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基于油气分析的电力变压器故障诊断 林朝晖，张彼德，李彦瑞 （西华大学电气信息学院，四川 成都 610039） 摘要提出了基于油气分析的故障诊断模型，并用实例证实了其可行性。 关键词电力变压器；油中溶解气体；故障诊断 中图分类号TM406文献标识码B文章编号1001－8425（2009）10－0054－03 Power Transer Fault Diagnosis Based on Oil and Gas Analysis LIN Zhao-hui, ZHANG Bi-de, LI Yan-rui （Xihua University, Chengdu 610039, China） AbstractThe fault diagnosis model based on oil and gas analysis is presented. The fea- sibility is proved by examples. Key wordsPower transer；Gasses dissolved in oil；Fault diagnosis 1 引言 油浸电力变压器是电力系统中主要的设备之 一，其运行状况直接关系到发、供电的安全可靠性， 因此保证其安全可靠运行，具有十分重要的意义。目 前我国主要采用的是改良三比值法 （原改良电协研 法）来监测其运行状态。实践中仍出现查不到相应比 值范围的故障类型的现象或者临界值判据缺损的问 题。 本文中笔者通过统计分析变压器实际故障以及 在分析色谱数据的基础上， 建立起了油中特征气体 分析模型，实例表明该模型建立简单，能够准确有效 地给出故障诊断的结果。 2 改良三比值法 目前我国推荐采用的设备内部故障诊断主要方 法是使用C2H2/C2H4、CH4/H2和C2H4/C2H6这三个比 值大小来判断油浸式变压器存在的故障情况。 改良三比值法的原理是， 长期运行过程中变压 器油和固体绝缘材料均会受到电场、温度、湿度、热 和氧等影响，会逐渐老化、分解，产生少量的氢、低分 子的烃类气体、CO和CO2等， 且大部分溶解于油 中。因此可以根据油中气体的成分、含量和产气速率 来进行变压器故障诊断。其编码规则如表1所示，故 障类型判断方法如表2所示。 3 油气分析模型的故障诊断 因为油中溶解的CO和CO2的气体分散性大， 且仅与变压器固体绝缘材料老化有关， 所以笔者只 考虑油中溶解的C2H2、C2H4、H2、CH4和C2H6五种气 体。 笔者针对已收集到的278台变压器故障诊断实 例并引入SPSS数理统计分析软件中二维Logistic 回归进行油中溶解的五种气体与对应的变压器实际 故障类别进行分析。Logistic回归分析的自变量是连 续的或者计数变量， 因变量的预测值在0～1之间， 回归曲线如图1所示。 （1）设Pi为对应出现第i种故障的概率，i取值 表1编码规则 气体的比值 范围 比值范围的编码 C2H2 C2H4 CH4 H2 C2H4 C2H6 ＜0.1010 ≥0.1＜1100 ≥1～3121 ≥3222 Table 1Code rule 第 46 卷 第 10 期 2009 年 10 月 TRANSER Vol．46 October No．10 2009 林朝晖、 张彼德、 李彦瑞 基于油气分析的电力变压器故障诊断第 10 期 范围为1～8，依次对应的故障类型为局部放电、低 温过热、中温过热、高温过热、低能放电、低能放电兼 过热、电弧放电及电弧放电兼过热。 （2）设Ln为对应的油中五种气体的含量，n取 值范围为1～5，依次对应H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H4油 中气体的含量。 （3）为了减少所选变量的数据分散性，增加可比 值， 利用油中溶解气体各自含量除以所有溶解气体 的含量之和进行归一化处理。 设Xm为油中溶解气体各自含量除以所有溶解 气体的含量之和的比值，如式（1） Xm Ln S （1） 其中S 5 n1 ΣLn （4）油气分析如下 Pi e Yi 1e Yi （2） YiaΣbnxn（3） Pi表示在条件Yi情况下出现的概率，当Pi出现 最大值时表示出现第i种故障。 其中bn、a各自对应 的系数如表3所示。 油气分析模型对8个故障分类迭代判断的准确 率均在92.5以上。 4 实例分析 某110kV变压器发生故障， 由色谱分析法测 得溶解气体H2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2的浓度分别 为93μL/L、58μL/L、37μL/L、43μL/L和0；由改良三 比值法和IEC分别得出的比值代码为 “0 0 0”，确 定为没有故障。 由本法计算P2为最大值，即对应的 故障类型为低温故障， 实际检查的结果为上轭铁两 点接地，中温过热，温度为510℃。 此外另选12个待检查样本数据由本模型诊断， 其结果与传统法的比较见表4和表5。 5 结束语 （1）由实例分析可知，利用油气分析模型可以得 到较高的变压器故障诊断准确率。 y x0 图1Logistic回归曲线 Fig.1Logistic regression curve 表2故障类型判断 编码组合 故障类型诊断 C2H2 C2H4 CH4 H2 C2H4 C2H6 0 10局部放电 01低温过热（低于150℃） 20低温过热（150℃～300℃） 22中温过热（300℃～700℃） 0，1，22高温过热（高于700℃） 0，10，1，2低能（火花）放电 20，1，2电弧放电兼过热 0，10，1，2电弧放电 20，1，2低能（火花）放电兼过热 2 1 Table 2Diagnosis of fault types 表3bn、a各自对应的系数 Table 3Relative coefficients of bnand a 系数b1b2b3b4b5a Y1599.61537.32393.1200-548.42 Y200718.87-167.75-1.506 Y3010.6605.830-6.442 Y40010.81-8.8136.44-2.256 Y56.68009.2314.44-8.883 Y600005.14-5.935 Y76.170004.40-3.349 Y805.1408.892.85-3.241 表412个待检样本数据 Table 4Data of 12 samples 序号H2CH4C2H4C2H6C2H2 16794 9923 6711 8730 25576263573 38513 5412 9285217 4102 8023 52177210 510043336 6403170345950 7538.71 7681 3022002 8212.6114.078.670.33 9195.75891.616.496.9 10242.876.29173.0644.440 11408.856.193.64.6282.6 1232434599.6748177 μL/L 55 利用 FCM 法的变压器油中氢气含量 超标的故障实例分析 王海军，幺卫国 （河北大唐国际王滩发电有限责任公司，河北 唐山 063611） 1 引言 模糊C均值算法（Fuczzy C-Means，FCM）就是 使得被划分到同一簇或同一类的对象之间相似度最 大，而不同簇或类的对象之间的相似度最小，从而可 以定量地确定被研究对象之间的亲疏关系， 以达到 对故障样本合理分类的目的。 我公司1号高工变通过对变压器油中溶解气体 进行色谱分析，发现氢气含量超标，在用IEC三比 值法分析的同时采用FCM对其进行比较， 发现 FCM方法可以获得同样的诊断结果。 2 变压器油中氢气含量超标及二次污染实 例 （2）油气分析模型便于建立和使用，为了获取更 高的准确率， 可以通过尽量收集同一地区出现变压 器故障的实例建立样本库来实现变压器故障 诊断。 参考文献 [1]李浩春.气相色谱法[M].北京化学工业出版社， 1998. [2]操敦奎.变压器油中气体分析与判断[M].武汉湖 北新生报出版社，1987. [3]DL/T722-2000，变压器油中溶解气体分析和判断 导则[S]. [4]肖登明.电力设备在线监测与故障诊断[M].上海 上海交通大学出版社，2005. [5]何宏群.油中溶解气体分析值得注意的问题[J].变 压器，2001，38（3）41-45. [6]尚勇，董明，赵文彬，等.油浸电力变压器体 绝缘老化的诊断[J].变压器，2002，39（12）35- 39. [7]尚勇.油浸电力变压器的故障诊断及可靠性评 估技术的研究[D].西安西安交通大学，2002. 表5本模型诊断结果与传统方法的比较 序号实际结论模型结果IEC法改良三比值法 1高温过热高温过热高温过热高温过热 2电晕电弧放电电弧放电 3高温过热高温过热过热高温过热 4高温过热高温过热过热高温过热 5高温过热高温过热电弧放电*高温过热 6中温过热中温过热中温过热中温过热 7高温过热高温过热过热高温过热 8油泵受潮局部放电 9高能放电电弧放电高能放电电弧放电 10高温过热高温过热高温过热 11高能放电电弧放电低能放电*低能放电* 12电弧放电及过热电弧放电及过热电弧过放及过热 Table 5Diagnosis result comparison between the model and traditional 注*表示与实际结果不符； 表示无法判断 收稿日期2008-11-12 作者简介林朝晖（1985-），男，福建仙游人，西华大学电气信息学院研究生，从事电气设备绝缘在线监测与故障诊断研究 工作； 张彼德（1975-），男，河南洛阳人，西华大学电气信息学院副教授，从事电气设备绝缘在线监测与故障诊断研究 工作； 李彦瑞（1982-），男，河南安阳人，西华大学电气信息学院研究生，从事电气设备绝缘在线监测与故障诊断研究 工作。 第 46 卷 第 10 期 2009 年 10 月 TRANSER Vol．46 October No．10 2009