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1、毕 业 设 计（论 文）题 目： 电力变压器油色谱分析软件的设计 专 业： 电气工程及其自动化 日期： 2008年 3月 17 日 至 2008 年 6月20日摘 要对变压器故障诊断的油色谱分析方法进行了综述,首先分析了电力变压器的常见故障,给出了变压器运行状态的主要测试与监测手段,然后着重介绍了一种变压器故障的综合监测判断方法油色谱分析法。其中重点讨论了基于专家系统的故障诊断方法和基于神经网络的故障诊断方法。并进一步探讨了基于油色谱分析进行变压器故障诊断的前景以及需要解决的问题。本次课题使用VC软件设计实现了通过三比值法实现变压器的油色谱分析。实验结果验证了三比值方法的可行性。关键词：变压器
2、；油色谱分析；故障诊断；神经网络；三比值法ABSTRACTA survey on oil chromatogram analysis for fault diagnosis of transformers is presented. First, the frequently encountered transformer faults are analyzed, and the usually adopted testing and monitoring methods for the running status of transformers are given. Then, empha
3、sis is put on the oil chromatogram analysis for fault diagnosis methods of transformers, in which the expert system and neural network based methods are particularly discussed. The development trend of the oil chromatogram analysis based fault diagnosis of transformers and some open problems are poi
4、nted out .The use of VC software design issues to achieve a ratio of three to achieve through the transformer oil chromatographic analysis. Experimental results show the feasibility of the ratio of three.Key words：transformer ; oil chromatogram analysis ; fault diagnosis ; neural network ; 3 ratio m
5、ethod目 录第一章绪论11.1概述11.2常见变压器故障分析21.3变压器运行状态的主要测试与监测手段3第二章基于油色谱分析方法的变压器故障诊断技术42.1诊断依据42.2油中溶解气体的产生42.3色谱分析方法研究的重要性52.4三比值方法52.5基于专家系统的故障诊断方法62.6基于神经网络的故障诊断方法62.7其他故障诊断方法7第三章基于三比值法的软件设计83.1气体分析83.2相对产气速率83.3三比值法83.4油色谱分析程序流程103.5油色谱分析程序算法设计113.6油色谱分析软件的问题与改进13第四章诊断分析实例14第五章 采用油色谱法分析法的注意事项16结束语18致 谢19参
6、考文献20附录A21附录B24*大学08届本科生毕业设计（论文）第一章绪论变压器是电力系统中的重要电气设备之一，它一旦发生故障，将会带来严重后果。油中溶解气体分析是诊断油浸式大型电力变压器潜伏性故障最有效的方法之一。采用故障特征气体在线监测手段可以克服传统离线试验周期长，从取样、运送到测量环节多，操作繁琐的缺点，能在线持续监测气体组分，贮存长期的检测结果，提供完整的趋势信息，对及时发现潜在故障，确定变压器的维护周期，进行寿命预测，实现状态检修具有决定性的作用。1.1概述变压器油中溶解气体监测包括单组分气体（H）、总可燃气体（TCG）、多组分气体以及对故障诊断有利的全组分气体的监测。目前采用的全
7、组分在线监测技术主要有在线色谱技术以及傅立叶红外光谱技术。其中，在线色谱技术的发展相对较成熟，实用化程度较高。国外最早在20世纪80年代初由日本关西电力和三菱电机公司采用色谱分离技术研制出“变压器油中气体自动分析装置”，并投入现场使用。我国从20世纪90年代初开始研制在线色谱监测装置，经过多年的探索与实践，已逐步走向应用化阶段。近年来，由于变压器在线监测技术的不断进步和电力行业状态检修的迫切需要，各种变压器油中气体在线色谱监测仪不断涌现，国内外关于这方面的报道很多。尽管其可检测的气体种类和体积分数范围参差不齐、检测方法也各有千秋，但其最佳检测指标却不断提高并向实验室气相色谱逼近。在线色谱监测技
8、术涉及面广，现场条件苛刻，近年来一直处于发展完善之中。电力变压器是电力系统的枢纽设备,在变电站中,主变压器能否安全可靠运行,直接关系到电网的安全运行。要使主变压器安全运行,提高供电可靠率,除了应选用技术过硬、产品质量好的变压器以外,关键是要不断提高主变压器的运行、维护、检修水平。而故障诊断技术则为此提供了一种有效的手段。采用气相色谱法分析判断变压器故障，是从运行中的变压器中取油样，对油样中所溶解的气体进行分离和分析，根据试验结果来判断变压器的运行状态和故障类别。在变压器全部项预防性试验项目中，首先把油中溶解气体色谱分析放在了第一位。同时在规定判断故障时可供选用的试验项目中，也将油中气体分析判断
9、异常做为首选。而且，在判断故障的六项供选项目中，仅判断绝缘受潮可不考虑油中溶解气体的分析，其余均把油中溶解气体的分析列入检查故障的试验项目中。由此可见，油中溶解气体色谱分析，在变压器的安全运行和故障判断中占有相当重要的地位。 在变压器故障的诊断检测技术中，用油中可燃性特征气体的成分和含量来分析诊断变压器内部故障方法，由于其灵敏有效，在供电生产实际中愈加受到关注和应用。特别是在变压器运行过程中，采用该方法能够发现其潜伏性的早期故障，可避免和减少变压器损坏事故发生，是目前所有电气试验项目无法替代的。这是由于有些故障不发展到一定的程度，其电气特性就不会发生任何质的变化，试验项目的电气量也就不能充分体
10、现。但由于变压器油中可燃性特征气体的来源较为复杂，气相色谱法也有一定的局限性，如很难判断故障的准确部位或部件，甚至还会由于误判而造成不必要的检修。因此，气相色谱分析法判断故障，必须和电气试验项目有机结合，进行综合分析判断，才能准确地对故障做定性和定量的识别。1.2常见变压器故障分析1) 导电回路过热故障主要有引线接触不良(包括将军帽接线装置过热) 、线圈导线接头焊接质量差以及虚焊、过负荷运行等都会引起导电回路局部过热。2) 绝缘水平下降主要有变压器进水受潮(包括将军帽密封不良进水) 、变压器油油质不良(如介损偏大、有微生物、含水量高等) ,变压器内部局部过热也会造成绝缘损坏以及绝缘材料的热解。
11、变压器所用的电气材料包括绝缘材料、导体(金属) 材料两大类。变压器的绝缘材料主要是绝缘油和纸,故障下产生的气体也主要来源于油和纸的热裂解。绝缘油是由烷烃、环烷烃、芳香烃等碳氢化合物组成的混合物。绝缘纸的成分是纤维素,主要是由糖或多糖类构成的高分子碳水化合物。绝缘油热分解时,因分子链的断裂反应产生低分子烃类气体。绝缘油大约在300 左右就开始热分解,但如果延长加热时间或存在某些催化剂时,则在150200 也会产生热分解。绝缘纸热分解时,因分子链反应将产生二氧化碳、一氧化碳及少量低分子烃类气体。绝缘纸的热解温度也是300 左右, 但如果长时间加热, 在120 150 也会裂解而产生碳酸气。其他绝缘
12、物的热分解物大体和绝缘油相似,但各有特点。金属材料在绝缘物的热分解过程中会起到催化作用,当有水分存在时,还会产生氢气。3) 产气故障常见的产气故障有过热和放电两种类型。放电故障可分为局部放电和其他形式的放电故障两种类型。过热故障的主要原因有: 导体故障; 磁路故障; 接点或连接不良。热点温度的高低、产气组分的相对浓度特征有所不同,热点与局部放电,电弧放电时的产气组分浓度特征也不相同。4) 调压开关故障调压开关主触头没有到位,调压开关抽头引线松动,调压开关触头烧毛,调压开关触头接触压力不够,还有有载调压开关中的切换开关接触不良,切换开关触头烧毛,过渡电阻断线、调压时滑档等,另外还有渗油,即切换开
13、关中油渗到本体中引起本体油色谱异常等。5) 变压器绕组变形由于运输过程中不注意或没有采取安全措施使绕组发生移位。由于抗短路能力差,当发生出口短路时变压器绕组发生变形或散架,严重时造成变压器烧毁。6) 变压器渗油缺陷(包括冷却器渗油) 。7) 电容套管故障主要是进水受潮、油介损不好或整体介损不好,制造质量比较差内部存在着严重的局部放电(运行中油色谱异常) ,运行中末屏接地不良等造成套管绝缘不良或绝缘损坏事故发生等。以上变压器的常见故障有多种测试和监测手段,这些手段有的能够测试出部分故障,有的可以综合判断运行状态及故障点、故障原因。1.3变压器运行状态的主要测试与监测手段1) 直流电阻的测量直流电
14、阻虽然是一个测试方法比较简单的实验,但它能比较直观地确认绕组、引线、调压开关等导电回路是否正常。它能发现绕组导线的焊接质量,引线接头是否拧紧接触是否良好,调压开关触头接触是否良好等。2) 油色谱分析 通过油色谱分析可以判断变压器内部是否存在着过热性故障(导电回路、铁芯多点接地引起过热等) 严重的局部放电、电弧放电故障等,它是一个综合性判断变压器运行状态的重要手段之一。3) 绝缘性能测试通过绝缘电阻、吸收比、极化指数、介损、电容量(包括电容套管)、泄露测试等实验可掌握变压器的绕组绝缘水平和铁芯对地绝缘。通过油介损、微水、油简化测试可反映绝缘介质的好坏。4) 远红外测温通过红外线测温可以随时掌握各
15、出线引线接触是否良好。5) 有载调压开关特性测试通过有载调压开关切换时间、周期、切换的波形测量可以掌握变压器的有载调压开关的性能是否良好。6) 绕组变形测试和低电压短路阻抗的测试可以掌握变压器出口短路后变压器绕组有否变形和移位。以上方法各有特点,其中油色谱分析是一种综合的判断方法。据统计,我国电网中有50%以上的故障变压器是通过该试验结果检出的。由于这一检测技术能够在无须停电的情况下进行,不受外界电场和磁场因素的影响,因此可以在线对变压器内部绝缘状况进行诊断,有利于状态维修的发展。油色谱分析可以在变压器运行中随时取样分析,也可以采用在线监测的油色谱装置(也是有源的) 全面分析。这种方法从运行的角度看应该是一种比较理想的主要监测分析方法。第二章基于油色谱分析方法的变压器故障诊断技术电力变压器运行时，往往会存在一些潜在故障。而如何通过变压器的外部数据来检测并诊断其内部故障将会在本章中介绍。2.1诊断依据利用气相色谱分析技术,检测绝缘油中气体含量以实现对电力变压器潜伏性故障的监测诊断,在我国铁路系统已得到广泛应用,并已有多年的实际经验。其原理为:运用中的变压器,正常情况下绝缘油在热和电的作用下,会逐渐老化
