基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断.pdf

第 3 1卷 第 4期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 0 年 8 月 基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断 杜晓春 1 ， 朱建勇 2 ( 1 中国瑞林工程技术有限公司， 江西南昌 3 3 0 0 0 2 ； 2 江西理工大学南昌校区， 江西南昌 3 3 0 0 1 3 ) 摘 要 介绍变压器故障诊断的改良三比值法。针对改良三比值法的不足， 提 出了基于改良三比值法的综 合诊断， 并且设计 了与之相关的编程流程图。与改良三比值法相比较， 此方法具有更好的故障识别效果。 关键词 电力变压器； 油中溶解气体分析； 三比值法 中图分类号 ： T M4 1 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 4 - - 4 3 4 5 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - - 0 0 2 7 - 0 3 Di a g n o s i s o f P o we r Tr a n s f o r me r F a u l t Ba s e d o n Di s s o l v e d Ga s An a l y s i s DU Xi a o - c h u n ， ZHU J i a n - y o n g f 1 C h i n a Ne fi n E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， Na n c h a n g , J i a n g x i 3 3 0 0 0 2 ， Ch i n a , 2 N a n c h a n g c a m p u s , J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n c h a n g , J i a n g x i 3 3 0 0 1 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t T h e i mp r o v e d t h r e e - r a t i o me t h o d o f p o we r t r a n s f o r me r f a u l t d i a g n o s i s i s i n t r o d u c e d i n t h e p a p e b a s e d o n wh i c h , a n e w p o w e r t r a n s f o rm e r f a u l t d i a g n o s i s me t h o d i s p u t f o r wa r d a n d a r e l e v a n t p r o g r a mmi n g f l o w c h a I t i s d e s i g n e d t o o v e r e o me t h e s h o r t c o mi n g s o f t h e i mp r o v e d t h r e e - r a t i o me t h o d C o mp a r e d t o t h e i mp r o v e d t h r e e - r a t i o me t h o d , t h i s n e w me t h o d h a s b e t t e r f a u l t i d e n t i f i c a t i o n r e s u l L Ke y wo r d s p o w e r t r a n s f o r me r , d i s s o l v e d g a s e s a n a l y s i s ( D G A ) ； t h r e e - r a t i o me t h o d 1 引 言 电力变压器是电力系统中重要的电气设备 ， 它能 否安全运行关系到电力系统能否安全稳定地运行。在 变压器故障损坏的情况中有很大一部分是 由于绝缘 损坏造成的。目前针对变压器绝缘状况的监测方法有 电脉冲法、 超声波法 、 气相色谱法等。气相色谱方法不 受现场的电磁干扰 ， 能在不停电的情况下对变压器油 取样检验 ， 并且常规 的油中溶解气体分析方法( D G A 1 对充油电气设备的诊断可靠率达 8 5 以上， 尤其对慢 性局部潜在缺陷比较有效。因此， 我国当前在现场中 大量应用的是基于油中溶解气体分析的罗杰斯三比 值法。 但是到目 前为止人们还未发现油中溶解气体与 变压器故障状况之间精确的对应关系【 1 】 ， 利用传统的三 比值判据诊断变压器故障存在编码缺损和临界值判 据缺损翻 ， 这是制约油中溶解气体分析方法发展的一大 因素。 收稿 日期： 2 0 1 0 - - 0 4 - 2 7 2 0 0 7年江西省科技支撑计划项目编号 2 0 0 7 B G 2 7 3 0 0 。 作者简介： 杜晓春 ( 1 9 6 3 _ - ) ， 男， 工程师， 主要从事电气设计与研究工作。 2 改 良三比值法 2 1 判定是否存在故障 对判断充油电气设备内部故障有价值的气体有 氢气( H ) 、 甲烷( C H 4 ) 、 乙烷( c H ) 、 乙烯( c 。H ) 、 乙炔 ( C 2 H ) 、 一氧化碳( C O ) 、 二氧化碳( c o ： ) 。 当油中溶解气体任一项指标超过注意值 ( 表 1 ) 时 ， 即应注意。 通过跟踪分析， 考察其产气速率。 当油中 气体分析结果的浓度超过 了注意值 ， 而且绝对产气速 率也超过了注意值( 表 2 ) ， 可以判断变压器内部存在 故障。 2 _ 2 三比值法分析故障 当判定电力变压器存在故障之后， 推荐改良的三 比值( 五种气体的三种比值) 作为判断充油电气设备故 障类型的主要方法。改良三比值法是将三比 值以不同 的编码表示， 编码规则和故障类型判断方法见表 3 和 表 4 。 2 8 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 1卷 表1 变 压 器 、 电 抗 器 和 套 管 油 中 溶 解 气 体 浓 度 的 注 意 值 u L 几 存在不足， 因此在对运行中的充油电力变压器进行故 障诊断时， 还需要一些配套的辅助方法。为此 ， 我国现 行的 D L F 7 2 2 - 2 0 0 0 ( 导则 推荐了几种辅助方法。 表 3 编码规则 表 2 绝对产气速率的注意值 m l d 2 3 注： 当产气速率达到注意值时， 应缩短检测周期 ， 进行追踪分析。 改良三比值法只有在确定变压器 内部发生故障 改良三比值法辅助判断 ( 1 ) 对一氧化碳和二氧化碳的判断 当故障涉及到固体绝缘时， 会引起 C O和C O 含 量的明显增长。 经验证明， 当C O C O 7时， 可怀疑设 备固体绝缘材料老化。当温度高于 2 0 0、 c o j c 0 3 时， 故障可能涉及到固体绝缘材料， 必要时应从最后一 次的测试结果 中减去上一次的测试数据 ， 重新计算比 后才能使用， 否则可能导致误判。由于改良三比值法 值， 以确定故障是否涉及到了固体绝缘。 表 4 故障类型判断方法 ( 2 ) 比值O 2 N 2 一 般在油中都溶解有 O 和 N 2 ，这是油在开放式 设备的储油罐中与空气作用的结果， 或密封设备泄露 的结果。在设备里， 考虑到 0 和 N 的相对溶解度 ， 油 中 O N ： 的比值反映空气的组成 ， 接近 0 5 。运行中由 于油的氧化或纸的老化， 这个比值可能降低， 因为 O ， 的消耗比扩散更迅速。负荷和保护系统也可能影响这 个比值。但当 O N z 2 被认为是 有载调压污染的迹象。这种 隋况可利用 比较主油箱和 储油罐的油中溶解气体浓度来确定。 气体比 值和乙炔 浓度值依赖有载调压的操作次数和产生污染的方式 ( 通过油或气 ) 。 3 其它比值法的基本原理及方法 在对运行 中的变压器用三比值法诊断时， 如果某 些故障与三比值法诊断结果相矛盾或对诊断结果有 质疑时 ， 可以用其它比值法进行诊断， 如四比值法 、 电 协研法、 过热放电图法。 四比值法经历过劳杰z y ( R o g e r s ) 比值法 、 西德的 四比值法的发展。我国经大量的故障数据分析统计， 在使用中对上述四比值法进行了修正， 使该方法对导 电回路和磁回路的过热性故障诊断具有比三比值法 更高的准确性。总结国内外对四比值法的研究和应用 经验， 四比值法的基本原理可归纳为： 四比瞄生 堤在三 比值 C 2 H 2 ， C ： H 4 、 C t L i H ： 、 C z I - h C 2 H 6 基础上增加一个 比 值 C H H ， 即利用5 种气体组成四对比 值。 比 值法的 第 4期 基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断 2 9 表示方法是 ：两组分浓度 比值如大于 1 用 1 表示 ， 如 小于 1 则用 0表示 ， 在 1 左右表示故障性质的中问变 化过程 ， 即故障性质暴露不太明显 ， 比值越大则故障 性质的显示越明显。 如同时有两种性质的故障存在， 例如 1 0 1 1 则可解释为连续电火花与过热。诊断故障 性质的四比值法可归纳为表 5 。 表 5 判断故障性质的四比值法 C H4 H2 C 2 H 6 C I- h C 2 H C 2 1- 1 6 C 2 H2 C 2 H4 判断结果 C H H2 0 1 ， 局部过热 其他正常老化 轻微 过热 温度 小于 1 5 0 C 轻微过热 温度约为 1 5 0 2 0 0 轻微过热 温度约为 1 5 0 2 0 0 o C 一 般导体 过热 循环 电流及 或连接 点过热 低 能火花放 电 电弧性烧损 永久性火花放 电 或 电弧放 电 ( 1 ) 诊断磁回路过热故障 在四比值法中， 当 C H 4 H z = I 3 、 C 2 H6 C H 4 7 Il 0 2 1 0 3 油氧 老化 【l lo 2 e 2 0 ff 为磁回路I l 0 2 , me 为导电回l 化或纸老化 J - l过热性故障 l l路过热性故障 I 一 02 N 2 = 0 _5 正常 捕 曲芈 II 断 显示 判断结果 图 1 基于改良三比 5 结 论 ( 1 ) 对变压器内部潜伏性故障， 改良三比值法有 较高的灵敏度 ， 能较早地发现故障； ( 2 ) 扩展的改 良三 比值法综合判断要比改良三比值法的诊断正确率更 高， 并且有时更能精确地知道故障部位； ( 3 ) 由于比值 法的编码和故障类型的对应关系是绝对的， 这种绝对 的对应关系不能全面反映编码和故障之间的内在联 系， 所以使用扩展的改良三比值法综合判断也会出现 误判现象。 参 考文 献 1 】柳 亮， 柳 青， 尹雪梅， 等基于 S O F M神经网络的变压器油中溶解 气体的故障分析叨 电力科学与工程， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 1 5 - 1 8 【 2 谢可夫， 罗安遗传算法在变压器故障诊断中的应用叨 电力自动， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 4 ) ：5 5 - 5 8 O O 0 0 0 0 l l l 0 O O O l 1 O O 1 O O l 1 O 0 0 l 0 O l l 0 O l O O O