n t ；f u z z y m a t h e m a t i c s ；f a u l td i a g n o s i s i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：钙踊签字日期：加1 年，月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：留蜗 签字9 期：1 年伊月坷日 导师签名( 手写) ：2 匀似 签字日期：砂卿刁年) 。月 第1 章引言 第1 章引言 1 1 选题背景和研究意义 电力变压器担负着电能的传输、分配及电压的变换等多种功能，为电力部 门提供服务，是电力系统的最关键的电力设备之一。电力系统的可靠、安全、 经济、优质运行的重要保证是变压器处于正常运行。因此，电力运行人员必须 最大限度地防止电力变压器的事故的发生和减少变压器故障几率。变压器的运 行状况的是否良好影响着电力网络的安全可靠运行，电力变压器产生的故障不 仅影响着整个网络的输配电的能力，甚至造成大规模停电，给人们生活带来重 大损失和不便。因此，电力系统迫切需要解决的课题是如何努力提高电力变压 器技术管理和运行维护水平，从而降低变压器故障的发生概率i l j 。 一直以来，电力运行人员对电力变压器采用定期检修方式来保证电力变压 器的安全运行。随着电力网络的不断扩大和我国电工制造水平的不断提高。新 装的电力设备具有免维护化、集成化、智能化、小型化等优点。为提高电力设 备的管理水平，状态检修是我我国对电力设备确定检修方式的必然趋势。 1 、定期检修的改革是电力系统国际化大趋势。日本、德国、美国、新加坡 等发达围家都在不同程度地放弃定期检修这种检修方式。例如：美国的检修策 略从定期检修和预测检修策略阶段进入了状态检修方式的阶段。 2 、对电力设备采用状态检修是电力公司自身发展的需要。定期检修不仅给 电力公司造成大量人力、物力和财力的浪费，因电力设备重复停电检修将严重 影响电力系统的安全可靠性。随着电网的迅速发展，电力公司需要对变电设备 采用状态检修方式来提高电力设备的检修质量，对电力设备实现“应修必修， 修比修好”，从而提到电力系统供电可靠性 2 1 。 3 、定期检修在理论上存在一定的不合理性，它是一种盲目性的检修方式， 主要以预防性试验为主，虽然这种检修方式相对于故障检修方式有很大的进步。 但是，定期检修并没有考虑到电力设备的初始状态量变化情况，导致电力设备 出现“该修没修 的严重后果。 电力设备采用状态检修的方式，不仅可以克服定期检修造成的失修的问题 的出现，而且减少对电力设备过渡维修出现的人力、财力和物力的浪费。本文 第1 章引言 选择基于模糊策略的电力变压器状态检修作为研究课题，依据2 0 0 8 年5 月国家 电网公司下达的输变电设备状态检修规程导则建立电力变压器状态评估的 模型，对变压器的本体和套管的高压试验数据、油试验数据均采用模糊数学和 数理统计的方法进行预处理。将反映变压器工作状态的各种状态量综合起来分 析处理，为电力工作人员及时掌握变压器的运行情况提供依据。本文采用v i s u a l c + + 编程软件与s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库相结合，完成对变电设备状态检修辅助 决策系统的设计和编程工作。从而实现了电力变压器状态检修的智能化诊断的 功能，对保证电力系统的安全运行起到了重要作用。 1 2 状态检修发展趋势 电力设备的检修制度是随着电力设备的更新而变化的，是在电网技术进步 中和工业化的进程中发展的，变电设备检修过程经历了以下两个阶段【3 。5 1 。 一、检修第一阶段 事后检修m ，b r e a km a i n t e n a n c e ) 阶段为检修的第一阶段，也称故障后检修 ( c m ，c o r r e c t i o nm a i n t e n a n c e ) 阶段，其含义是：对功能失效的电力设备或电力设备 部件所进行的维护、修理、拆装、更换、修理或调试。故障检修特点是：电力设 备的检修工作在设备发生故障后才进行检修。这种故障后检修方式最适合电力设 备发生故障的后果轻微或设备投资低的情况，故障后检修的优点是设备检修费用 较低，。由于电力设备的故障是具有不可预见性，在正常负荷运行及额定电压情况 下，电力设备或电力设备的重要部件突然发生的故障，将导致电力系统内部相关 联的电力设备受到过电流或过电压的冲击，从而使变电设备产生不能恢复的损坏。 显然，这种故障后检修方法需付出很高的检修费用和严重的代价 6 1 。 二、检修第二阶段 依据电力设备检修的目标和技术的不同，将检修第二阶段分为以下两种检 修方式： l 、第一种检修方式称为定期检修( t b m ，t i m eb a s e dm a i n t e n a n c e ) ，这种检 修方式是指按预先给定的操作次数与检修周期来所执行的规定的预防性试验， 它的特点是：根据电网运行人员积累的经验来规定检修的时间间隔，在电力设 备达到规定的周期时对电力设备进行检修。这种检修方式适合一些可靠性要求 不高，且容易产生磨损的电力设备，一般情况下定期检修可以消除设备的隐患， 2 第1 章引言 在消除设备隐患的同时电力设备可以继续稳定运行。 我国在2 0 世纪5 0 年代就开始借鉴前苏联的定期检修的方法，对电力变压 器、断路器、电流互感器及电压互感器等电力设备均采用定期检修的方式，并 全国采用统一的规程规约，对不同的电力设备采用不同的检修类别和检修周期 和检修项目都有相应规程规定。其中对于电力变压器的要求有：在电力变压器 投入5 年内必须对变压器进行一次大修，在运行以后的5 - 1 0 年内试验人员需要 对变压器在进行一次大修试验；对于11 0 k v 2 2 0 k v 少油断路器的规定是投运一 年时必须进行一次大修，以后每3 5 年需进行一次大修试验和一年一次小修工 作；对可靠性要求不高电力设备，定期检修的方式对电力公司提高规范检修管 理和提高电力设备可靠运行水平起了很大的作用1 6 。 2 0 世纪8 0 年代中后期，我国部分电力公司依据各类电力设备检修的实际情 况并借答国外的先进检修技术，得出定期检修的不足是忽略了电力设备的环境、 质量、性能差异。在电力设备检修中，常出现设备拆开后并不存在任何故障现 象；而一些周期未到、状态不佳的设备却又不能列入检修计划中进行大修。 2 、状态检修( c b m ，c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) 。也称主动维修或预知检 修。状态检修是在掌握设备健康状况的基础上确定极少状况不良的设备实施检 修，是在设备性能和结构接近损坏前夕才实施的检修，是一种该修必修的检修 方式。状态检修方式通过对设备外在特征的运行状况进行观察，并综合其他运 行状态量，来识别潜在的或其正在发生的故障迹象。这种检修方式不要求对设 备进行大修或定期的预防性试验，但必须及时整理、收集、归纳设备的各种运 行状态量，及时对设备的状态进行评估，制定检修策略，合理安排检修项目。 这种检修方式具有检修的有效性和针对性的特点，能促使加强设备的精细化管 理和综合分析，可以帮助电力试验人员尽早地发现设备存在的问题与故障的萌 芽状态，可以有效延长设备的使用寿命，设备运行维护费用也得到降低。状态 检修就是，对电力设备各种状态信息进行综合分，对设备的状态做出正确的评 估，并严密关注状态欠佳的设备，及时对状态严重或不良的设备提出检修建议， 对已检修的设备进行更进一步的跟踪和分析总结得失1 7 j 。 1 3 开展变压器状态检修的特点 对电力变压器采用状态检修方式具有以下几个特点： 3 第1 章引言 l 、通过对电力变压器开展更精细的管理使变压器一直处在良好的状态，提 高电力系统的安全性。精细的管理主要体现在对“状态不好电力变压器的跟踪 并及时的安排检修 上，电力公司对变压器不采用定期检修的方式，可以大大 减少对变压器检修的工作量，而主要的工作重点就是对变压器状态的进行严密 监测和采用针对性的高质量检修，必须将重点放在收集变压器多方面的信息， 并对各类信息进行综合性分析，全面掌握变压器运行状态。此外，对典雅其开 展状态检修还需要落实变压器维护管理责任制。因为，变压器状态的检修和管 理必须按照专业、区域、分单位、分责任人来分工进行的。开展状态检修后， 变压器的运行状态的评估报告和检修信息须上报给电力运行单位；试验数据的 收集和分析处理应在电力试验单位完成；而变压器的状态的综合评估、处理建 议及检修工作由检修单位及其生计部门得出。在电力变压器的状态评估报告中 应对状态有缺陷的变压器必须给出充分的说明。为此，检修单位的状态评价责 任人必须不断审视所管辖的电力变压器的状态，检修单位的工作必然更加主动。 对电力变压器开展状态检修，可以使变压器管理者及有关领导能较好的掌握电 力变压器的运行状态。 2 、对变压器采用状态检修技术，真正的实现了减人增效，而检修费用明显 降低。电力设备的技术管理人员在技术培训上得到了加强。 3 、减少了电力设备的停电次数，变压器的利用率也得到相应的提高。在不 降低变压器可靠性的前提下降低物力、人力、财力和电力系统的操作，电网经 济效益、供电可靠性和社会效益也得到了提高。 4 、对所管辖的变压器的数量越大、其运行状况普遍越好、设备的精密化模 块化程度越高，实行状态检修方式就越有效益。因为这种情况下，大部分的电 力变压器延长了检修间隔期，甚至有些知道寿命终止时采用“设备更新 来替 代，检修的费用也就得到降低。 1 4 开展变压器状态检修的难点分析 欧美、日本等先进国家已经对电力设备实施状态检修方法，我国还处于倡 导和探索阶段，只在几个先进地区试行。如大连供电局对6 6 k v 及以下电力设备 采用了状态检修技术，而对于2 2 0k v 电力设备却以定期检修和状态检修相结合 的方式处理，对于继电保护线路清扫都采用的是定期检修，其中有7 条6 6 k v 线 4 第1 章引言 路自1 9 9 1 年来从未被清扫过；而广州电力公司以变压器和断路器采用状态检修， 并详细制定了各类断路器等效开断次数和电流的计算方法；宝鸡供电局在2 0 世 纪7 0 年代起就开始了对断路器弹性检修周期的研究，并出台了变压器、断路器、 线路、继电保护、自动化、通信6 个专业状态检修实施导则。 目前，我国对变压器实施状态检修进程仍然比较缓慢，究其原因，状态检 修还有以下几个问题需要解决或莺新认识： 1 、基层检修试验单位和供电企业领导对状态检修的原动力不足。对电力变 压器采用状态检修的方式比定期检修方式用的心血要大得多，而且承担的风险 也要增加，必然出现电力试验单位对开展电力变压器的状态检修的积极性不高 的情况。 2 、电力公司都以规程规约对电力变压器的事故分析和责任追究，特别是在 处理一些直接原因未查出的事故时，总是把对规程的有没严格执行或是否按期 检修当成事故的主要原因。 3 、比较蕈要的目前电力变压器的在线监测技术手段还不够完善。目前能够 在线监测变压器的某些状态的仪器还不很多。已较成熟的在线监测手段有红外 线测温、色谱分析、油中气体在线监测。这些在线监测手段能够对变压器是否 是运行正常及存在何种故障的类型提供判据。但是，通过国内外对变压器的在 线监测的实践证明，在线监测手段所针对变压器的状态量的监测信息和故障类 型是有限的，对所有的电力设备都采用在线监测在技术上很困难的。我们掌握 电力变压器的全面状态必须依靠停电检测的信息、运行信息、历史信息、同类 设备的故障信息等，对电力变压器进行综合分析判断，最终得出变压器的状态 评估报告。在电力变压器质量已明显提高的情况下，不需要为了追求价格昂贵 而发挥作用很小的在线监测设备，采用停电测试手段与己较成熟的带电测试手 段密切结合，作为评价变压器状态的基本方法足以。 4 、对电力变压器采用状态检修技术管理工作比较复杂。如何确定变压器是 否需要检修或需要检修的项目或在何时对变压器安排检修? 采用定期检修这些 问题的解决依依赖于电力变压器的状态信息是否全面或是否制订有效的状态检 修实施细则和规程上有是否有周期、项目、标准。采用状态检修的方式就不同 了，状态检修要求电力设备管理人员熟悉电力变压器的特性，随时了解其的运 行状况并经常查阅变压器的诊断报告，并对同厂同期的变压器进行相互比较， 综合分析，最后确定变压器需要检修的项目。总之，要掌握好电力变压器的运 5 第1 章引言 行状态既是难度很大的管理问题，也是综合性技术问题。对于各个电力公司的 设备管理单位来说，这是一项长期而复杂的工作。状态检修技术管理工作虽然 难度大，但成效也比较大。 1 5 论文的主要研究工作 通过对电力变压器状态检修的国内外研究现状的分析，电力变压器状态评 估系统在软件方面的发展在我国仍处于起步阶段，本文通过实践积累丰富的电 力变压器运行经验，并确定变电设备状态检修辅助决策系统流程和方案，在查 看大量文献资料的基础上，本文提出了以下几点研究内容： 1 、深入、全面的分析电力变压器的各种预防性试验与运行巡视项目，对电 力变压器的各种数据进行了分类整理，将变压器的试验数据分为高压试验数、 油试验数据和运行数据三种类型，并对试验数据构建了数据编码和存储的结构， 为文中数据的处理、分析和利用打下基础。 2 、在结合电力现场试验要求，对变压器本体与套管的高压试验数据和油试 验数据采用了模糊数学和数理统计相结合的方法进行处理，选择三角形和梯形 两种模型相结合来确定部分试验数据的隶属函数。提出了一种基于模糊策略的 变压器状态检修的新算法，这种算法不仅可以反映电力变压器的状态量的变化 对其健康情况的影响，而且将变压器的原始数据、运行资料、检修资料、家族 缺陷及其他资料也考虑在内。 3 、依据2 0 0 8 年5 月国家电网下达的输变电设备状态检修导则中方法建 立变压器的评估模型，对部分高压试验数据的处理采用模糊化处理，可以将接 近注意值的状态在评估报告中显示出来。防止由于没有超过注意值，但是接近 注意值的状态量继续发展成故障状态量。 4 、针对电力变压器评估软件的要求，需要对系统数据库及评估功能模块进 行设计，完成变电设备状态检修辅助决策的设计，并将变电设备状态检修辅助 决策系统投入实际的电力生产运行中。 1 6 本章小结 本章详细地分析了电力变压器状态检修技术的发展历程，论述了对电力变 压器实施状态修是我过迫切需要解决的课题和开展状态检修的必然性，在查阅 6 第1 章引言 大量国内外研究资料的基础上，介绍了开展变压器状态检修的特点及难点分析， 给出了本论文的主要研究内容。 7 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 2 1 电力变压器电气试验项目分析 电力变压器在制造、修理、运输、保管和长期运行过程中可能存在各种各 样的缺陷，或者这些缺陷不能及时被试验人员发现而是一直潜伏下来。因此， 为了保证电力系统的安全运行及降低变压器的因故障停电时间，电力试验人员 通常采用预防性试验来防止电力变压器故障的产生，有效的发现存在变压器隐 藏下来的缺附引。 电力变压器的预防性试验包括以下两大类：第一类是非破坏性试验，电力 变压器的非破坏性试验包括绝缘电阻、极化指数、吸收比、泄漏电流以及介质 损耗角的测量、色谱分析等。各类试验项目反映绝缘的性质是不同的，对于电 力变压器的评估需要对各项电气项目进行试验，对预防性试验结果进行综合分 析，得出正确的判断。另一类是耐压试验，耐压试验虽然可以保证电力变压器 有一定的耐压水平，而这类的试验对变压器的绝缘考验比较严格和直接，但是 对电力变压器的绝缘会造成一定的损伤，可能使潜伏下来缺陷发生击穿。以下 分别对变压器的电气绝缘试验项目进行分析和讨论【9 - 1 1 1 。 2 1 1 绝缘电阻、极化指数( 吸收比) 分析 检查电力变压器整体绝缘是否有较高的灵敏度，电力试验人员常采用测量 电力变压器的绝缘电阻、极化指数、吸收比的值，这种方法能有效地检查出变 压器绝缘整体是否受潮、脏污以及贯穿性的缺陷、部件表面受潮情况。规程规 定，变压器的绝缘电阻高表示其绝缘良好，一旦绝缘电阻有下降的趋势，表示 电力变压器的绝缘已经受潮，绝缘电阻如果降到低于注意值则变压器可能发生 老化和劣化，变压器的绝缘电阻通常规定以加压1 分钟时测得的数值【1 2 1 。 由于绝缘电阻的值会随着环境温度的不同而变化，在d l t 5 9 61 9 9 6 电力 设备预防性试验规程中对电力变压器绕组的绝缘电阻没有规定注意值，采用 相对初始值和上次试验值的比较方法，规定换算至2 0 度的绝缘电阻，与前一次 测量结果相比无明显变化，一般要求绝缘电阻实测值不低于出厂值的7 0 。可 按照公式r ：= r 。1 5 ( f h 2 ) 门。可以对不同温度下的绕组绝缘电阻进行换算，式中 8 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 r 1 、r 2 分别为温度t i 、t 2 时的绝缘电阻值【1 3 】。 指绝缘电阻在1 5 s 和6 0 s 读数的比值的大小称为吸收比，用k = r 6 。r 。表 示。对于较大电容量的变压器，电力试验人员测量吸收比来判断电力变压器的 绝缘是否受潮。在规程中要求电压等级为3 5 k v 及以下且容量小于1 0 0 0 0 k v a 的电力变压器的吸收比必须大于1 3 。但是在绝缘电阻的实际测量过程中，会出 现绝缘电阻高、吸收比却很小的情况。由于依据吸收比的值判断电力变压器的 绝缘状况具有不确定性，因此，依据现场要求，对于大容量的电力变压器常采 用极化指数p i 来进行判断绝缘是否受潮。将加压1 0 分钟时的绝缘电阻与加压1 分钟的的绝缘电阻的比值为极化指数，即p i = r ，。r 。在电力变压器的正常情 况下极化指数必须大于1 5 。 本文依据现在试验人员积累的工作经验，将电力变压器的绝缘电阻数据按 照以下两点进行处理： l 、对于电压等级为1 1 0 k v 的电力变压器，变压器本体绝缘电阻大于3 0 0 0 m q ，则不需要对吸收比或极化指数考虑，但是需要与前次、初始值进行比较。 如果变化大于3 0 ，提示试验人员，但是不参加扣分，如果绝缘电阻不大于3 0 0 0 m q ，则需要对吸收比和极化指数进行判断，吸收比小于1 3 或极化指数小于1 5 ， 且绝缘电阻与前次测试值相比，绝缘电阻下降幅度大于3 0 ，依据输变电状 态检修规程绕组绝缘电阻电阻选项应扣2 4 分，如绝缘电阻下降幅度大于7 0 ， 应扣掉3 0 分。其他情况，将提示试验人员绝缘电阻数值的相应变化。但不扣分。 2 、对于对于电压等级为2 2 0 k v 以上的电力变压器，本体的绝缘电阻与 1 0 0 0 0 mf j 相比，其他分析过程与1 1 0 k v 的电力变压器的分析相同。 3 、对于变压器的附件套管的绝缘电阻的判断，当变压器的附件套管主屏绝缘 电阻小于1 0 0 0 0 mq 或末屏绝缘电阻小于1 0 0 0 mq ，则变压器的套管应该扣掉6 分。 2 1 2 泄漏电流分析 测量电力变压器的泄漏电流的值可以发现一些尚未完全贯通的集中性缺 陷，测量泄漏电流值能反映其他试验项目所不能反映的电力变压器的局部缺陷。 为了保证特高压大容量变压器安全运行，泄漏电流试验起到了积极的作用， 泄漏电流值与电力变压器的温度和绝缘结构等因素有关，对于2 2 0 k v 油浸 电力变压器的状态参量泄漏电流而言，泄漏电流的大小必须小于注意值5 0ua 。 而在本文中，泄漏电流当前试验值与历史值相比变化大于历年值的5 0 为故障 9 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 状态【1 4 】。 2 1 3 介质损耗角正切值 介质损耗正切t a n6 是一个无量纲的数，是电介质中电流的有功分量与无功 分量的比值。测量电力变压器的介质损耗正切值是判断其绝缘状况的一种比较 灵敏方法，对发现变压器的绝缘的老化和受潮等缺陷比较有效的手段。表2 1 给 出了2 0 c 时t a n6 注意值，介质损耗角正切值的实测值要求与初始值进行比较， 且变化应不大于初始值的3 0 1 1 5 】1 1 6 1 。 表2 1 介质损耗角正切规定值 变压器电压等级 3 3 0 k v - 5 5 0 k v6 6 k v - 2 2 0 k v 3 5 k v 及以下 t a n 万0 6 0 8 1 5 资料来源：中国电力企业联合会标准化中心试验标准【s 】中国电力出版社2 0 0 2 3 t a n6 是一个随温度上升而增加的状态量。测量温度以变压器的顶层油温为准， 由于每次试验时变压器的温度是变化的，试验人员应将不同温度下测得的t a n 万换 算到温度为2 0 c 时的t a n 6 值。可按公式t a n 最= t a n 8 t 1 3 ( 1 2 叫1 ) 儿。对不同温度下的 介质损耗值进行换算，t a n 反、t a n 8 2 分别为t l 、t 2 时的介质损耗角正切值。 在本文中对变压器介质损耗角正切值的处理为： l 、当电力变压器本体的介质损耗并没有超过如表2 1 规定值，但是与上次 试验值比较，变化大于3 0 ，变压器本体应该扣掉6 分； 2 、当电力变压器本体的介质损耗超过如果表2 1 所示的规定值，但是电容 量与初始值比较，变化小于5 ，变压器本体应该扣掉2 4 分； 3 、当本体电容量变化大于5 时，变压器本体应该扣掉4 0 分，得到变压器 的状态为故障状态。 4 、对于变压器的附件套管的介质损耗达到极限值的7 0 ，且变化大于3 0 ， 变压器的套管应该扣掉2 4 分； 5 、如变压器的附件套管的介质损耗超过标准要求，或者电容量变化大于5 ， 套管相应扣掉3 0 分和4 0 分，这是可以判断变压器为故障状态。 6 、其他情况变压器不扣分。 2 1 4 绕组直流电阻试验分析 变压器绕组直流电阻试验是电力变压器试验中不可缺少的项目。因为绕组 1 0 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 直流电阻值试验测试既简便又很重要，所以它是确保变压器的安全运行、检修 质量和生产质量的一个重要手段【1 7 】【1 8 】。 通过测量变压器的直流电阻，从而计算出直流电阻的不平衡率，检验出绕 组的焊接质量、材质和分接开关接触情况。通过测量绕组直流电阻，就能发现 分接开关接触不良、碰焊等隐患l l 引。 通常判断直流电阻合格与否的判据是通过变压器电阻的不平衡率参数来判 断的。对于星形联结，应测量各相绕组电阻，无中性点引出线的星形联结，可 测量各线间的电阻，按式( 2 1 ) 计算各相电阻；对于三角形联结，可测量各线 端的电阻，然后按式( 2 2 ) 计算各相电阻。式中r a b 、r b c 、r c a 为线端绕组 直流电阻；r a 、r b 、l k 为相间绕组直流电阻。此外，绕组直流电阻会受绕组温 度影响，因此，在与初始值进行比较时，需要按式( 2 3 ) 进行修正。式中，r l 、 r 2 分别表示温度为t l 、t 2 时的绕组电阻；t k 为常数，铜绕组t k 为2 3 5 ，铝绕组 t k 为2 2 5 。由于绕组的准确测量比较困难，因此，修正之后可能仍有偏差，偏 差较大时，可能导致误判。因此，对于三角形联结和无中性点引出线的星形联 结，优先检验三相之间的互差。规程中规定，绕组直流电阻相间互差不大于 2 ，线间互差不应大于1 。如果直接测量的相绕组电阻偏差明显差大，可怀疑 中性点引出线存在问题。我困曾出现过因中性点接触不好，变压器单相接地时 发生故障的先例。 r 。：坠坠二坠 r r ：垒型兰 堑 r ，：坠坠二坠 r ：墨丝：墨旦：墨丝：二! 墨丝二墨鉴! ：二! 竺丝二塾2 ：二垡鱼二竺丝2 ： 足。：墨丝：坠：墨丝：二! 墨丝二墨墼! ：二! 墨丝二垒兰2 ：二塑b 二墨丝2 ： r ，：坠：坠：垒：二竖旦二墨丝：! ：二! 坠二坠2 ：二! 塾二坠2 ： ( 2 1 ) ( 2 2 ) 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 尺2 = 尺- ( t i k k + 爿t 2 ( 2 3 ) 2 2 油中溶解气体分析 电力变压器油中溶解气体分析( d i s s o l v e dg a s e sa n a l y s i s ，简称d g a ) ，是 用气相色谱分析变压器油中溶解气体的含量和组分，判定变压器是否存在内部 故障，并诊断出变压器的故障类型。色谱分析是目前电力系统中对油浸式电力 变压器的一种重要监测手段。变压器的内部的早期故障可以通过油中溶解气体 分析得到诊断。这种技术操作简单、准确性高，并且不需要停电试验，油中溶 解气体分析在电力变压器的故障诊断中获得广泛应用，并被列为电力设备预防 性试验标准的第一常规试验项目【2 0 】【2 l 】。 2 2 1 变压器内部故障类型与油中气体含量关系 电力变压器内部故障主要有热故障、电故障和机械故障三种类型，主要以 热故障和电故障为主，以下是湖北省电力公司对含有故障的3 5 9 台变压器的故 障类型的分析，结果如表2 2 所示。 表2 - 2 变压器故障类型统计 故障类型 台数比率故障类型台数比率 过热性故障 2 2 66 3 火花放电故障 2 57 0 高能量放电故障 6 51 8 1 受潮或局部放电 71 9 过热兼高能放电故障 3 61 0 0 资料来源：王昌k ，李福祺，局胜友电力设备的在线监测与故障诊断【m 】清华大学出版社2 0 0 6 1 0 1 、电故障 变压器的电性故障按照气体能量密度不同可分为电弧放电、火花放电和局 部放电三种故障类型。 2 、电力变压器的热故障 2 2 1 电力变压器的绝缘油受到严重过热时才会有微量的c 2 h 2 的气体产生，且该 气体最大含量只能为总烃的含量的6 ，在一般情况下，过热性故障都不会产生 乙炔这种气体。 1 2 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 3 、受潮 由于在故障的特征气体组分和含量基本相同的情况下，试验人员就很难区 分变压器是局部放电还是受潮缺陷，依靠油中溶解气体分析是不能区分这两种 故障的。因此在必要时候需要根据变压器的外部检测和其他试验结果进行综合 分析判断。电力变压器的不同故障类型产生的气体的成分如表2 3 所示。 表2 - 3 不同故障类型产牛的气体 故障类型主要气体组分次要气体组分 油过热c h 4 、c 2 h 4 h 2 、c 2 h 6 油和纸过热 c h 、c 2 h 4 、c o 、c 0 2 h 2 、c 2 h 6 油纸绝缘中局部放电h 2 、c h 4 、c o c 2 h 2 、c 2 i - 1 6 、c 0 2 油中火花放电h 2 、c 2 h 2 油中电弧 h 2 、c 2 h 2c h 4 、c 2 h 4 、c 2 i - 1 6 油和纸中电弧 h 2 、c 2 h 2 、c o 、c 0 2c h 4 、c 2 h 4 、c 2 h 6 资料来源：中国电力企业联合会标准化中心试验标准【s 】中圜电力出版社2 0 0 2 3 2 2 2 变压器油中气体与故障诊断 油中溶解气体分析判断电力变压器的故障的主要的方法是采用阀值诊断， 即将得到的各气体组分的浓度和国家标准规定的注意值作对比，表2 4 给出了电 压等级为2 2 0 k v 的油浸式电力变压器中溶解气体含量注意值。表中总烃是指 c h 4 、c 2 h 6 、c 2 h 2 、c 2 h 4 的总和，也可用c l + c 2 表示，其中c l 为c h 4 的含量， c 2 为c 2 h 6 、c 2 h 2 、c 2 h 4 的总和【2 3 2 6 1 。 仅仅根据各组气体的绝对值分析结果是很难对变压器的故障严蕈性做出正 确判断的，因为变压器的故障常常以潜伏性故障存在，如果不及时采取相关措 施，变压器可能会发展成严重的高能量的故障。因此，必须考虑故障点的产气 速率。产气速率与故障部位、故障点的温度、故障消耗能量大小等情况有直接 关系。 表2 4 电压等级为2 2 0k v 的变压器中溶解气体含量沣意值 气体组分总烃( c 1 + c 2 )乙炔( c 2 h 2 )氢气( h 2 ) 含量( 1 al l ) 1 5 051 5 0 资料来源：中园电力企q k 联合会标准化中心试验标准【s 】中国电力出版社2 0 0 2 3 1 3 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 中国电力出版社出版的试验标准第六卷推荐下列两种方法来求出产气 速率： 1 、油中溶解气体的绝对产气速率，即变压器每运行日产生的某种气体的平 均值，按下式计算： 儿= 警号 式中： 儿一一绝对产气速率，m l d ； 乙，2 一一第二次取样测得油中某种气体浓度，ul l ； 乙一一第一次取样测得油中某气体浓度，ul l ； 出一一二次取样时间间隔中的实际运行时问，d ； p 一一油的密度，t m 3 ； 表2 5 给出了电力变压器油中溶解气体的绝对产气速率的注意值。 表2 5 变压器的绝对产气速率的注意值单位：m l d 气体组分开放式隔膜式 总烃 61 2 乙炔 o 1 0 2 氢气 5l o 氧化碳 5 01 0 0 氧化碳 1 0 0 2 0 0 注：当产气速率达到注意值时，应缩短检测占j 期，进行追踪分析 资料来源：中国电力企业联合会标准化中心试验标准 s 中国电力出版社2 0 0 2 3 2 、每运行某的种气体含量增加原有值的百分数的平均值称为油中溶解气体 的相对产气速率，按下列计算： 胪璺： 刍土1 0 0 c i ，l 一应 式中： 以一一相对产气速率，月； c ，z 一一第二次取样测得油中某种气体浓度，ul l ； g ，一一第一次取样测得油中某气体浓度，ul l ； 1 4 第2 章电力变压器状态检修状态量的采集与分析 址一一二次取样时问间隔中的实际运行时间，月； 油浸式电力变压器内部的故障情况也可以通过对相对产气速率的计算进行 判断，当总经的相对产气速率大于1 0 每月时，试验人员应引起注意。对总烃 含量很低的电力变压器，不能采用相对产气速率对变压器的故障类型判断。利 用规程中标准可以判断变压器绝缘油是否劣化，但不能确定变压器的故障 类型和状态。利用特征气体分析法可以比较方便、直观地判断故障类型，这种 方法的缺点是不能找出故障点温度与故障气体组分的相对比值依赖关系及其变 化规律。目前常用的是i e c 推荐的c 2 h 2 、c 2 h 4 、c h 4 、h 2 和c 2 h 6 5 种特征气体 的改良三对比值法作为判断油浸式电力变压器故障类型的主要方法，这种方法 是用0 、1 和2 三种编号表示三对比值。表2 - 6 表示的是三比值法中编码规则， 而故障类型判断方法见表2 7 。 表2 - 6 编码规则 比值范围的编码 气体比值范围 c 2 h 2 c 2 h 4c h d h 2c 2 h 2 c 2 h 6 o 1 010 0 1 ll00 l 0 ，x 较小时) 偏小型模糊集合适合用于刻划偏向小的一方的模糊现象，其隶属函数的一 般形式可以表示成如式3 7 所示，其中a 为常数，而f ( x ) 是不增加的函数，且可 砸，- 名二至兰 7 ， 通过f ( x ) 的选择得到不同的偏小型模糊分布函数，有以下几种： ( 1 ) 降半矩阵模糊分布函数，其曲线如图3 - 2 所示，模糊分布函数如式3 - 8 所示： 么c x ，= ：二三兰 c 3 - 8 ， 刁： 0a a ( x 0 ab 图3 - 2 降半矩阵模糊分布曲线图3 3 降半梯形分布曲线 ( 2 ) 降半梯形分布函数，其曲线如图3 。3 所示。模糊分布函数如式3 - 9 所 2 1 第3 章变压器状态评估采用的方法 不： 砸，= 恃 0 x 口 口 x 6 b 。为常翔 c 3 小， ( 5 ) 降半c a u c h y 分布函数，其曲线如图3 - 6 所示，模糊分布函数如式3 1 2 砸，_ 击， o 口， 0 ，胁0 ) ( 3 _ 1 2 ) ( 6 ) 降岭形分布函数，其曲线如图3 7 所示，模糊分布函数如式3 1 3 所示： 叫砂恤m 争净 0 z 口 a 6 第3 章变压器状态评估采用的方法 a ( x a ( x ) l 0 ab 0 a 图3 - 6 降半c a u c h y 分布曲线 图3 7 降岭形分布曲线 ( 7 ) k 次抛物分布函数，其曲线如图3 8 所示，模糊分布函数如式3 1 4 所示： 么 ) = 2 、偏大型模糊分布，这种模糊集合适合于偏向大的一方的模糊现象，其隶 属函数的一般形式可用式3 1 5 表示： 鼬，- 品二至兰 其中a 为常数，而f ( x ) 是不减的函数，且可通过f ( x ) 选择得到不同的偏大 型模糊分布函数，这里介绍以下几种函数： ( 1 ) 升半矩阵模糊分布函数，其曲线如图3 - 9 所示，模糊分布函数如式3 1 6 所示： 彳( x ) ：i o ，( 3 1 6 ) , x a 1 图3 8k 次抛物分布曲线图3 - 9 升半梯形分布曲线 2 3