（电工理论与新技术专业论文）变压器状态评估系统的研究与实现.pdf

；f i i i i lllli i i i i r l l r l l l lr flr fj ii y 17 8 5 6 4 0 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文变压器状态评估系统的研究与实现， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学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 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期：兰! 呈：兰：2 ， 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 夕、文乙 _ = j _ p 0卜，、jj ， 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 变压器状态评估是状态检修的前提基础，建立科学、全面、合理的评估指标体 系，选择合适的诊断评估方法并最终开发切实可行的变压器状态评估系统是变压器 状态评估的必经步骤。本文根据目前普遍施行的变压器预防性试验情况，在对变压 器状态信息分析的基础上建立状态评估指标体系，然后应用人工智能中的知识库技 术对变压器进行初步评判，最后结合变压器试验、运行、检修数据建立起模糊综合 评判模型。在此基础上构建起基于b s 架构的变压器状态评估系统，并实现了该系 统的网页发布。该系统切合目前变压器状态评估的实际，便于扩充知识和扩展实现 其他评估方法，为变压器状态综合评估提供了思路。 关键词：变压器，状态评估，模糊综合评判，知识库 a b s t r a c t t r a n s f c i r m e rc o n d i t i o na s s e s s m e n ti st h eb a s i sa n dp r e m i s ef o rs t a t u sm a i n t e n a n c e t oe s t a b l i s has c i e n t i f i c ，c o m p r e h e n s i v ea n dr a t i o n a le v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，c h o o s i n ga p r o p e rd i a g n o s t i ca s s e s s m e n ta p p r o a c h , a n dd e v e l o p i n gr e a l i s t i ct r a n s f o r m e rc o n d i t i o n a s s e s s m e n ts y s t e mi st h ee s s e n t i a ls t e po ft 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 t a c c o r d i n g t op r e v e n t i v et e s t so ft h et r a n s f o r m e r , as y s t e mo fc o n d i t i o na s s e s s m e n th a sb e e n e s t a b l i s h e da f t e ra n a l y z i n gc o n d i t i o ni n f o r m a t i o n t h e nt h ek n o w l e d g eb a s ei na r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c et e c h n i q u e sh a sb e e nu s e dt oc o n d u c tap r e l i m i n a r ya s s e s s m e n to ft r a n s f o r m e r f i n a l l y , af u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm o d e lh a sb e e nb u i l tu pc o m b i n i n gw i t ht h e t e s t ，o p e r m i o n ，m a i n t e n a n c et r a n s f o r m e rd a t a o nt h i sb a s i s ，t h et r a n s f o r m e rc o n d i t i o n a s s e s s m e n ts y s t e mw a sb u i l tu p ，w h i c hb a s e do nb ss t r u c t u r e ，a n di t sw e bp u b l i s h i n g w a sr e a l i z e d t h es y s t e mi ss u i t a b l et ot h ea c t u a lc i r c u m s t a n c eo ft h ep r e s e n tt r a n s f o r m e r c o n d i t i o na s s e s s m e n t ，a n dc o n v e n i e n tt oe n r i c hk n o w l e d g ea n de x t e n do t h e ra s s e s s m e n t m e t h o d s ，i na d d i t i o n ，i tp r o v i d e si d e a s f o rt h ec o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to ft h e t r a n s f o r m e rc o n d i t i o n h a nh u i ( t h e o r ya n dn e w t e c h n o l o g yo fe l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yv i c ep r o f d i n gq i a o l i n k e yw o r d s ：t r a n s f o r m e r ，c o n d i t i o na s s e s s m e n t ，f u z z yi n t e g r a t e de v a l u a t i o n ， k n o w l e d g eb a s e 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 论文的选题背景及其意义1 1 2 国内外的研究现状2 1 2 1 变压器故障诊断方面的研究2 1 2 2 变压器状态评估方面的研究2 1 3 目前存在的问题3 1 4 本文主要研究内容和工作4 第二章变压器状态评估系统分析5 2 1 引言5 2 2 变压器状态评估的内容及步骤5 2 2 1 状态评估的内容5 2 2 2 状态评估的步骤6 2 3 变压器状态评估指标体系的建立8 2 3 1 变压器本体状态评估指标9 2 3 2 套管状态评估指标1 1 2 3 3 有载分接开关状态评估指标1 2 2 4 评估指标说明与数据来源1 3 2 5 评估指标与常用方法的关系1 3 2 5 1 初步评判阶段1 3 2 5 2 状态综合评估阶段1 4 2 6 本章小结1 5 第三章变压器状态评估系统功能及评估模型1 6 3 1 系统功能框架1 6 3 1 1 用户信息管理子系统1 6 3 1 2 基础数据试验管理子系统1 7 3 1 3 初步评判管理子系统1 8 3 1 4 综合评判管理子系统1 9 i 华北电力大学硕士学位论文目录 3 2 系统评判方法与模型的选择2 0 3 2 1 初步评判阶段2 0 3 2 1 1 知识库系统2 0 3 2 1 2 故障诊断2 5 3 2 2 综合评估阶段2 7 3 2 2 1 模糊综合评判基本原理2 7 3 2 2 2 一级模糊评判2 8 3 2 2 3 多级模糊评判3 0 3 。2 2 4 综合评判中权重的确定3 0 3 2 2 5 综合评判中的隶属度的确定3 7 3 3 系统评判实例分析4 2 3 3 1 改良三比值法初步诊断4 3 3 3 2 模糊综合评估4 3 3 4 本章小结4 5 第四章变压器状态评估系统的实现4 6 4 1 系统实现的软件基础4 6 4 1 1 系统软件开发所采取的模式4 6 4 1 2 系统实现采用的工具4 6 4 2 系统实现的核心技术4 7 4 3 系统各功能实现4 8 4 3 1 用户信息管理子系统4 8 4 3 2 基础数据及实验资料管理子系统4 9 4 3 3 初步评判子系统5 l 4 3 4 模糊综合评估子系统5 3 4 3 5 模糊综合评估结果处理模块5 5 4 4 小结5 6 第五章结论5 7 参考文献5 9 致谢6 2 附录6 3 在学期间发表的学术论文和参加科研情况6 9 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文的选题背景及其意义 随着电网容量的增大和用户对供电可靠性要求的提高，电力设施维修费用占电 力成本的比例也在不断提高，维修管理的重要性日趋显现。如何采取合理的维修策 略和制定正确的维修计划，以保证在不降低可靠性的前提下节省维修费用，成为电 力部门面临的重要课题。以往变压器检修采用的是定期检修的方式，虽然定期检修 一般在维修时可以发现设备的缺陷，对保证设备的安全经济运行发挥了重要的作 用。但是，定期维修存在“维修过剩 和“维修不足 的缺陷，使得部分变压器盲 目检修，造成了人力和物力的大量浪费以及设备可靠性的下降【l 】，同时也增加了产 生新隐患的几率，降低了供电可靠性。在当前电力企业走向市场的形式下，用状态 检修的模式替代传统定期检修制度是电力企业自身发展的必然趋势。 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 ) 又称预知性检修p d m ( p r e d i c t i v e d i a g n o s t i cm a i n t e n a n c e ) 。这种检修方式是以设备的当前实际工作状况，通过先进的 状态监测手段、可靠的评价手段和寿命的预测手段来判断设备的状态。对故障的部 位、严重程度、发展趋势做出判断，识别故障的早期征兆，并根据分析诊断结果， 在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前进行维修【2 】。可见，设备状态评估 是有效进行状态维修的重要依据。 变压器状态评估是电力变压器状态检修的前提工作，变压器在电网运行中被誉 为电网的“心脏 ，因此其运行的好坏直接影响电网供电的可靠性。变压器是一个 复杂的系统，其故障机理、老化情况、绝缘寿命都跟变压器的运行工况、检修历史 记录有着密切的关系，且具有很大的不确定性。因此变压器状态评估工作就交得复 杂而艰巨，例如不同的工况下同类变压器的状态就有可能不同，相同工况下不同类 型变压器的状态也可能不同。因此研究变压器的状态，准确评估变压器对降低变压 器维修费用和提高变压器可靠性具有重要的理论意义和实际的应用价值【3 石j 。 全面评估变压器状态，可为今后施行状态检修、制定合理的维修策略奠定基础。 变压器状态评估是一项复杂的系统工程，既要按照变压器巡视检查、定期检测和带 电( 在线) 检测的结果进行故障诊断，还要结合设备的技术先进性，包括对变压器 同类或同型变压器的故障经验和运行条件( 如负荷、运行环境、外部短路、环境情 况等) 进行变压器全面的状态评估。变压器的状态评估工作，首选要确定的评估的 指标，以及评估的部位( 除本体外，套管以及有载分接开关也是对变压器评估的重 点) ；其次在评估结论的处理上，应要求除了对变压器状态有大体的描述外，还要 对今后变压器的检修决策方面予以指导，为现场是否进行检修、制定检修方案提供 】 华北电力大学硕士学位论文 决策。 对变压器状态评估系统的研究，有利于建立科学合理全面的指标体系，有利于 选择合适的诊断评估方法，甚至可以提供合适的工具帮助现场人员确定故障的类 型，并制定相关的处理方案，也可帮助决策者制定检修计划，最大限度的减小由变 压器故障所带来的损失。 1 2 国内外的研究现状 目前对变压器状态评估的研究还处于起步阶段，在各类文章中真正能将研究用 于实际的例子还比较少。电力变压器状态评估是电力变压器状态维修的基础。目前 大多数针对变压器状态评估的方法是单一的诊断或简单的“是非制 ，即将变压器 状态分为“合格 和“不合格 的状态，没有更细致地进行相对优劣的评价，不利 于变压器状态维修的实施【7 。1 1 】。 1 2 1 变压器故障诊断方面的研究 变压器的故障诊断与状态评估有着相辅相成的关系，因此在研究变压器状态评 估之前有必要先了解故障诊断方面的情况。目前，应用于变压器故障诊断的方法有 很多，大部分是基于油中溶解气体分析的基础上的，如人工神经网络【1 2 j 和聚类f 1 3 】【1 4 】 相结合、模糊理论f 1 5 】、专家系统【1 6 1 、粗糙集理论【1 7 】等方法，这些方法为变压器故障 诊断技术的发展开辟了新的途径。例如文献 1 8 1 将改进遗传算法( g a ) 和误差反向传 播( b p ) 算法相结合，有效地解决了常规b p 算法学习网络权值收敛速度慢、易陷入 局部极小以及g a 算法独立训练神经网络速度缓慢等缺点，将此算法应用于电力变 压器故障诊断方便并验证了有效性。 在变压器故障预测方面，虽然模糊数学、神经网络、灰色理论、马尔可夫模型 等已经被应用到了设备故障预测领域【l 蛇引，但国内外对变压器故障预测的研究却很 少。文献团】应用神经网络法预测变压器油的介质损失因数，从而预测变压器油的热 老化故障，取得了较好效果。文献 3 0 】以灰色系统理论为基础，研究了电气绝缘故 障诊断的灰色预测模型的新模式及其应用，提出将原始数据经弱化算子作用后进行 一次指数平滑运算并对背景值进行改造的方法，建立了以d g a 为特征量对变压器 绝缘故障进行灰色预测的模型。实例验证表明，该方法具有较好的预测精度，但是 该方法没有考虑非等间隔预测问题。 1 2 2 变压器状态评估方面的研究 由于变压器状态评估方面的研究目前还属于起步阶段，各种模型方法在实际中 的应用情况还有待进一步的考察，具体哪种方法适应于实际变压器目前暂无定论。 就目前的研究现状而言，具备综合各种变压器状态指标的研究模型还不是很多，各 2 华北电力大学硕士学位论文 种模型方法通常偏重于某一角度，如从变压器健康状态劣化的角度出发，我国 学者根据变压器在正常与不良运行条件下状态劣化速度的不同，提出了自然劣化与 加速劣化两种模式，引入了基于区间域的可拓评估方法，建立多指标综合的变压器 运行状态综合评估的物元模型【3 。另外还有从变压器剩余寿命角度出发加以研究， 文献【3 2 】通过对变压器老化机理研究，以及对各状态信息量的分析与选择，应用主成 分分析的方法，建立变压器健康状态评估三级模型。在模型中，首先引入了电力设 备健康水平指数计算公式，然后对公式推导，得出剩余寿命、故障发生概率公式， 最后对整个模型参数进行确定，完善整个评估流程。 目前，综合多指标反映变压器状态的评估模型应用技术，如神经网络与d s 证 据理论相结合信息融合技术【3 3 1 ，该技术很大程度上将纷繁复杂的变压器状态信息进 行综合，提取了反映变压器状态的有效信息；另外文献 3 4 1 首次将贝叶斯网络分类 器应用到变压器故障诊断领域，提出了基于贝叶斯网络的变压器状态综合评估方 法，建立了贝叶斯网络状态评估模型。文献 3 5 1 通过对变压器模型进行分层，利用 分层模糊综合评判技术，对变压器进行评估，但用于确定各指标权重的层次分析法 过于主观，势必使最终结果产生偏差。 1 3 目前存在的问题 电力变压器状态评估工作最大的难点在于： 1 评估指标定量数据的获取 变压器状态评估，首先要获取可信而且容易检测和查询的状态指标。通过现场 调研发现，目前供电企业多是根据国家电网公司2 0 0 8 年初出台的输变电设备状 态检修试验规程来确定变压器状态评估的指标。而在实际的操作中，很多指标数 据是无法获取的，这其中有历史的原因，也有管理的原因。由于指标数据的不充分， 使得状态评估的可信程度受到了质疑。 2 实验次数的限制 变压器从出厂到最终报废，在这期间供电企业进行试验( 大修、预防性实验、 例行实验) 的次数并不多，这样便对变压器的状态不能做到很好的了解；而由于现 场监测设备的限制，只能对变压器部分指标进行检查，这样给变压器状态评估带来 很大困难。 3 理论方法模型的制约 目前，对变压器状态评估方法的研究还处于起步阶段，每位专家对变压器状态 评估的方法各持己见并未达成共识。而每种评估方法都是从单一的角度来考察变压 器的状态，至于哪种方法确实可行还有待实践的检验。 3 华北电力大学硕士学位论文 1 4 本文主要研究内容和工作 基于以上存在的困难，本文的研究工作主要分以下几个方面； 1 通过综合各种文献资料以及现场调研，建立起变压器状态评估指标体系，尽 可能包括能反映变压器状态又在实际变压器运行中能够获取数据的指标。 2 结合调研情况，为变压器状态评估提供了现场数据调查表，用于获取反映变 压器实际状态的数据资料。 3 对变压器进行初步评判。应用人工智能中的知识库技术，对变压器故障诊断 的专家规则进行整理，应用i f t h e n 的产生式规则，实现变压器症状与故障类型的 对应，并对变压器进行初步诊断。 4 对变压器进行综合评判。本文采用了分层次四级模糊综合评判法。在各级指 标权重的确定方面，本文采用改进的层次分析法和主成分分析法相结合的方法，以 将客观指标和主观评价结合，使获得的权重更具说服力；在各指标隶属度的确定方 面，根据指标的性质分别采用模糊统计法、升降半梯法，然后结合评价对象隶属函 数确定各指标对评价集的隶属程度。 5 变压器状态评估系统的实现。应用a s p n e t2 0 技术，采用c 捍语言结合s q l s e r v e r2 0 0 5 数据库，在n e t 平台下实现基于b s 架构的系统，最终通过i i sw e b 服 务器进行网页发布。 4 华北电力大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章变压器状态评估系统分析 在变压器状态评估中，检测到的某参量数据仅能够反映变压器某方面的状态， 如绕组变形测试，只能检测变压器绕组是否因出口短路或外力而出现变形或位移， 而对于变压器其它方面的状态就无法反映。同时，在检测变压器是否出现故障时， 诊断方法各有优劣，如现场测试最多的且最容易反映变压器状态的油色谱分析法。 该法能提供局部过热、高温过热、局部放电等信息，但对油击穿电压所造成的贯穿 性绝缘击穿事故却不能反映；对绕组变形在没有发展到引起过热或局部放电故障之 前也不能做出及时的察觉。由于变压器是一个复杂的系统，不能仅从单一的参数、 或某项试验就能够反映变压器整体的运行状态。因此，对变压器的状态评估，应该 综合考虑各种定量、定性数据，而这些数据应来源于电气试验、绝缘试验、油试验 以及运行记录、检修状况、家族信息、厂家记录等多个方面。在综合考虑各种信息 之后，判定变压器的最终状态。在实际工作中，变压器各种试验数据的获取是状态 评估工作的难点，由于历史遗留问题，使得很多试验数据丢失。因此在进行变压器 状态评估工作时，应借鉴前人在变压器故障诊断和状态评估方面所做的工作，然后 结合现有数据进行状态评估。综上所述，变压器状态评估实际上是一个多指标变量 的决策问题，只有科学、全面、合理的选择变压器状态评估指标，并对指标进行综 合分析，才能得出合理可信的评估结果。但是，目前并没有一个统一的、多数人认 可的、科学的变压器状态综合评估指标体系，因此本文在查阅大量文献和现场调研 的基础上，从变压器本体、套管、有载分接开关三个部位，电气性能、绝缘性能、 机械变形、油中溶解气体分析、外观、其它因素六个方面来对变压器进行状态评估。 2 2 变压器状态评估的内容及步骤 2 2 1 状态评估的内容 根据现场调研，变压器状态评估系统主要从以下三个部位分别对变压器进行评 估。 1 变压器本体的状态评估 该部位的状态评估是变压器状态评估的重点，变压器是电力系统进行电压等级 转换的关键仪器，由于其特征机理较为复杂，因此在评估中涉及的数据信息也较为 繁杂。根据参考的文献，以及现场调研所获得的数据信息，变压器本体的状态评估 的内容应从以下六个方面进行，分别是：电气性能、绝缘性能、机械变形、油中溶 5 华北电力大学硕士学位论文 解气体、外观和其它因素。 2 变压器套管的状态评估 对于套管，大部分文献将其作为变压器的附件进行评估，可由于变压器在电力 系统中地位特殊，其电压等级也相对较高，因此变压器出口端的绝缘情况就十分重 要，这就有必要将其作为一个单独的部分进行评估。变压器套管作为变压器的一个 组成部分，负责将变压器内部高、低压引线引到油箱外部，不但作为引线对地绝缘， 而且担负着固定引线的作用；变压器套管是变压器载流元件之一，当变压器外部发 生短路时通过短路电流。因此，变压器套管的绝缘性能极其重要。经上述分析，套 管的状态评估应从以下四个方面进行：绝缘性能、机械变形、套管油中气体分析以 及其它因素。 3 变压器有载分接开关的状态评估 有载分接开关是一种能在励磁状态下变换分接位置的电器装置，其调压的基本 原理是在变压器绕组中引出若干分接头后，通过它在不中断负载电流的情况下，由 一个分接头切换到另一个分接头来改变有效匝数( 即改变变压器的电压比) ，从而 实现调压的目的。因此，有载分接开关在操作过程中，一要保证负载电流的连续性； 二要在切换分接的动作中具有良好的断弧性能。有载分接开关在变换分接头过程 中，必须利用电阻实现过渡，以限制其过渡时的环流。通常采用的是电阻式组合型 有载分接开关。实际工作中，电阻限流有载分接开关的结构可分为三个部分，即切 换开关、选择开关、操作结构。这三个部分中的哪一部分出现问题都会直接影响变 压器的正常运行。基于以上分析，变压器有载分接开关在变压器状态评估中也是十 分重要的。因此，有载分接开关的状态评估包括以下四个方面：绝缘性能的评估、 电气性能的评估以及外观和其它因素的评估。 2 2 2 状态评估的步骤 本文对变压器状态评估所做的工作是基于前人对变压器故障诊断研究以及状 态分析的基础上完成的，主要的框架分两大部分： 1 变压器的初步诊断 变压器状态评估，首先应评估某一时期变压器是否存在故障，利用实际工作中 已经应用的故障诊断方法对变压器进行初步测评。变压器故障诊断的方法包括油中 色谱分析、人工神经网络、预防性试验、在线监测技术、红外检测技术等，本文将 从众多方法中选择一种进行示例说明。状态评估流程见图2 - 1 。本文以油中气体分 析作为该阶段变压器故障诊断的主要方法，当然变压器故障诊断还应结合其它检测 技术，如果检测出故障，就可以根据故障的类型以及以往的专家经验做出对变压器 状态的诊断；如果通过诊断未发现故障( 这也是在变压器实际工作中最常见的情 6 华北电力大学硕士学位论文 况) ，应判断诊断方法是否选择结束，如果未结束则继续循环，否则进入变压器状 态评估系统的第二阶段，即变压器状态综合评估阶段。 图2 - 1 变压器状态评估系统评估流程图 2 变压器状态综合评估阶段 7 华北电力大学硕士学位论文 变压器经过第一阶段初步评判后，应用变压器故障诊断方法描述变压器是否存 在故障，若无故障则进行下一阶段的评估。由于现阶段变压器故障诊断技术仅能够 从变压器的某一个方面测评变压器的状态，而不能真正反映变压器目前所处的状 态，因此还需要综合考虑各种指标，而后对变压器进行状态评估。 1 ) 变压器状态评估方法的选定 根据前一章描述，变压器状态评估方法很多，如贝叶斯网络、人工神经网络、 模糊数学、信息融合等。本文在借鉴前人研究成果的基础上，选用多层次模糊综合 评判法对变压器进行状态评估。 2 ) 评判指标权重的确定 在综合考虑客观数据和专家意见的基础上，本文将改良层次分析法和主成分分 析法相结合来确定变压器状态评估指标体系中各指标的权重。 3 ) 评判指标隶属度的确定 评判指标分为定量指标( 如变压器本体介质损耗因数、绝缘电阻值等) 和定性 指标( 如变压器的检修记录等) 。因此隶属度的确定也应从两个方面进行考虑，对 于定量指标而言应根据其数值的变化规律来确定，即由数据的变化趋势来选择隶属 函数；对于定性指标的隶属度，本文在结合专家意见的基础上，应用模糊统计实验 法来确定。 4 ) 变压器三个部位的状态评估 根据以上分析，应从变压器本体、套管、有载分接开关三个部位分别进行评估， 然后用模糊综合评判矩阵进行分级评判，最终根据隶属度最大原则来判断评估对象 的状态并得出评判结果，然后进行数据处理得出状态分数并给予相应维护措施。 2 3 变压器状态评估指标体系的建立 变压器状态评估指标体系的建立应参照以下原则。 1 科学性原则 变压器是一个极其复杂的系统，因此对其进行状态评估应按照应选择科学、合 理的方法，评估模型应能够经得起实践的检验。 2 全面性原则 变压器状态评估的指标应涉及能反映变压器状态的各个方面，指标的选择应尽 量全面，充分挖掘各类指标数据之间的关系，正确反映变压器的状态。 3 可测性原则 鉴于目前的监测和试验手段，在指标的确立时，应从实际出发，确定哪些指标 8 、 华北电力大学硕士学位论文 数据是可以测量的，以此客观反映变压器的状态。 4 主导性原则 变压器状态优劣的依据来源于试验数据，因此为获取变压器的真实状态，在指 标体系建立时，应选择现阶段不同类型的试验中起主导性质的试验项目作为指标。 5 定性与定量相结合的原则 指标体系的设计应满足定性和定量相结合的原则。在指标的选取中，为便于比 较，应尽可能选择定量指标，通过实际的定量数据来真实的反应变压器的实际状态。 然而，在调研所收集的资料中拥有大量的经验性分析和定性结论，而且有些指标难 以量化，但该类指标又能很好的反映变压器的状态，因此有必要将定量指标与定性 指标相结合。 6 层次性原则 影响变压器状态的因素很多，由不同层次、不同因素组成。因此，确定指标时， 应根据按照“先总体后局部的原则一步步细分，另外要体现系统的层次性，以及 各层指标间的独立性与相关性。 根据上述指标体系的建立原则，变压器状态评估指标体系按照评估的部位的不 同分为以下三个部分进行评估，分别是：( 1 ) 变压器本体状态评估指标体系；( 2 ) 变压器套管状态评估指标体系；( 3 ) 变压器有载分接开关状态评估指标体系。如图 2 2 所示。 图2 2 变压器状态评估系统指标体系 本系统指标是参照2 0 0 8 年初国家电网公司出台的输变电设备状态检试验规 程 3 6 1 ，以及电力设备交接预试规程和相关文献而确定的，具体见附录1 。 2 3 1 变压器本体状态评估指标 根据现场调研，1 1 0 k v 油浸式变压器本体的状态评价指标( u 1 ) 分为六个方面。 1 绝缘性能 变压器在进行交接试验、预防性试验、大修以及例行试验时，均对绝缘性能方 面进行检查。绝缘性能根据描述的对象不同可分为三种情况：油绝缘性能、油纸绝 缘性能、电气绝缘性能。具体的可测定量指标及指标取值范围如表2 1 。 9 华北电力大学硕士学位论文 表2 1 变压器本体状态评估指标绝缘性能 一级 二级指标 三级指标指标取值范围 指标 u l i l l 油介质损耗因数 1 1 0 2 2 0 k vt a n s _ 3 5 k v ： u 川3 3 0 k v 及以上 5 0 k v 11 0 k v 变压器 3 5 m g l ；2 2 0 k v 变压器 u l i l 3 油中水分( m g l ) _ 2 5 m g l ：3 3 0 k v 及以上_ 2 5 0 性能 u 1 1 2 u n 正常情况：9 5 ( 2 0 ) ； u l l 3 l 绕组介损因数( t a n 5 ) 引起注意：o 5 t a n 8 1 0 0 0m f l 机械性能 u 2 2 1 电容量误差 s i 士5 l u 2 2 2 3 3 有载分接开关状态评估指标 变压器有载分接开关状态评估指标( u 3 ) 体系包括四个指标：绝缘性能、电气 性能、外观、其它因素。 1 绝缘性能 反映有载分接开关绝缘性能的指标包括：电气绝缘性能、油绝缘性能。具体的 可测的指标如表2 - 7 所示。 表2 7 变压器有载分接开关状态评估指标绝缘性能 一级 指标 二级指标三级指标指标取值范围 绝缘 u 3 l l 电气绝缘性能 u 3 i l l 绝缘电阻m q l m 盼 性能 u 3 1 1 2 吸收比或极化指数 吸收比1 3 或极化指数1 5 u 3 m 油击穿电压k v 3 0 k v u 3 l u 3 1 2 油绝缘性能 u 3 1 2 2 油介质损耗因数( t a n s ) 4 2 电气性能 在电气性能( u 3 2 ) 方面，对有载分接开关通常是进行过渡电阻的测量。因此电气 性能指标方面只有过渡电阻一个指标量，该指标的取值范围为：与铭牌值比较偏差 不大于l o 3 外观 有载分接开关外观指标( u 3 3 ) 包括：油位置、呼吸器状况、分接位置以及渗漏 油情况。 4 其它因素 其它因素指标( u 3 4 ) 包括：切换次数、检修间隔、在线滤油装置、传动机械、 限拉装置、控制回路情况。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 2 4 评估指标说明与数据来源 变压器状态评估系统中各指标的数据源自现场的试验数据、运行巡视、以及大 修、例行试验所提供的数据。附录2 提供了各指标数据的业务来源。表2 - 8 为变压 器状态评估本体绝缘性能指标中的绝缘电阻的现场调查表： 表2 8 变压器状态评估指标业务数据现场获取实例 绝缘电阻试验( m 锄 试验仪器：编号：一气温：一油温：一湿度；一试验时间； 年月一日实验人：一 测量位置 1 5 s6 0 s 吸收比 r i m i i l 2 0 高压侧 中压侧 低压侧 铁芯一地( 铁芯绝缘电阻) 注：1 、吸收比= r l r a i n r 1 5 s ； 2 、吸收比不低于1 3 ； 3 、绝缘电阻温度换算公式r l m 磁0 c - - - - r 1 m i 1 5 卜挪1 0 。 2 5 评估指标与常用方法的关系 变压器状态评估系统分为两个阶段进行评估，首先进行变压器的初步评判，其 次进行变压器的综合状态评估。 2 5 1 初步评判阶段 本阶段为变压器状态评估的初始阶段，是针对变压器发生故障所作的保守诊 断，根据变压器的试验数据，有些故障是可以明显判断出来的，如果首先进行综合 状态评估的话，所需评估数据较多、工作量较大，虽然准确性较高，但所用时间较 长，如果变压器存在故障，可能使得故障进一步恶化。因此应首先进行初步诊断。 如果变压器经本阶段各种诊断方法检测确实存在故障，则应根据以往经验立即处 理，无须进入状态综合评估阶段。 变压器初步诊断，实质上就是变压器故障诊断方法在实际中的应用。目前，故 障诊断方法比较多，本文就目前常用的，实践中应用比较好的几种方法作为本文考 虑的备选方法，主要有：油中气体分析法( 工程上叫做色谱分析法，包括三比值法、 改良三比值法、罗杰斯比值法等) 、b p 神经网络1 3 8 】、模糊数学、故障诊断专家系统 以及现场的检测技术、红外检测技术等。这些方法部分涉及了本文的变压器状态评 1 3 华北电力大学硕士学位论文 估指标。具体方法和本文指标的关系见表2 - 9 。 表2 - 9 初步诊断阶段系统指标与目前常用方法的关系 评判 阶段 所使用的诊断方法引用本文所列指标诊断方法还应有的参量 油中气体分析法c 2 h 2h 2 c o c 2 h 6c h 4c 2 h 4 初步 b p 神经网络法c 2 h 2h 2 c o c 2 h 6c h 4c 2 i - 1 4c 0 2 评判 预防性试验方法 变压器本体的电气性能全部指标、 一一 阶段 油绝缘性能、电气绝缘性能指标 ( i ) 绕组形变频率响应分机械形变指标中的绕组频率响应 一 析法f 3 9 l相关系数 红外检测法运行工况中的负载状况熟点温度 一 对于本阶段中所未涉及到的指标包括外观指标、其它因素指标，这些指标是需 要通过现场运行或检修业务获取的，本文将其作为定性指标用于下一阶段的评估。 另外，本阶段虽然未涉及指标体系中的某些参量，但也对这些指标进行了记录，以 方便现场工作人员查询和后续工作中使用。 2 5 2 状态综合评估阶段 变压器状态综合评估，就是要对本文所列的指标体系综合考虑后评估。当变压 器在初步诊断阶段评估结束后，如果变压器不存在故障，将进入本阶段对变压器状 态进行综合评估，该评估的主要目的是为了评估变压器潜在故障发生的可能性以便 及时采取措施消除隐患；另一个方面就是要根据变压器综合评估的结果对变压器状 态维修提出指导性建议，帮助决策者根据变压器当前的状态制定相应的检修方案。 本阶段主要的评估算法有：基于贝叶斯网络的状态评估方法、基于d s 证据论 证和人工神经网络的信息融合算法、以及传统模糊综合评判方法。这些方法均部分 涉及了本文的评估指标。它们的关系见表2 1 0 。 表2 - 1 0 综合状态阶段评估本系统指标与目前所用方法的关系 评判阶段 所使用的诊断方法引用本文所列指标未引用本文指标 贝叶斯网络的状态 电气性能、绝缘性能、油中气体分析、机械 评估法变形、家族缺陷、检修记录 外观、运行工况 综合状态 d - s 证据论证和人 绕组直流电阻、绕组绝缘电阻、吸收比或极 评估阶段 工神经网络 化指数、绕组介质损耗因数、铁芯绝缘电阻 见附注a ( i i ) 传统模糊综合评判 方法 电气性能、绝缘性能、油中气体分析见附注b 1 4 华北电力大学硕士学位论文 附注： a 基于d - s 证据论证和人工神经网络的信息融合算法是从变压器本体、套管、 油三个方面进行评估的，但所涉及的定量指标必须是满足于人工神经网络的样本。 而本文所用的方法更注重于综合，是从本体、套管、有载分接开关三个部位进行评 估，不仅有定量数据，也有定性描述，且数据样本的选择不局限于人工神经网络。 b 与传统模糊综合评判法相比，本文将其附件情况的指标进行了扩充，分为套 管指标和有载分接开关指标，而且将以往综合评判方法中不适合的指标剔除，如变 压器环境因素中的腐蚀性气体和尘埃指标等，结合预防性试验的标准和油浸 式变压器状态评价导则添加了绕组形变、油纸的绝缘性能、电容量误差等指标； 然后考虑到变压器运行时的状态，添加了外观和运行工况等指标。 2 6 本章小结 目前，变压器状态评估工作还属于起步阶段，许多学者对变压器状态评估方法 做了很多的研究，但就实际的应用来看尚未达成共识。本文对变压器状态评估系统 进行了分析，通过现场的调研和参考各类文献，首先对变压器状态评估系统的内容 和流程进行了简介，然后确定了状态评估所需的各类指标，并对各类指标的数据来 源进行了调查，最后给出了评估流程中两个阶段常用方法和相应指标之间的关系。 所涉及的数据指标均来自于现场调研，确保研究工作切合实际，系统的开发更具应 用价值。 1 5 一些! ! 皇垄杰堂堡圭堂垡笙壅 第三章 变压器状态评估系统功能及评估模型 3 1 系统功能框架 结合现场信息管理系统以及调研情况，将变压器状态评估系统分为四个子系 统，分别是变压器用户信息管理子系统、变压器基础数据试验资料管理子系统、变 压器初步评判子系统、变压器状态评估子系统。变压器状态评估系统的总体功能如 图3 1 所示。 图3 一l 变压器状态评估系统总体功能图 3 1 1 用户信息管理子系统 该子系统用于用户信息的管理以及系统的登录，通过设置账户密码及权限，可 为不同的用户提供对该系统的访问功能。该子系统具体的功能模块又可分为：用户 信息查询子模块、用户信息的添加子模块、以及用户信息更正子模块。功能如图3 2 。 图3 - 2 用户信息管理子系统功能图 1 6 华北电力大学硕士学位论文 3 1 2 基础数据试验管理子系统 该子系统用于变压器基础信息以及运行检修数据的管理，并为变压器状态评估 系统进行数据信息的采集工作。因此按照变压器状态评估的要求，本子系统具体实 现图3 3 所示功能。 基础数据试验管理子系统 变压器设备资料的管理模块变压器试验资料的管理模块 图3 3 基础试验数据管理子系统功能图 1 变压器设备资料管理模块 该模块分为两部分：一是对变压器铭牌资料的管理，二是对变压器状态评估所 需运行资料的管理。 对变压器铭牌资料的管理包括：变压器本体铭牌资料的管理、套管铭牌资料的 管理、有载分接开关铭牌资料的管理，每部分管理都包括了对铭牌信息的查询、添 加、更改功能。如图3 4 所示。 设 备 资 料 的 管 理 模 块 本体、套管、有载分 接开关铭牌资料管理 变压器运行资料管理 查询功能 添加、修改功能 查询功能 添加、修改功能 图3 4 设备资料管理模块功能图 2 变压器试验资料管理模块 经过现场调研，变压器试验信息根据实验的性质可分为：变压器交接试验、变 压器预防性试验、变压器大修试验以及平时的例行试验。 根据上述的描述，本模块按照变压器状态评估系统的所需信息，从变压器本体、 套管、有载分接开关三个部位进行划分。 变压器本体试验信息包括：油介质损耗因数、油击穿电压、绝缘电阻、泄露电 流、绕组直流电阻、绕组介质损耗因数及电容量、短路阻抗、绕组频率响应。 1 7 华北电力大学硕士学位论文 变压器套管试验信息包括：套管介质损耗因数、绝缘电阻、电容量的测量。 变压器有载分接开关的信息包括：油绝缘电阻、吸收比极化指数、油击穿电压、 油介质损耗因数、过渡电阻。 以上三个部位的试验数据信息都包含了数据的查询、添加、更改功能。具体如 图3 5 所示。 图3 5 变压器试验资料管理模块功能图 3 1 3 初步评判管理子系统 初步评判管理子系统中包含了两大部分，一是对变压器初步评判故障诊断方法 的选择，二是应用知识库管理系统将变压器的特征信息以及故障类型作为知识存入 到知识库中。 1 变压器初步评判故障诊断方法的选择1 4 0 】 变压器故障诊断的方法有很多，比如人工神经网络法、改良的三比值法、模糊 神经网络法、专家系统、支持向量机法等，本文采用的是基于知识库的改良三比值 法。虽然改良的三比值法在变压器故障诊断方面仍有缺陷，但因其在实践中被广泛 接受和使用所以作为首选，本文以此法为例对系统进行说明。 2 知识库管理模块 变压器故障诊断后，将变压器出现故障的特征以及诊断结果当作知识规则的前 1 8 华北电力大学硕士学位论文 提和结论输入知识库中，利用知识库中的添加、修改功能对知识库进行管理。图3 - 6 为初步评判管理子系统的功能图。 初步评判管理子系统 初步评判模块 故 障 诊 断 方 法 的 选 择 变 压 器 故 障 诊 断 知识库管理模块 知 识 规 贝u 的 查 询 功 官邑 知 识 的 添 力口 修 改 功 能 图3 - 6 变压器初步评判管理