电力变压器状态监测和故障诊断系统的设计

1、2008190. 引言随着电力系统自动化水平的提高 , 越来越多的变电站引入了变压 器在线监测装置 。 目前在线监测项目主要包括绝缘油中气体在线监 测 、 局部放电在线监测 、 介质损坏因数在线监测等 。 这些在线数据可以 及时反映变压器绝缘的变化 , 对于及早发现故障 , 防止故障进一步扩 大有很大帮助 。 将在线数据引入到变压器的故障诊断中 , 可以极大地 提高诊断的实时性和准确性 。1. 系统概述电力变压器状态在线监测和故障综合诊断系统主要利用变压器 的在线气相色谱分析数据 (确定变压器故障性质和类型 和在线电气量 数据 (确定变压器绕组故障的部位 , 以及变压器的背景资料 (变压器的

2、容量 、 电压等级 、 型号 、 安装地点 、 投运时间以及维修使用情况 、 外部 检查 、 预防性实验等历史信息数据 , 运用专家系统 、 模糊理论及模式识 别技术对变压器运行状况进行实时综合分析 , 判断变压器的绝缘状 况 、 故障类型 、 故障可能部位并向运行人员作出合适的建议 。2. 系统的硬件结构油气量数据采集部分采用国内研制的在线监测 6种故障特征气 体的新型变压器油色谱在线监测装置 。 它采用带微孔的聚四氟乙烯膜 使渗透速度大大提高 , 仅用两天时间可完成油气分离 ; 带延迟毛细管 的复合色谱柱达到了理想的分离度 ; 新型热线型气敏传感器灵敏且对 数线性度好 ; 整套装置的分布式

3、控制技术工作可靠 、 易维护 。 其工作流 程如下图 1所示 。图 1系统工作流程图3. 系统的软件实现随着变电站自动化水平的不断提高 , 相当数量的变电站采用或拟 改造为无人值守方式 。 此外 , 变电站大多较偏远 , 要求实现远程在线监 测 。 采用远程控制软件 、 客户机 /服务器 (C/S 技术与 Web 技术是当前主 要远程监控方法 。 在实际开发中设计了基于 ASP 技术的远程监控系 统 。变电所变压器 Web 在线监测系统结构 , 由三部分组成 , 即信号采 集及处理 、 在线监测和诊断及远程监控 。 系统的基础是变电所变压器 在线监测 , 它首先发送采集信号到下位机 , 由下位

4、机中的信号采集及 处理的信号经硬件滤波 、 程控放大 、 抗千扰等处理 , 送到工控机经过软 件的数字滤波和数据处理后 , 将被测信号的数据实时显示到屏幕上 , 同时保存到数据库 , 并经诊断模块分析处理 , 获得一些信号的特征数 据供判断变压器故障类型 、 故障严重程度以及故障发生的可能部位 , 并发出语音报警 , 给运行人员给出分析结论和维修建议 , 同时将诊断 结果存入实时数据库中 , 最后通过通讯线路 , 将数据上传到远方监控 系统 。在变压器 Web 在线监测系统中 , 本地在线监测和诊断系统与远 程监控主机共用实时数据库 , 该数据库保存了在线监测获得的实时数 据和诊断数据及设备的

5、基本资料信息 , 远程用户以网页的形式 , 借助 Web 技术 、 数据库技术等 , 实现在网页中同时显示多种状态信息和诊 断信息 。客户端用户通过 Web 访问数据库 ,Web 服务器运行 Web 服务器 端软件 , 并驻留中间件和数据库应用程序 。 用户通过客户端的浏览器 , 借助 HTTP 协议 , 以 Web 服务器为中介 , 对实时数据库访问 。在 Web 服务器和数据库服务器间有一个非常重要的环节 , 即中间 件 (Middleware , 也 称 为 应 用 服 务 器 。 它 驻 留 在 Web 服 务 器 上 , 负 责 Web 服务器和数据库之间的通讯 。 中间件软件被 W

6、eb 服务器的网页 脚本调用 , 与数据库服务器通讯 , 对数据库操作 , 将查询传递到数据库 服务器 , 并将输出结果转化为 HTML 页面 , 再由 Web 服务器将其返回 到客户端的浏览器 。 Web 和数据库连接的关键是中间件 , 本软件采用 ASP 的连接方式 。4. 系统的功能介绍系统的主要功能是可以查看不同电气设备的试验参数 , 对设备的 当前状态作出评估及对设备故障智能进行诊断并提出相应的维护意 见 。 同时 , 本系统也兼具变压器各侧电压 、 电流的实时显示和故障录波 的功能 。 下面对这些功能的实现分别做一简要的介绍 :(1 客户通过浏览器访问系统所在的站点 , Web 服

7、务器收到用户访 问请求后 , 启动服务程序 , 并将用户所需的网页发送给用户 。(2 过主页面 , 用户可以与系统进行交互 , 查看设备的基本资料 , 包 括变压器的型号 , 连接方式 , 出厂日期 , 以及各种额定参数 。(3 用户还可以把设备的预防性试验 (除了色谱试验 数据和一些基 本的试验数据通过主页面提交给系统 , 并保存在系统实时数据库中 , 以便建立更完备的变压器运行资料库 。 供运行人员参考 。(4 变压器的运行色谱数据查看 。 系统可以查看故障特征气体当前 值和历史变化趋势的图表以及设备当前的诊断结果 , 显示并保存故障 特征量的报表 , 给用户提交相应的维护意见 。(5 参

8、数设置 :包括报警限值 , 串口通讯参数 , 是否语音报警 , 数据 采集参数 , 设备额定参数以及整定参数 。(6 电气量在线数据的实时显示功能 。 显示经过滤波处理后的变压 器各侧 、 各相的线 (相 电压 、 线 (相 电流 。(7 电气量和油气量诊断系统之间的通讯 。 通过 Windows 进程间 的通讯 , 把电气量故障诊断结论以及用户维护建议发给主诊断程序 , 实现油气量和电气量的实时通讯功能 。 由主诊断程序实现对数据的保 存 、 显示和处理 。 (下转第 325页 电力变压器状态监测和故障诊断系统的设计候江江 1袁 园 1周 超 2(1. 邯郸供电公司 河北 邯郸 056004

9、; 2. 中国人民解放军 91943部队 河北 邯郸 056002【 摘 要 】 本文主要研究了电力变压器状态监测与故障诊断的现状以及存在的问题 , 设计了一个变压器状态监测和故障诊断模型 , 提出了 相应的诊断方法 , 在此基础上 , 设计了电力变压器故障在线监测和故障诊断系统 。【 关键词 】 电力变压器 ; 状态监测 ; 故障诊断The Design of Condition Montiring and Fault Diagnosis of Power Transformer SystemHou jiangjiang 1Yuan yuan 1Zhou chao 2【 Abstract 】

10、 This paper disusses the current states and the matter of the transformer condition monitoring and diagnosis fault. We present a mothod that conbinates the condition minitoring and fault diagnosis model of power transformer. And fault diagnosis system and corresponding diangnosis flow are designed.【

11、 Key words 】 power transformer; condition minitoring; fault diagnosis200819科(上接第 313页 5. 结束语本系统实现对电力变压器状态的在线监测 , 通过油气量的在线监 测 , 实现变压器故障性质和类型的确定 , 通过电气量的在线监测 , 实现 变压器绕组故障部位的确定 , 全面实现电力变压器故障诊断是个复杂的问题 , 需要综合在线的 、离线的多种检测手段 , 而且变压器故障现象 与故障原因之间存在着密切的联系 , 而且是复杂模糊的 , 存在许多模 糊性的概念且难以直接由测量值判断变压器状态 , 故引用模糊逻辑和 多参

12、数 、 多层逐步推理方法评估 。 结合模糊数学工具构成模糊专家系统对变压器运行状况进行综合分析 , 判断变压器的运行状况 、故障类 型 、 故障可能部位并向运行人员作出合适的建议 。 【参考文献 】 1张建文 . 电力变压器故障诊断方法分析 . 煤矿机电 J, 1999,3:6-9.2王霞 , 李凯 . 气相色谱分析在变压器故障中的应用 J. 河南科技 , 2000,7:22-24. 3刘海萍 , 李正明 , 变压器局部放电在线监测技术分析 J. 中国农村水利水电 .2007.3:69-71.4林中杰 , 张燕 , 何宏群等 . 浅谈如何应用溶解气体分析法诊断变压器故障 J. 变压器 , 20

13、02,39(3:38-40.作者简介 :候江江 , 男 , 邯郸供电公司修试所 , 助理工程师 。责任编辑 :张艳芳 科 型生成这条线路上可直达的两站点的线路信息 , 添加到库 S 中 。(1A 、 B 类型均为单向线路 , 若线路上有 n 个站点 , 可生成 n(n-1/2个站点组合 。(2C 类型为双向线路 , 若线路上有 n 个站点 , 可生成 n(n-1 个站 点组合 。(3D 类型为环形线路 , 若线路上有 n 个站点 , 可生成 n(n-1 个站 点组合 。 应注意的是 , 第 n-1站与第 n 站的距离为 1站路程 , 乘坐公交 从第 n-1站乘车到第 n 站需要 1站的路程 ,

14、 但从第 n 站到第 n-1站却 需要 n-1站路程 。城市公交线路的可变性问题可采取如下算法解决 :(1 增加线路时 , 把新增公交线路写成库 L 中线路的形式 , 根据公 交线路类型生成这条线路上可直达的两站点的线路信息 , 添加到库 S 中 。(2 取消已有线路时 , 直接在库 S 中检索相应公交线路 , 删除该线 路信息 。(3 调整已存在线路时 , 删除库 S 中原线路信息 , 再把调整后的线 路添加到库 S 中 。(4 当新的公交类型出现时 , 若能写成库 L 中线路的形式即可直接 添加 , 否则可通过其他方法如穷举法添加到库 S 中 。3.3算法实现依据乘客出行需求分析 , 先以

15、换乘次数最少为目标检索出可行的 公交线路 , 然后依据乘客需求设定检索条件从可行线路中选择优化的 线路 。设定 a 为起点 , b 为终点 , a2, b1, c , cc , d , dd , e 均为中转站点或站 点集合 。 可行线路的检索在库 S 中操作 , 并以站点为节点 , 记形为 a c (i d(i b 的线路为一可行线路 。直接在库 S 中检索起点为 a , 终点为 b 的记录 。 若存在 , 则输出线 路信息 ; 若不存在 , 则按换乘一次进行检索 。(2 换乘一次检索起点为 a 的所有记录 , 记终点集合为 a2; 检索终点为 b 的所 有记录 , 记起点集合为 b1。 比

16、较站点集合 a2和 b1, 找出相同的站点记 为站点集合 c 。 那么起点为 a , 终点为 b 的换乘一次可到达的可行线路 为 :a c b 。 若不存在这样的站点组合 , 则按换乘两次进行检索 。(3 换乘两次检索起点为 a 的所有记录 , 记终点集合为 a2; 检索终点为 b 的所 有记录 , 记起点集合为 b1。 取 a2中每一点 cc(i 与 b1中每一点 dd(j 配对 , 组成点对 (cc(i dd(j 。从点对集合 (cc dd 中检索出可直达的点对 集合 (c d , 那么起点为 a , 终点为 b 的换乘两次到达的可行线路为 :a (c d b 。 若不存在这样的站点组合

17、, 则按换乘三次进行检索 。(4 换乘三次检索起点为 a 的所有记录 , 记终点集合为 a2; 检索终点为 b 的所 有记录 , 记起点集合为 b1。 取 a2中每一点 cc(i 与 b1中每一点 dd(j 配对 , 组成点对 (cc(i dd(j 。从点对集合 (cc dd 中按换乘一次的检索方 法找出换乘一次即可到达的站点组合的集合 (c e d , 那么起点为 a , 终点为 b 的换乘三次到达的可行线路为 :a (c e d b 。 若不存在 这样的站点组合 , 则结束检索 , 认为从起点 a 到终点 b 乘坐公交是无 法到达的 。以 a c d b 为例阐明如何根据乘客需求选择最优线

18、路 。(1 由于每条公交线路运行时间各不相同 , 应先依照运行时间剔除不合要求的线路 。(2 a c(i 的直达公交线路可能不止一条 , 依据乘客需求从 a c(i 的直达公交线路中寻找到最优的一条或平行的多条公交线路 ; 依次寻 找 c(i d(j , d(j b 的最优线路 , 并计算出线路 a c(i d(j b 的总花费 (时间 、(1 经过某一站点的所有公交线路 。 分别以所要查询的站点为起 点和终点从库 S 中检索记录 , 在相应的线路信息中即可查询到经过该 站点的所有公交线路 。(2 与某一站点相邻的站点 。 分别以所要查询的站点为起点和终 点从库 S 中检索记录 , 在相应的线

19、路信息中检索站点距离为 1站路程 的站点即为该站点的相邻站点 。(3 某一公交线路的完整信息 。 从库 S 中检索一公交线路的完整 信息比较复杂和费时 。 先从相邻站点的线路信息中检索有此条公交线 路的所有站点 , 然后依照先后顺序排列站点 , 即得到此公交线路的完 整信息 。 由于库 L 是以公交线路为索引存储公交信息的 , 所以从库 L 中检索公交线路的完整信息更为方便 。4. 模型及算法的评价4.1模型及算法的图论解析若以节点标识公交站点 , 以有向的弧标识公交线路 , 该模型中的 库 S 实际上是以稀疏矩阵的形式表示的公交网络有向图的邻接矩阵 , 关联点即为可直达的两站点 。 这种数据存储模型以站点为基础 , 避开 线路类型多样性带来的复杂性 。 库 S 中存储的是可直达的站点信息 , 在图论中就是关联点的多个权重的复合信息 。 这种形式以简单的形式 存储了可直达站点间线路的完整的