《变压器故障诊断论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器故障诊断论文（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录1 绪 论 .11.1 选题背景和意义 .11.2 国内外研究现状 .22 变压器故障 .42.1 短路故障 .42.1.1 短路电流引起绝缘过热故障 .42.1.2 短路电动力引起绕组变形故障 .52.2 放电故障 .62.2.1 放电故障的类型与特征 .62.2.2 放电故障对变压器绝缘的影响 .82.3 绝缘故障 .92.3.1 固体纸绝缘故障 .92.3.2 液体油绝缘故障 .102.3.3 影响变压器绝缘故障的主要因素 .133 变压器油中气体分析诊断与故障检查 .143.1 变压器油中溶解气体分析的原理 .143.1.1 变压器绝缘材料的化学组成 .143.1.2 气体在绝缘
2、油中的溶解 .143.2 特征气体法与故障联系 .153.2.1 特征气体分析与故障联系 .153.2.2 判断方法 .174 特征气体法在变压器故障中的应用 .195 结 论 .24参考文献 .25致 谢 .26平顶山学院 2012 届本科毕业论文 基于油气量的变压器故障检测与健康诊断研究 刘永健11 绪 论1.1 选题背景和意义国民经济持续快速发展，使电力短缺问题日益突出，电力设备超负荷运行已经接近运行极限，电力系统安全形势严峻；2003 年 8 月 14 日的美国、加拿大停电事故发生后，电力系统的安全问题引起了世界的普遍重视，我国把电力系统的安全列入国家安全体系。为实现国家总体能源发展及
3、布局方针， “西电东送、南北互供、全国联网、厂网分开”己成为 21 世纪前半叶我国电力工业发展的方向，将有大量的电力自西部送往东部。而作为输变电的重要设备变压器，对其安全可靠运行的要求是显而易见的，电力变压器在高电压下长期运行，受各种因素影响如过负荷运行、短路电流冲击等，性能逐渐下降。特别是长期运行后造成绝缘老化、材质劣化及预期寿命减少等情况，变压器小故障频发，大的灾难性事故也时有发生，安全问题突出。因此，必须进行电力变压器健康诊断的研究。保证电力变压器健康运行的关键是对电力变压器运行状态进行准确监测，根据运行过程中的各种状况诊断变压器当前的运行状态，预测其发展，及早发现变压器运行状态异常，将
4、“故障诊断”上升为“健康诊断” 。多年来的事故统计结果表明，变压器发生的事故往往是由于对故障的早期征兆缺乏认识或没有引起足够的重视，未能及时处理从而导致故障进一步发展为恶性事故。作为绝缘监督的手段，过去国内广泛采用直流泄露、绝缘电阻、交流耐压和局部放电测量等电器绝缘特性试验。但是这些试验的共同特点是要求被测量设备停运，很难测出发生事故前的极小的内部故障。虽然局部放电试验是检测出绝缘局部缺陷较好的方法，但往往受外部干扰，影响检测的准确性。利用绝缘油中溶解气体分析检测充油电气设备内部早期故障，已成为变压器等充油电气设备绝缘监督的一种重要手段。特别是这类检测技术可以在设备不停电时进行，因此可以定期的
5、对运行中的设备内部状况进行诊断，确保设备的安全可靠运行，以便对设备由定期维修方式转变为内部状态预知维修方式。这在实践中已经充分地显示出了较大的经济效益。平顶山学院 2012 届本科毕业论文 基于油气量的变压器故障检测与健康诊断研究 刘永健21.2 国内外研究现状目前国内外采用变压器油中溶解气体来诊断变压器故障的方法主要有特征气体法，比值法，以及人工智能技术的方法。特征气体法诊断变压器故障主要是根据变压器发生不同故障时，油中溶解的气体主要成分和次要成分是有所区别的。比如电弧和火花放电的主要成分是C2H2， H2；局部放电时的主要成分是 H2，CH 4；过热时产生气体的主要成分是CH4， C2H4
6、；当故障涉及固体绝缘时会产生大量的 CO，CO 2。人们根据油中各种气体的浓度就可以大致判断故障的类型。比值法是根据各种特征气体的比值来判断变压器的故障类型的方法。具体的来说，比值法又可分为有编码的比值法和无编码的比值法。前者有 IEC 三比值法及其改进形式，后者是取消了气体比值区间对应于某一编码，而直接用比值的范围对应于一种故障。比值法是通过对大量的故障的统计分析的基础上，舍弃了较小概率的情况而得到的，所以其准确率不能达到很高，对收集到的全国 1300 多台次故障变压器分用三比值法进行诊断，其准确率为 74%。由于比值法对比值区间的划分是确定的，而变压器的溶解气体浓度与故障类型的关系具有模糊
7、性，所以比值法难以确切反映变压器故障的情况，当出现多种故障类型联合时，可能在表中找不到相应的比值组合，同时在比值的边界附近的故障，往往容易误判。目前采用人工智能方法的变压器的油中溶解气体诊断方法是整个气相色谱诊断研究的重点和热点。应用的人工智能方法主要有模糊数学、专家系统、神经网络、信息融合、数据挖掘以及灰色系统和粗糙集理论等。在各种智能方法中模糊数学有着广泛的应用，模糊数学应用于变压器油中色谱分析主要有模糊综合诊断和模糊聚类等方法，模糊综合诊断是将原来的普通的故障类型集和故障征兆集转化为模糊集合的形式，同时对应于选取不同的反映变压器故障的故障征兆集模糊关系矩阵和故障集有着不同形式的应用。而以
8、油中溶解气体为特征量的模糊聚类诊断方法主要有基于模糊关系的动态聚类的方法和基于目标函数的模糊聚类方法，基于目标函数的模糊聚类方法的典型代表是模糊均值算法(Fuzzy c-mean) 即 FCM 算法又叫 ISO Data 算法。目前专家系统在色谱诊断中的应用主要是结合电气试验，变压器一些其它的诊断注意事项，以及将神经网络，模糊数学等结合起来以提高平顶山学院 2012 届本科毕业论文 基于油气量的变压器故障检测与健康诊断研究 刘永健3故障判断的准确性。还有其它一些智能方法如数据挖掘，信息融合，粗糙集理论等方法在变压器油色谱分析中也有一些应用。由于单独的一种智能方法不可避免存在其局限性，将各种智能
9、方法结合使用已成为诊断方法发展的必然趋势。总之，基于气相色谱分析的变压器故障诊断系统的开发是一个长期的渐进式的过程需要不断改进，不断创新，不断完善，更需要在实际应用中接受检验。智能型系统在变压器故障诊断中的发展前景被各领域专家所看好，但目前尚处于起步阶段，需要研究者进一步探索。无论使用哪种方法，如何选取能有效的反映故障信息的特征参数都是能更有效诊断的前提条件。因此，必须深入研究充油电气设备故障与绝缘油中气体色谱的关系，并在此基础上采用合适的方法才能进一步提高油中溶解气体诊断的准确性。 平顶山学院 2012 届本科毕业论文 基于油气量的变压器故障检测与健康诊断研究 刘永健42 变压器故障2.1
10、短路故障变压器短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路而导致的故障。变压器正常运行中由于受出口短路故障的影响，遭受损坏的情况较为严重。据有关资料统计，近年来，一些地区 110kv 及以上电压等级的变压器遭受短路故障电流冲击直接导致损坏的事故，约占全部事故的一半以上，与前几年统计相比呈大幅度上升的趋势。这类故障的案例很多，特别是变压器低压出口短路时形成的故障一般要更换绕组，严重时可能要更换全部绕组，从而造成十分严重的后果和损失，因此，尤应引起足够的重视。2.1.1 短路电流引起绝缘过热故障变压器突发短路时，其高、低压绕组可能同时通过为额定值数十倍的短路电
11、流，它将产生很大的热量，使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差时，会使变压器绝缘材料严重损坏，而形成变压器击穿及损毁事故。变压器发生出口短路时，短路电流的绝对值表达式为IKA（2-1）注： K比例系数，其值与短路类型有关I所求短路类型的正序电流绝对值不同短路类型的正序电流绝对值表达式为：21REI（2-2 ）注： E故障前相电压R1等值正序阻抗平顶山学院 2012 届本科毕业论文 基于油气量的变压器故障检测与健康诊断研究 刘永健5R2附加阻抗变压器的出口短路主要包括：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等几种类型。据资料统计表明，在中性点接地系统中，单相接地短路
12、约占全部短路故障的 65，两相短路约占 10-15，两相接地短路约占 15-20，三相短路约占 5，其中以三相短路时的短路电流值最大。忽略系统阻抗对短路电流的影响，则三相短路表达式为Id13= = ZUNI（2-3）式中 Id13三相短路电流U变压器接入系统的额定电压Z变压器短路阻抗IN变压器额定电流UN变压器短路电压对 220KV 三相绕组变压器而言，高压对中低压的短路阻抗一般在 1030之间，中压对低压的短路阻抗一般在 10以下，因此变压器发生短路故障时，强大的短路电流致使变压器绝缘材料受热损坏。2.1.2 短路电动力引起绕组变形故障变压器受短路冲击时，如果短路电流小，继电保护正确动作，绕组变形将是轻微的；如果短路电流大，继电保护延迟动作甚至拒动，变形将会很严重，甚至
