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1、变压器绝缘油智能化故障诊断系统变压器绝缘油智能化故障诊断系统1 课题简介本课题于2008年4月由湖南省电力公司超高压管理局与长沙理工大学合作立项，开展“变压器绝缘油故障可视化智能诊断系统”研究，以完善现有的气相色谱仪的数据库系统，解决其生产中存在的技术问题。其主要内容包括： （1） 针对传统三比值法的弊端，结合人工智能技术研究科学有效的故障诊断方法； （2）将数据库引入智能诊断系统，计算气体增长率并掌握数据的历年变化趋势； （3）引入可视化技术，试验数据作二维、三维可视化处理，清晰、直观地显示变压器故障性质；（4）自动导出需要采取的检修策略。课题已于2008年8月完成了软件调试与试验室运行。2
2、 系统简介 湖南省电力公司超高压管理局的气相色谱仪及其工作站如图1。图1. GC-900-SD 气相色谱以及工作站本课题研发的变压器绝缘油智能化故障诊断系统的主界面如图2所示。图2. 变压器绝缘油智能化故障诊断系统主界面其主要功能是对数据库中保存的变压器特征气体数据进行计算分析，给出三比值法诊断结论、改进型灰色关联分析等智能型诊断结论以及可视化处理图形，从而为变压器的故障诊断提供综合、准确、高效的判定依据。整个系统按功能分为数据库模块、数据分析与诊断模块和可视化模块三部分。数据库模块负责从数据库的各个数据表中查询数据记录；数据分析与诊断模块负责对从数据库中读取的数据进行计算分析，给出变压器故障
3、诊断结果，包括总烃、氢气等产气率计算，三比值法诊断，改进型灰色关联度计算及故障诊断；可视化模块包括二维可视化和三维可视化以及历史曲线的绘制。后面将详细说明以上三大模块。3 开发平台简介本系统采用美国微软公司的Visual Basic 6.0开发。Visual Basic是由微软公司推出的一套完整的Windows系统软件开发工具，可用于开发Windows环境下的各类应用程序，是一种可视化、真正面向对象、采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言和工具的完美集成。它编程简单、方便、功能强大，具有与其它语言及环境的良好接口，不需要编程开发人员具备C/C+语言知识和特别高深的专业知识，只要懂得Windo
4、ws的界面及其基本操作，就可以迅速上手，而VB在程序界面设计、多媒体开发以及数据库应用程序开发方面更是独具优势。如图3所示。图3. 变压器绝缘油智能化故障诊断系统软件开发平台其基本术语有：控件-简单的说，控件就是构成或者说建造Visual Basic应用程序的图形化工具，包括窗体、按钮、复选框、列表框、数据控件、表格控件和图片控件等等。事件-由用户或操作系统引发的动作。例如击键、单击鼠标(Click)、双击鼠标(DblClick)、从端口接收数据等等。方法-嵌入在对象定义中的程序代码，它定义对象怎样处理信息并响应某事件。例如，数据库对象有打开纪录集并从一个记录移动到另一个记录的方法程序的基本元
5、素，它含有定义其特征的属性，定义其任务和识别它可以响应的事件的方法。对象-一个控件、窗体等都可被看作一个对象。过程-为完成某些特定的任务而编写的代码段，过程通常用于响应特定的事件，也可以当作应用程序的用户自定义函数来使用。属性-属性是组成用户界面的各对象的性质的具体描述。例如上述“对象”中所提到的尺寸、位置、颜色、宽度、高度等等都称为控件的 属性。属性决定对象的外观，有时也决定对象的行为。对象的属性绝大部分是VB中已经事先定义好的，但也有的属性是需要在应用过程中才去定义的。属性即可为对象提供数据，也能从对象取回信息。4 数据库模块4.1 ADO简介作为微软旗下一款优秀的RAD工具，VB在数据库
6、应用开发方面的能力十分强大。微软设计了多种数据库访问方法，在VB的开发环境中，可以使用三种数据库访问方式，它们分别是：数据访问对象(DAO)、远程数据对象（RDO）和ADO对象模型。ADO作为最新的数据库访问模式，十分简单易用，微软已经明确表示今后把重点放在ADO上，对DAO/RDO不再作升级，所以ADO已经成为了当前数据库开发的主流。ADO (ActiveX Data Objects) 是一个用于存取数据源的COM组件。它提供了编程语言和统一数据访问方式OLE DB的一个中间层。允许开发人员编写访问数据的代码而不用关心数据库是如何实现的，而只用关心到数据库的连接。访问数据库的时候，关于SQL
7、的知识不是必要的，但是特定数据库支持的SQL命令仍可以通过ADO中的命令对象来执行。ADO定义了一个可编程的对象集合，ADO对象模型如图4所示。（1） Command 对象：包含关于某个命令，例如查询字符串、参数定义等的信息；（2） Connection 对象：包含关于某个数据提供程序的信息；（3） Error对象：包含数据提供程序出错时的扩展信息；（4） Field 对象：包含记录集中数据的某单个列的信息；（5） Parameter 对象：包含参数化的Command对象的某单个参数的信息，该 Command对象有一个包含其所有Parameter 对象的 Parameters 集合；（6） P
8、roperty对象：包含某个 ADO 对象的提供程序定义的特征；（7） Recordset对象：用来存储数据操作返回的记录集，此对象和Connection对象 是所有对象中最重要的两个对象。在实际编程过程中使用ADO的一个典型的存取数据的步骤为：（1） 连接数据源；（2） 打开记录集对象；（3） 使用记录集； （4） 断开连接。图4. ADO对象模型4.2 本系统的数据库模块Microsoft Access是一种关系型数据库管理系统 (RDBMS)。Access数据库是Microsoft Office套件的一个组件，不需要单独安装。 与其他关系型数据库一样，MS Access充当“后端”，它的
9、任务是存储数据。除此之外，通过使用MS Access，用户还可以创建“前端”或一种对用户友好的、颇受欢迎的数据访问方式。与SQL Server数据库进行比较，Access数据库具有以下的特点：功能比较单一，不提供数据发布、分布式事务处理等操作，因此Access数据库需要的内存和磁盘资源要少；Access数据库一般用于桌面应用程序，不适用于大型的企业级应用。根据Access的以上特点，采用Access数据库作为系统的后台是比较合理的选择。在Access中分别建立如图5所示的数据表，其中三比值判断表，设备类型注意值表，设备信息表，试验结果表是系统主要用到的4个数据表。图5. Access数据库定义
10、以下函数打开数据库：Public Function OpenConn(DBSource As String)On Error GoTo ErrHandleSet Conn = New ADODB.ConnectionConn.ConnectionString = Provider = Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source = & DBSourceConn.OpenExit FunctionErrHandle:MsgBox Err.Description, vbCritical, 连接数据库出错!EndEnd Function数据库打开后就可以读取数据库中数据表
11、的记录，定义以下打开记录函数：Public Function OpenRs()Set rs = New ADODB.Recordsetrs.Open select * from 设备信息, Conn, adOpenStatic, adLockOptimisticEnd Function记录打开后，就可显示记录中的数据了，VB为我们提供了现成的控件完成这项工作，这便是DataGrid控件，外观上与Access的数据表十分相似，使用方法也很简单，将DataGrid控件绑定到上面打开的记录集就行了，即：Set DataGrid1.DataSource = rs效果如下图6所示图6. 记录数据显示5
12、数据分析模块数据从数据库中读出来后就可以对其进行计算分析了，具体包括：产气率计算，三比值编码计算，改进灰色关联分析及变压器故障诊断。5.1 产气率计算故障点的产气速率反映了故障的发展趋势。产气速率与故障消耗能量大小，故障部位，故障点的温度等情况有直接关系。产气速率一般有以下两种表示方式：（1） 绝对产气速率，即每运行日产生某种气体的平均值，按下式计算： （1）式中：绝对产气速率，mL/d；第二次取样测得的油中某气体浓度，；第二次取样测得的油中某气体浓度，；两次取样时间间隔中的实际运行时间，d；m设备总油量，t；油的密度，。（2） 相对产气速率，即每运行月（或折算到月）某种气体含量增加原有值的百
13、分数的平均值，按下式计算： （2）式中：相对产气速率，%/月；第二次取样测得的油中某气体浓度，；第二次取样测得的油中某气体浓度，；两次取样时间间隔中的实际运行时间，月；变压器油中溶解气体分析和判断导则(DL/T 7222000)规定变压器和电抗器绝对产气率的注意值如表1所示：表1. 变压器和电抗器绝对产气率的注意值气体组分开放式隔膜式总烃612氢0.10.2乙炔510一氧化碳50100二氧化碳100200注：当产气率达到注意值时，应缩短检测周期，进行追踪分析变压器油中溶解气体分析的目的之一是：根据色谱分析数据，判断变压器存在故障的发展趋势，本系统计算总烃和氢气的产气率，两者的注意值均设为12m
14、L/d。根据产气速率预测变压器故障的发展趋势，以便采取不同的处理措施，如缩短分析周期，追踪分析，限制负荷，滤油，近期安排内部检查，立即停运检修等。当变压器内部存在的故障处于早期发展阶段，气体的产生比较缓慢；故障进一步发展时，产气速度也随之增大。特别要注意放电性为主的变压器故障，只能立即停运检修。本项目通过计算产气率来判断是否存在故障，进而结合三比值法，改进型灰色关联分析法等判断故障类型和性质。表2. 根据产气率判断故障发展趋势 数值范围故障状态总烃 注意值；总烃产气率 注意值。变压器正常注意值总烃3倍注意值；总烃产气率 注意值。变压器有故障，但发展缓慢，可继续运行。注意值总烃3倍注意值；总烃产气率为注意值的1至2倍。变压器有故障，应密切注意故障发展，可继续运行。注意值总烃3倍注意值；总烃产气率大于注意值的3倍。变压器有严重故障，发展迅速，应立即采取措施，进行检修。5.2 三比值法故障诊断当产气率判断超标时，本系统启用改良三比值法判断故障，其编码规则如表3所示，故障类型判断方法如表4所示。表3. 改良三比值法编码规则气 体比 值 范 围比值范围的编码C2H2 / C2H4CH4 / H2C2H4 / C2H60.10100.11100131213222表4. 编码组合与故障类型判断编码组合故障类型判断C2H2
