abstract p o w e r e q u i p m e n t s a r e u s u a l l y i n s t a l l e d o u t d o o r s . i n m o s t c a s e s , l a r g e - s c a l e p o w e r t r a n s f o r m e r s a r e o p e r a t e d c e a s e l e s s l y a l l d a y w i t h o u t m o n i t o r i n g b y m e n i n b a d e n v i r o n m e n t s . a t p r e s e n t , t h e q u a n t i t y a n d 伽 c a p a c i t y o f p o w e r t r a n s f o r m e r s a r e g ro w i n g g r a d u a l l y w i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f e le c t r i c p o w e r i n d u s t ry . t h e r e f o re , a s o n e o f t h e k e y t e c h n i q u e s t o g u a r a n t e e t h e s a f e t y a n d re l i a b i l i t y o f o p e r a t i o n , t h e f a u lt d i a g n o s i s a n d m a i n t e n a n c e o f l a r g e p o w e r t r a n s f o r m e r s h a s b e e n l o n g c o n c e rn e d c l o s e l y . b a s e d o n a c t u a l i t y o f p o w e r t r a n s f o r m e r f a u l t d i a g n o s i s , t h i s t h e s i s a p p l i e s i n f o r m a t i o n f u s io n t e c h n o l o g y t o f a u l t d i a g n o s i s a n d a d o p t f u z z y p e tr i n e t i n t e l l i g e n t re a s o n i n g a l g o r it h m t o f a u l t m a i n t e n a n c e e x p e rt s y s t e m . t h e r e s u lt is p r o v e d s a t i s f a c t o ry . 1 . t h e a b n o r m a l it y a n d it s t y p e t h a t i s a v a i l a b l e i n p o w e r t r a n s f o r m e r 叩e r a t i o n a r e i n v e s t e d . i t i s n o t e d t h a t th e r e e x i s t s e v e r a l m e t h o d s fr e q u e n t l y u s e d o f f a u l t i d e n t i f i c a ti o n a n d f a u lt p ro p e r ty j u d g m e n t . i n p o w e r tr a n s f o r m e r f a u l t d i a g n o s i s , t h e r e a r e o n l i n e e l e c tr ic a l t e s t s , d i s s o l v e d g a s - i n - o i l a n a ly s i s a n d c o n v e n t i o n a l e l e c t r ic a l t e s ts w h o s e p r i n c i p l e s , c o n t e n t s a n d c h a r a c t e r s a re a l s o i n t rod u c e d訪偽is 你p q k 2 . i n - d e p t h a n a l y s e s s h o w t h a t t h e f a u l t i n f o r m a t i o n c o m e s fr o m m a n y s o u r c e s , h a v i n g a c o m p l i c a t e d m u lti - l a y e r s t r u c t u r e . a t t h e s a m e t i m e , c o m p l e m e n t a r y , r e d u n d a n c y a n d u n c e r ta i n ty o f t h e i n f o r m a ti o n a r e re v e a l e d a s w e l l . t h e r e f o r e , i n a c c o r d a n c e w i t h t h e b a s i c fr a m e o f i n f o r m a t i o n f u s i o n , a p o w e r t r a n s f o r m e r c o m p re h e n s iv e f a u lt d i a g n o s i s m o d e l i s p r o p o s e d , u s i n g t h e t e c h n i q u e o f e v i d e n c e re a s o n i n g ( e r ) . wit h i n t h e d i a g n o s t i c m o d e l , t h e d i s s o l v e d g a s - i n - o i l a n a l y s i s ( d g a ) a n d t h e r e s u lt s o f c o n v e n ti o n a l e l e c t r i c a l t e s t s o f p o w e r t r a n s f o r m e r s a re c o m b i n e d ti g h t l y . a l s o , t h e o n - s i t e e x p e r i e n c e s i n o p e r a t i o n , d i a g n o s i s a n d m a i n t e n a n c e a re h i g h l y u ti l i z e d i n t h e m o d e l . i t h a s s h o w n t h a t t h e m o d e l p o s s e s s e s s a t i s f a c t o ry c a p a c i ty o f k n o w l e d g e re p r e s e n t a ti o n a n d s t r o n g s o l v in g a b i l i ty t o d e a l w i t h u n c e r ta i n f a c t s . f u r th e r m o re , t h e a u t h o r i n t ro d u c e s t h e t e c h n i q u e o f e r i n t o t h i s m o d e l , m a k i n g 伽 p r o c e s s o f f a u l t d i a g n o s i s m o re i n t u i ti o n i s t i c a n d c l e a r 3 . h o w t o b u i l d a r e p o s ito ry i n e x p e rt s y s t e m i s a k e y p o 誠(chéng) w h i c h c a n re f l e c t t h e p e r f o r m a n c e o f t h e e x p e rt s y s t e m . s o , m a n y w a y s t o re p re s e n t i n f o r m a t i o n a r e p o i n t e d o u t , s u c h a s p ro d u c t i o n r u l e s , fr a m e re p r e s e n t a t i o n a n d o r i e n t i n g o b j e c t re p r e s e n t a t i o n e t c . b u t s u c h w a y s a b o v e a re n o t s a t is f a c t o ry . b e c a u s e f u z z y p e t r i n e t h a s m a n y c h a r a c t e r i s t i c s s u c h a s e a s y t o d e s c r ib e s y s t e m c o n d i ti o n c h a n g i n g , e a s y to a n a ly z e s y s t e m o p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d t o c h a n g e d e s c r ip t i o n s i n m a n y d i ff e r e n t l e v e l s , i n p o w e r tr a n s f o r m e r f a u lt m a i n t e n a n c e e x p e r t s y s t e m , t h i s d i s s e r ta t i o n p r e s e n t s a f u z z y p e t r i n e t m o d a l to re p re s e n t t h e f u z z y p r o d u c ti o n r u l e s o f a p o w e r t r a n s f o r m e r f a u lt m a i n t e n a n c e r u l e - b a s e e x p e r t s y s t e m . b a s e d o n t h e f u z z y p e t r i m e t m o d a l , a n e f f i c i e n t d i a g n o s t i c- r e a s o n i n g a l g o r i t h m i s p ro p o s e d 4 . wi t h t h e i n c re a s i n g c o s t p r e s s u r e d u e t o c o m p e ti ti o n i n t h e e l e c t r i c a l p o w e r m a r k e t , e n t e r p r i s e s b e g i n t o r e a l i z e t h a t it i s n o t t h e m o s t e c o n o m ic w a y to c o n d u c t t r a n s f o r m e r m a i n t e n a n c e o n l y a c c o r d i n g t o t h e i r t e c h n i c a l c o n d i ti o n , b u t d e s p i t e 伽 c o s t i n v o lv e d . t h i s t h e s i s s h o w s t h e d e fi n i ti o n o f s e v e r a l e l e c t r i c a l e q u i p m e n t m a i n t e n a n c e w a y s a n d t h e d e v e l o p m e n t o f e l e c t r i c a l e q u i p m e n t m a i n t e n a n c e . r e l i a b i l i ty - c e n t e re d m a i n t e n a n c e i s p o i n t o u t e m p h a t i c a l l y . i n o r d e r t o i m p r o v e t h e e c o n o m i c a n d r e l i a b l e c a p a c 沁o f g e n e r a t o r s , b a s e d 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 一n一 o n t h e f a c t t h a t o u r c o u n t ry i s i n t h e f i r s t s t a g e o f c o n d i t i o n m a i n t e n a n c e , t h i s t h e s i s p o i n t s o u t a w a y t o o p t i m i z e t h e m a i n t e n a n c e c y c l e o f g e n e r a t o r s k e y w o r d s : p o w e r t r a n s f o r m e r , f a u l t d i a g n o s i s , i n f o r m a t i o n i n f u s i o n t e c h n o l o g y , f u z z y p e t r i ne t , r c m 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 -i i i - 學(xué) 位 論 文 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的研究成果。 盡我所知， 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外， 論文中不包含 其他人己 經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的 研究成果， 也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 簽名 : 弄 秀y日期: 加 乃 、 年 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、 國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位 論文的復(fù)印件和電子文檔， 可以 采用影印、 縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 本人 電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。 除在保密期內(nèi)的保密論文外， 允許論 文被查閱和借閱， 可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。 論文的公布( 包 括刊登)授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。 簽名:導(dǎo)師簽名: 扭 “ 林 日 期: 腳對(duì)仁 第一章 緒論 第一章緒論 ; 1 . 1 電力變壓器故障診斷課題的研究背景 電 力系統(tǒng)的 根本任務(wù)是為社會(huì)生產(chǎn)和生活提供充足、合格且 廉價(jià)的電 力，而系統(tǒng)的安全、 可靠和 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行則是實(shí)現(xiàn)此目 標(biāo)的基本途徑。 隨著電網(wǎng)容量的 逐步擴(kuò)大及用 戶對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高， 電 力系統(tǒng)能否安 全可靠的運(yùn)行受到極大的關(guān)注。 電網(wǎng) 容量的 擴(kuò)大， 同時(shí)也憊味著事故范圍有可能 增大; 而供電 質(zhì)量要求的提高， 除了 要求合格的電能 外， 主要還意味著更可靠的 供電 及更少的停電 時(shí)間。電 力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行， 首先取決于電網(wǎng)的 結(jié)構(gòu)是否合 理; 而電 氣設(shè)備， 特別是 像電力變壓器這種系統(tǒng)中 輸、 配電 的重要設(shè)備，由 于處于系統(tǒng)的 樞紐位置， 它們運(yùn)行的 可靠性也 將直接影響電 力系統(tǒng)的安全與 穩(wěn)定。表 1 - 1 列出了中國(guó)電力科學(xué)研究院統(tǒng)計(jì)的 1 9 9 2 年全國(guó)不同地區(qū) 1 1 o k v及以上電力變壓器事故 的損失 情況川 . 表1 - 1全國(guó)1 9 9 2 年1 l o k v及以 上電力變壓器事故的容量損失 網(wǎng)局情況運(yùn)行臺(tái)數(shù)事故臺(tái)數(shù)臺(tái)次事故率 n .事故容盆l ( mv a) 容t事故率n / o 華北直屬 5 3 530 . 5 64 4 1 .51 . 3 2 東北直屬2 6 生 20 ， ， ，3 印 力1 . 1 9 華東直屬 3 512 名63 1 . 51 . 1 2 華中直屬2 2 00 . 0 0000 . 0 0 西北直屬 2 7 42。 力2 7 0 . 01 . 7 8 另 據(jù)報(bào)道，1 9 9 9 年我國(guó)5 0 0 k v電 力變壓器的強(qiáng)迫停電率為4 . 0 9 6 次百臺(tái). 年， 比1 9 9 8 年上升了 2 . 1 8 次百臺(tái) 年， 這說(shuō)明了 高電 壓等 級(jí)電 力變 壓器的 運(yùn)行 可靠 性仍不 盡人 意r i同時(shí)， 大型 變壓 器是 系 統(tǒng)中的重要設(shè)備， 其事故或故障本身帶來(lái)的更換或維修費(fèi)用一般也比 較高昂。多 年以 來(lái)， 為了 減少 事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，電力工作者及研究人員對(duì)電 力變壓器的試驗(yàn)、 診斷和維修技術(shù)進(jìn)行 了 廣泛而深入的 研究，并結(jié)合設(shè)計(jì)、 制造及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)等， 逐漸開發(fā)出了 一系列離線、 在線的 測(cè)試方法及相應(yīng)的診斷 判據(jù)，為電 力變壓器的安全運(yùn)行提供了 有力的 技術(shù)保證。 而隨著通訊、 計(jì)算機(jī) 及新材料等技術(shù)的發(fā)展， 新的測(cè)試手段還在不斷出 現(xiàn) 這些新方法將更加精確、靈敏和及時(shí):與 此 相適應(yīng)，電力變壓器的故障診斷技術(shù)正朝著智能化、在線化的方向發(fā)展。 在此期間，電 力設(shè)備的維修體制也由 最初的 事后維修發(fā)展到定期維修， 而如今正逐步在往狀態(tài)檢 修過(guò)渡。 近年來(lái)，為了 適應(yīng)電力體制變化所帶來(lái)的 經(jīng)濟(jì)壓力， 對(duì)貴 重的 大型電 力設(shè) 備， 如變壓器， 發(fā) 電 機(jī)等，以 可靠性為 中 心的 維修 ( r e l i a b i l it y - c e n t e r e d m a in t e n a n c e r c m) 的探索正有望 展開 13 l 夸 1 . 2電力變壓器故障診斷的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 為保證電力變壓器具有必要的 運(yùn)行可靠性， 可從希望的 和要求的 可靠性出發(fā)，來(lái)評(píng)定設(shè)備的 健康 狀態(tài); 而評(píng)定的 準(zhǔn)確性和可信度。則 依賴于 對(duì)被監(jiān)測(cè)參數(shù)與運(yùn)行可靠性之間 聯(lián)系程度的把握。 但這樣 確定設(shè)備健康狀態(tài)必須全面地掌握所需的信息才有可能。因此，在所需信息不足的情況下，如何通過(guò) 對(duì)測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的 分析， 準(zhǔn)確及時(shí) 地判斷故障的 類型、原因和部位并 采取相應(yīng)的措施， 將故障消滅 于萌芽狀態(tài)，是電力變壓器故障診斷的總發(fā)展方向。 7 . 2 . 1 人工智能技術(shù)應(yīng)用于電力變壓器故障診斷 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 一1- 第一章 緒論 人工智能技術(shù)是對(duì)信息的吸收和加工處理，從 代表性的簡(jiǎn)單的數(shù)值計(jì)算， 發(fā)展為 模擬人腦對(duì)不確 定性的判別、 思考、 預(yù)測(cè)、 優(yōu)化和決 策等方法的總稱。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展， 智能 技術(shù)也 得到 了 新的 進(jìn)展，形成了 應(yīng)用廣泛的智能計(jì)算， 包括模糊方法、 演化方法、時(shí) 序分析法和遺傳算法等， 這 些智能計(jì)算和專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自 學(xué)習(xí)等技術(shù)以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)等常規(guī)計(jì)算密切結(jié)合、互相補(bǔ)充，在 許多領(lǐng)域取得了有益的成果. 將人工智能技術(shù)與 變壓器離線試驗(yàn)相結(jié)合對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者己 經(jīng)做了 許多工作，也取得了 許多 成果，目 前在這一 領(lǐng)域運(yùn)用較多的 智能技術(shù)有:專家系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)、人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法、 多元統(tǒng)計(jì)分析、 決 策樹等， 尤以 人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)和專家系統(tǒng)方向的 研究最為活躍。 現(xiàn)在， 對(duì)電 力變壓器故障診斷研究的主要方向 是提高診斷的 準(zhǔn)確率。電 力變壓器發(fā)生故障時(shí)其內(nèi) 部的 絕緣油中溶有各種氣體，根據(jù)各種氣體在油中的含量來(lái)判斷電力變壓器將發(fā)生的故障性質(zhì)和故障 發(fā)生的 位置， 這種方法稱為氣相色譜法或油中 溶解氣體分析法 ( d g a ) 。 有的學(xué)者將氣相色譜法與專家 系 統(tǒng)、 人 工 神 經(jīng)網(wǎng) 絡(luò) 法、 遺 傳算 法等 各 種 先 進(jìn)的 智 能 技 術(shù) 相 結(jié) 合 進(jìn) 行 診 斷 4 ,5 ,6 ,7 ,9 1 。 人 工 神 經(jīng)網(wǎng) 絡(luò) a n n ) 是一種全新的模擬人類智能的方法與技術(shù)， 通過(guò)自 組織、自 學(xué)習(xí)，即 可獲得獨(dú)立的 領(lǐng)域知識(shí)，它有效 地 解決 諸如 模式 識(shí)別、曲 線擬 合、 群體分類、 優(yōu)化計(jì)算 和聯(lián)想記 憶等一 系列問(wèn) 題4 ,5 1 . 專家 系統(tǒng)( e s ) 是一種帶有智能功能的計(jì)算程序， 它用一定的規(guī)則和推理過(guò)程去解決某一領(lǐng)域內(nèi) 通常需要具有專家水 平的 知識(shí) 和經(jīng)驗(yàn) 才能 解決的 復(fù)雜問(wèn) 題6 ,4 1所以， 許多 研究者 根 據(jù)人工 神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)或?qū)＜蚁?統(tǒng)的 功能 和特 點(diǎn) 重點(diǎn) 將a n n 或e s 和 氣相色 譜法相結(jié) 合， 從 研究 數(shù) 據(jù)處 理到 優(yōu)化網(wǎng) 絡(luò)結(jié) 構(gòu)等 16 ,1 1 1 . 運(yùn)用各 種方 法 和 理論， 使電 力 變壓器故障診斷系統(tǒng)不斷 地改 進(jìn)。 但是人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)、專家系統(tǒng)也存在著一些缺陷，比 如: 人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)搜索時(shí)可能陷入局部最小點(diǎn)， 這樣使得網(wǎng) 絡(luò)有時(shí)不能收斂到全局最優(yōu)點(diǎn)，同 時(shí)， 神 經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的訓(xùn)練樣本選取較為困 難， 從而使網(wǎng) 絡(luò)的 性艙以 及收斂速度有時(shí)不甚理想，因 而導(dǎo)致系統(tǒng)故障 診斷 精 度不好: 專 家系 統(tǒng) 也存在著 知識(shí)的 獲取、 知 識(shí)庫(kù)的 維 護(hù)以 及 處理 模糊性 等問(wèn) 題 1 1 2 1 。 針 對(duì)這 些問(wèn) 題， 根據(jù)a n n 與e s 的不同 特點(diǎn); a n n 它不需要從領(lǐng)域?qū)＜夷抢锾崛★@示知識(shí)， 形成知識(shí)庫(kù)， 而只需根 據(jù)領(lǐng)域問(wèn) 題組織訓(xùn)練樣本， 通過(guò)自 組織、自 學(xué)習(xí)， 即可獲得獨(dú)立的 領(lǐng)域知識(shí); e s 相對(duì)于a n n 來(lái)說(shuō)存在 很多 優(yōu)點(diǎn)，比 如易于 進(jìn)行深層次推理， 善于 利用專家的啟發(fā)性知識(shí)而無(wú)須進(jìn)行樣本訓(xùn)練，網(wǎng) 絡(luò)的 輸出 比 較清晰直觀等。 有的 專家學(xué)者提出了a n c 與e s 的“ 協(xié)商臉 機(jī)制等各種結(jié)合方法， 也就是說(shuō)， 用a n n 的優(yōu)點(diǎn) 來(lái)彌補(bǔ)e s 的缺陷， 用e s 的 長(zhǎng)處來(lái)補(bǔ)a n n 的 短處， 這樣使其具有互補(bǔ)性， 故障診斷的準(zhǔn)確率大 大 提 高 u u 1 .2 .2當(dāng)前電力變壓器故障診斷中存在的不足 變壓器故障是變壓器本身及其應(yīng)用環(huán)境綜合作用和長(zhǎng)期積累的結(jié)果，因而變壓器故障的 表象也多 種多樣， 變壓器故障表象和故障機(jī) 理之間的聯(lián)系也 錯(cuò)綜復(fù)雜， 為了 描述變壓器故障的各種特性并進(jìn)行 分析，已 采用了 諸如不確定性的模糊性處理。 診斷分析的 專家系統(tǒng)， 數(shù)據(jù)分析的 神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)模式識(shí)別等 方法，并有了 一定的 應(yīng)用成果。 但我們同 時(shí)注意到， 在當(dāng) 前的電 力 變壓器故障診斷中 也存在著以 下面 一些主要問(wèn)題: 1 從指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修的角度出 發(fā)， 僅僅能夠診斷出 設(shè)備已 經(jīng)發(fā)生了 故障，有時(shí)是不夠的，還很需要指 明 故障發(fā)生的部位甚至嚴(yán)重程度。這就要求盡量利用全面的 故障征兆信息進(jìn)行綜合考慮， 從而得 出 更 為 準(zhǔn) 確 的 結(jié) 論 1 3 .14 1 。 例 如 ， 不 僅 要 利 用% a 的 結(jié) 果 ， 其 他電 氣 試 驗(yàn) 的 結(jié) 論 及 現(xiàn) 場(chǎng) 運(yùn) 行 經(jīng) 驗(yàn) 也 應(yīng)參與故障診斷: 而且，這種綜合診斷己經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的“ i f - t h e n ”規(guī)則組合所能 勝任的。 深 入分析可以 發(fā)現(xiàn)， 變壓器的各種故障之間存在一定的內(nèi) 在聯(lián)系， 他們提供的狀態(tài)信息可能共同 支 持或否定某種故障， 或分別支持 不同的故障類型一一 這使變壓器故障信息之間表現(xiàn)出一定程度的 冗余、 互補(bǔ)或互斥性等。另外， 變壓器的離線與在線試驗(yàn)、 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和試驗(yàn)室分析等在有效性、 及時(shí)性及靈敏度等方面存在的諸多差異，也使變壓器的故障診斷信息表現(xiàn)出多層次性和一定的交 東南大學(xué) 碩士學(xué) 位論文 一 2一 第一章 緒論 叉性:同時(shí)， 它們還具有很強(qiáng)的不確定性， 考慮到故障信息的這些特點(diǎn)， 很有必要深入探討更 加 有效的信息處理方法，以 期獲得更優(yōu)良 的診斷效果; 2 ，在專家 系統(tǒng)中 知識(shí) 庫(kù)的 建 立是 反映 專家系 統(tǒng) 性能的 關(guān)鍵 p 5 。 為 此， 人們提出 了 很多 知識(shí)的 表 示方 法， 例如產(chǎn)生式規(guī)則、 框架式表示方法、面向 對(duì)象的 表示方法等。 但是， 這些方法都存在這樣或 那樣的不足， 特別是基于知識(shí)的推理， 存在著 “ 匹配沖突” 和 “ 組合爆炸”的問(wèn) 題， 盡管可以 采 取將規(guī)則知識(shí)分塊等處理方法， 專家系統(tǒng)的診斷推理尤其是基于不確定 性知識(shí)的 模糊推理仍然速 度慢、效率差，難以 適應(yīng)監(jiān)測(cè)控制實(shí)時(shí)性的要求。 1 .3本文的主要工作 本論文的 工作是 在 文 1 6 ) 的 基礎(chǔ) 上開展的， 是該文的 深入，由 于 文 1 6 1 研究的 重點(diǎn) 放 在基于d g a 方法的 “ 設(shè)備故障分類器” 上， 在利用全面的故障征兆信息進(jìn)行故障嚴(yán)重程度，故障定 位和故障維修 專家系統(tǒng)等方面還有許多工作需要展開， 因此本文從以 下幾方面入手: 1 .介紹了 變壓器故障 診斷課題的 研究背景和當(dāng) 前的 研究狀況，討論了 人工智能 技術(shù)在變壓器故障診 斷中的應(yīng)用，并 指出了當(dāng)前電 力變壓器故障診斷工作中存在的困難和不足: 2 .介紹了電 力變壓器的 分類、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過(guò)程中 常見的 異常情況，介紹了 幾種常用的故障 類型識(shí)別 和故障性質(zhì)判斷方法，并在此基礎(chǔ)上， 對(duì)電 力 變壓器故障診斷過(guò)程中的可用信息 進(jìn)行詳細(xì)分類， 為 下 文進(jìn)一 步研 究電 力變 壓器故 障性 質(zhì)、 嚴(yán)重 程 度和 部 位診斷即 在 文 1 6 1 基礎(chǔ) 上， 建 立一個(gè) 更 加全 面， 穩(wěn)定、可靠的電 氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)打下了 基礎(chǔ); 3 .充分考慮到電 力 變壓器的故障 信息來(lái)源眾多及其表現(xiàn)出 互補(bǔ)、 冗余、互斥等特點(diǎn)， 且故障征兆與 故障類型 之間 存在很強(qiáng)的不確定性，引 入信息融合技術(shù)理論， 在信息融合的理論框架下， 根據(jù)文 1 6 中“ 設(shè) 備 故 障 分 類器” 的 輸出 結(jié) 果并 借助 證據(jù) 推理 技術(shù)， 利用 盡可能多的 故障 征兆 信息 進(jìn)行 故 障定位推理，并 借鑒現(xiàn)場(chǎng)專家的經(jīng)驗(yàn)， 建立了電 力變壓器故障部位的綜合診斷模型: 4 .建立變壓器維修專家系統(tǒng)， 并且考慮到變壓器維修專家系統(tǒng)中規(guī)則搜索匹 配效率低等問(wèn) 題的 存在， 利用p e a l 網(wǎng)同 步、 并發(fā)的能力， 提出了 模糊 p e t r i 網(wǎng) 知識(shí)表示方法， 給出了 一種表示模糊產(chǎn)生 式 規(guī)則的單級(jí)正向 模糊推理p e t ri網(wǎng) 模型， 采用極大代數(shù)的矩陣算式為電 力變壓器故障維修專家系統(tǒng) 提供了 快捷有效的 推理算法; 5 .探討了貴重的大型電力設(shè)備，如變壓器，發(fā)電機(jī)等，以可靠性為中心的維修問(wèn)顧。 東南大學(xué) 碩士學(xué)位論丈一 3 一 一一，-盛盆監(jiān)盆召黔慫 第二章 電力變壓器故障及其診斷方法 2 . 1引言 電力變壓器是電網(wǎng)中改變電 壓， 傳遞能量的主要電 氣設(shè)備， 它一旦發(fā)生事故，則所需的修復(fù)時(shí) 間長(zhǎng)、 影響嚴(yán)重。 有人稱電力變壓器是輸配電系統(tǒng)的“ 心臟” ， 它明確的表達(dá)了電力變壓器在電力系 統(tǒng)中的重 要地位，以 及 人們對(duì)這一 重要性的 理解11 7 1提高 變壓器的 運(yùn)行維護(hù) 和技術(shù)管理水平，已 成 為保障供電可靠性的重要手段。 本章將從電力變壓器的結(jié)構(gòu)、常見故障以 及常用的故障診斷方法談起，重點(diǎn)總結(jié)出電力變壓器 故障診斷過(guò)程中可以用到的信息，為以后建立一個(gè)全面、穩(wěn)定、可靠的電力變壓器故障診斷和維修 系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。 2 .2電力變壓器介紹11 8 1 電力變壓器是借助于電磁感應(yīng)，以 相同的頻率， 在兩個(gè)或更多的 繞組之間變換交換電 壓或電 流 的一種靜止電氣設(shè)備. 2 .2 . 1電力變壓器的主要結(jié)構(gòu) 變壓器由 變壓器器身 鐵心、繞組、絕緣、引線等) 、油箱 ( 油箱本體、附件) 、 套管、冷卻裝 置、 保護(hù)裝置和出 線裝置組成。變壓器的結(jié)構(gòu)取決于變壓器的電 壓等級(jí)和輸出功率。 下面就最常用油浸式變壓器的各主要組成部件作簡(jiǎn)要說(shuō)明: 1 ) 鐵心。 這使構(gòu)成磁路的 部件， 分芯式 和殼式兩種，由 薄硅 鋼片疊制而成。 鐵心的 夾緊 方式有兩 種，老式的 用穿芯螺栓和現(xiàn)代的 用高強(qiáng)環(huán)氧玻璃絲帶纏繞。 2 ) 繞組。 包括導(dǎo)線和絕緣。 導(dǎo)線有銅、 鋁兩種; 絕緣有主絕緣 ( 對(duì)地和高低壓繞組間 和相間絕緣) 和縱絕緣 ( 層間和匝間絕緣) 。 3 ) 引線和分接開關(guān)。分接開關(guān)有無(wú)載和有載切換兩種。在繞組上設(shè)有抽頭，以 達(dá)到改 變變比的目 的，一般分接開關(guān)設(shè)在高壓繞組上。 4 ) 油箱。 這是作為冷 卻和絕緣油的 容器。 一般在油 箱上帶 有油 枕， 絕緣油充滿油箱 和油枕的 下半 部。 5 ) 套管。 套管 應(yīng)該 有良 好的 密封性能和 絕緣性能， 我國(guó)6 6 k v及以 上電 壓等級(jí)的 套管均為電 容型 結(jié)構(gòu)。 2 . 2 .2電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu) 目 前廣泛采用的是油浸變壓器， 其中絕緣油起著絕緣和散熱的 雙重作用， 每臺(tái)油浸變壓器都要 用大量的油、紙等絕緣材料。變壓器的 絕緣結(jié)構(gòu)分為內(nèi) 絕緣、 外絕緣， 見圖2 . 1 所示 內(nèi)絕緣是處于油箱中的各部分絕緣， 包括線圈絕緣、引線及分接開關(guān)絕緣，這些絕緣是油、固 體絕緣材料以及二者的組合。外絕緣是空氣絕緣，是指套管上部對(duì)地以及彼此之間的絕緣間隙。 內(nèi)絕緣又可分為主絕緣和縱絕緣兩種。 主絕緣是指線圈或引線對(duì)地、 對(duì)異相或同相其他線圈或 引線之間的絕緣; 縱絕緣是指同一線圈上各點(diǎn)之間或其相應(yīng)引線之間的絕緣。 主絕緣由變壓器的i m i n 東南大學(xué)碩士學(xué)往論文 一 4 一 第二章 電力變壓器故障及其診斷方法 工頻耐壓和沖擊耐壓所決定，縱絕緣由變壓器的沖擊耐壓所決定。 叮 一. 一一 一-， 一繞 組 絕 緣 日 高壓與低壓繞組之間、相間和對(duì)地絕緣 引線或分接開關(guān)對(duì)地或其他繞組的絕緣 主絕緣 同一繞組中不同匝間、層間、段間絕緣 同一繞組引線、分接開關(guān)各部分間絕緣 縱絕緣 廠l 一一一 變壓器絕緣 同一繞組 ( 不同相)套管間的空氣絕緣 外 一絕 緣 套管之間或?qū)Φ?圖z . 1 ( 包括儲(chǔ)油柜等) 變壓器絕緣結(jié)構(gòu) 的空氣絕緣 2 . 3電力變壓器常見故障 變壓器故障的 種類是多種多樣的。 它包括附件的質(zhì)量問(wèn) 題直至內(nèi)部繞組的 絕緣擊穿等等，下 面 將常見故障按發(fā)生部位和發(fā)生過(guò)程歸類。 i .按 故障 發(fā) 生 的 部 位分 類 【 a 1 ) 繞組故障: 故障原因 包括匝間絕緣故障， 沖擊， 受潮， 繞組外部故障， 過(guò)熱， 繞組斷 路，劣化，油道阻塞， 接地，相間故障和機(jī)械性故障; 2 ) 套管故障:故障原因包括老化， 污染，裂紋， 動(dòng)物閃 絡(luò)， 沖擊閃 絡(luò)，受潮， 油位低， 法蘭接地; 3 ) 分接開關(guān)故障: 故障原因包括機(jī)械性故障，電 氣故障， 引線故障， 過(guò)熱， 油泄漏， 外 部故障; 4 ) 鐵心故障: 故障原因 包括鐵 心絕緣故 障， 接 地帶斷 裂， 鐵心疊片短路， 夾件、 螺 栓、 楔塊等部件松動(dòng); 5 ) 端子排故障:故障原因包括松動(dòng)聯(lián)結(jié)，引 線斷開， 受潮，短路: 6 ) 油故障:故障原因包括受潮，有雜質(zhì)， 氧化，泄漏和劣化; 7 ) 其他故障:比 如油中有金屬顆粒， 運(yùn)輸損壞， 外部故障， 油箱焊接不良， 附 屬設(shè)備故 障，過(guò)電壓，過(guò)負(fù)荷等。 2 按故障發(fā)生 過(guò)程分類1 9 1 )突發(fā) 性故障:比 如由 異常電 壓 ( 外部過(guò)電 壓、內(nèi) 部過(guò)電 壓)引 起的絕緣擊穿; 外部 短路事故引起繞組變形、層間短路;自 然災(zāi)害，如地震，火災(zāi):輔機(jī)的電源停電; 2 )常年累月逐漸擴(kuò)展而形成的故障:比 如鐵心的絕緣不良 ，鐵心疊片之間絕緣不良 ， 鐵心穿芯螺栓絕緣不良 ;由 外界的反復(fù)短路引 起繞組的 變形;過(guò)負(fù)荷運(yùn)行引起的 絕 緣老化:由于吸潮、游離放電引起的絕緣材料、絕緣油老化。 東南大學(xué)碩士學(xué) 位論文 一 5一 第二章 電力變壓器故障及其診斷方法 2 .4電力變壓器故障診斷方法 對(duì)電力變壓器故障所進(jìn)行的診斷， 分外部和內(nèi) 部?jī)煞N不同的 方面， 從外部來(lái)說(shuō)，主要是根據(jù)變 壓器在運(yùn)行中間所表現(xiàn)出的聲音、振動(dòng)、氣味、變色、溫度以及其他現(xiàn)象，對(duì)變壓器進(jìn)行診斷，是 經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)行人員根據(jù)觀察做出的初步診斷;對(duì)其內(nèi)部診斷方法而言，則是用電氣的 ( 如預(yù)防性 試驗(yàn))或化學(xué)的 ( 如油中氣體分析)方法檢測(cè)變壓器是否發(fā)生了局部放電、過(guò)熱等故障。還有一種 比較特殊的診斷方法是在線監(jiān)測(cè)法，它是由于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于以往必須用離線的方法檢 測(cè)的量如油中氣體含量，局放量等，都可以在變壓器實(shí)際運(yùn)行中檢測(cè)出來(lái)，測(cè)得的變壓器絕緣參數(shù) 更能反映設(shè)備的真實(shí)工況，而且具有快速、及時(shí)的特點(diǎn)。 2 . 4 . 1外部診斷方法1 9 2 . 4 . 1 . 1聲音異常 變壓器在運(yùn)行中會(huì)發(fā)出輕微的、均勻的、連續(xù)的 “ 嗡嗡”聲，這是運(yùn)行中電氣設(shè)備的一種固有 特征，是正常的。 若產(chǎn)生的聲音不均勻或有特殊的響聲，則應(yīng)視為異?，F(xiàn)象。有下列幾種情況: 1 ) 變壓器聲音比 平時(shí)增大， 但均勻， 則異常的原因可能為:電網(wǎng) 發(fā)生過(guò)電 壓或變壓器過(guò)負(fù)荷; 2 ) 變壓器有雜音， 則異常情況可能是內(nèi) 部夾件或壓緊鐵心的螺釘松動(dòng): 3 ) 變壓器有放電聲，則異常原因可能是發(fā)生內(nèi) 部故障; 4 ) 變壓器有水沸騰聲，則異常原因可能為:繞組發(fā)生短路故障或分接開關(guān)因 接觸不良 引起嚴(yán)重過(guò) 熱; 5 ) 變壓器有爆裂聲， 則異常原因 可能是變壓器內(nèi)部絕緣擊穿; 6 ) 變壓器有撞擊和摩擦聲，則異常原因可能是外部零件， 如表計(jì)、電 纜、油管等因變壓器振動(dòng)造 成撞擊或摩擦，應(yīng)根據(jù)情況予以處理。 總之， 對(duì)于聲音的異常， 不能忽視。 應(yīng)在運(yùn)行中加強(qiáng)觀察.一旦發(fā)現(xiàn)， 必須結(jié)合其他現(xiàn)象或試 驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)需要停機(jī)檢查。 2 . 4 . 1 . 2油溫異常 運(yùn)行中變壓器的鐵損和銅損轉(zhuǎn)化為熱量，當(dāng)發(fā)熱與散熱達(dá)到平衡時(shí)，變壓器溫度趨于穩(wěn)定。運(yùn) 行中，應(yīng)監(jiān)視上層油溫，若在同樣條件下， 溫升比平時(shí)高出1 0 以上，或負(fù)載不變而溫度不斷上升 ( 冷卻裝置運(yùn)行正常) ， 則認(rèn)為溫度出 現(xiàn)異常， 異常的原因有: 1 ) 變壓器內(nèi) 部 有故障。 如繞組匝間 或?qū)娱g短 路， 繞組 對(duì)周圍 放電，內(nèi) 部引線接頭 發(fā)熱 及鐵心多 點(diǎn) 接地等; 2 ) 冷卻 裝置 不正 常， 如潛油泵 停運(yùn)、 風(fēng)扇、 散熱器損壞等。 發(fā)現(xiàn)溫度異常后， 要結(jié)合其他現(xiàn)象， 綜合分析。 若是內(nèi)部故障， 應(yīng)立即停機(jī)檢查， 對(duì)冷卻裝置， 平時(shí)需加強(qiáng)維護(hù)和沖洗。 2 . 4 . 1 .3油位異常 變壓器運(yùn)行中的溫度的變化會(huì)使油體積發(fā)生變化，從而引起油位的上下移動(dòng)，常見的油位異常 假油位。 假油位指的是當(dāng)變壓器溫度變化正常時(shí)，變壓器油標(biāo)管內(nèi)的油位變化不正?；虿蛔?。 產(chǎn)生的原因是: 油標(biāo)管堵塞: 油枕呼吸器堵塞; 防爆管通氣孔堵塞: 變壓器油枕內(nèi) 存 有一定量的空氣。 油而討4 . 。 產(chǎn)牛的1k因有: 變壓器嚴(yán)重滲漏油: 工作人員 放油后， 因疏忽， 未作充分補(bǔ)充; 有1) 東南大孕碩士學(xué) 位論文 一 6一 一-蓋韶留監(jiān)留 氣溫過(guò)低且油量不足:油枕容積小，不能滿足運(yùn)行要求。 2 . 4 . 1 . 4外表異常 1 ) 防爆管防爆膜破裂，原因可能是內(nèi) 部故障引起。 2 ) 套管閃 絡(luò)放電， 原因可能有:套管表面過(guò)臟、套管制作工藝不良 或系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部過(guò)電 壓或雷電 沖擊過(guò)電壓。 3 ) 滲漏油， 主要原因是油箱與零部件連接處密封不良 ，焊件或鑄件存在缺陷， 運(yùn)行中額外荷重或 受到振動(dòng)等。 2 . 4 . 1 . 5氣味、顏色的異常 變壓器氣味、 顏色會(huì)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象， 產(chǎn)生的主要原因有: 瓷套管端子的緊固部分松動(dòng)，引 起 放電，在變壓器表面產(chǎn)生放電痕跡或產(chǎn)生異味;瓷套管表面污穢產(chǎn)生電暈、閃絡(luò):冷卻風(fēng)扇、 油泵燒毀等，會(huì)產(chǎn)生異味:油箱受潮，進(jìn)水，引起吸濕劑變色。 總之，以上所述的根據(jù)聲音、振動(dòng)、氣味、變色、 溫度及其它現(xiàn)象對(duì)變壓器事故的判斷，只能 作為現(xiàn)場(chǎng)直觀的初步判斷，因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)部故障不僅是單一方面的直觀反映，它涉及諸多因素，有 時(shí)甚至?xí)?現(xiàn)假象，因此，必須進(jìn)行測(cè)量并做綜合分析，才能準(zhǔn)確可靠的找出故障原因， 判明事故 性質(zhì)， 提出較完備的合理處理方法。 2 .4 .2內(nèi)部診斷方法 2 . 4 . 2 . 1油中溶解氣體分析 變壓器在發(fā)生故障前。在電、熱效應(yīng)的作用下。其內(nèi)部會(huì)析出多種氣體。油中溶解氣體分析 ( d i s s o l v e d g a s e s a n a ly s is ，簡(jiǎn) 稱d g a ) 通過(guò)定 性、定 量分 析溶于 變壓器油中的 氣體成 分， 診斷出 變壓器的潛伏性故障。導(dǎo)致變壓器內(nèi) 部析出 氣體的主要原因?yàn)檫^(guò)熱、 局部放電 和電 弧等。這些變壓 器運(yùn)行中的異?，F(xiàn)象都會(huì)引起變壓器油和固體絕緣的裂解，從而產(chǎn)生氣體。產(chǎn)生的氣體主要有氫、 烴類氣體 ( 甲 烷、乙 烷、乙 烯、乙 炔、 丙烷、 丙烯等) 、一氧化碳、 二氧化碳等。 表2 - 1 列出了各種 故障下產(chǎn)生的主要?dú)怏w成分。 氣體成分 變壓器油 絕緣材料 強(qiáng)烈過(guò)熱電弧放電局部放電 強(qiáng)烈過(guò)熱電弧放電 局部放電 氫氣 h 2 甲烷 c h 4 乙烷 c 2 h 6 乙烯 c 2 h 4 乙炔 c 2 h 2 丙烷c 3 h 8 丙烯 c 3 h 6 一氧化碳c o 二氧化碳c 0 2 注: “ ”表示產(chǎn)生的主要?dú)怏w， “ ” 表示產(chǎn)生的次要?dú)怏w。 變壓器油中氣體的來(lái)源，一方面是由于變壓器中出現(xiàn)的故障點(diǎn)，另一方面是來(lái)自 變壓器的維修 或變壓器內(nèi) 部結(jié)構(gòu)或材料，如補(bǔ)焊、補(bǔ)油、真空濾油機(jī)、分接開關(guān)、絕緣材料吸收的氣體、過(guò)度精 致的變壓器油、油流靜電放電、變壓器內(nèi)部活性金屬材料等。 油中溶解氣體分析作為目前電力系統(tǒng)中對(duì)充油電力設(shè)備常規(guī)使用的重要監(jiān)測(cè)手段，因其能夠及 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 一 7 一 第二章 電力變壓器故障及其診斷方法 時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi) 部存在的早期故障，在以 往的運(yùn)行維護(hù)中消除了不少事故隱患。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電網(wǎng) 中有 5 0 %以 上的故障變壓器是通過(guò)該試驗(yàn)結(jié)果檢出的，由 于這一檢測(cè)技術(shù)能夠在無(wú)須停電的 情況下 進(jìn)行，不受外界電 場(chǎng)和磁場(chǎng)因素的影響，因此可以 在線對(duì)變壓器內(nèi) 部絕緣狀況進(jìn)行診斷，有利于促 進(jìn)由定期維修方式向狀態(tài)檢修方式過(guò)渡。 1 . 判斷故障性質(zhì)的特征氣體法 利用特征氣體分析法可以進(jìn)行變壓器故障原因的判斷。油中溶解氣體可反映故障點(diǎn)引起的周圍 油、紙絕緣的電、熱分解本質(zhì)。 氣體特征隨故障類型、故障能量及其涉及的絕緣材料的不同而不同， 即故障點(diǎn)產(chǎn)生烴類氣體的不飽和度與故障源的能量密度之間有密切關(guān)系。利用特征氣體分析法可以 比較直觀、方便地分析判斷故障大致類型，缺點(diǎn)是沒有明確量的概念，具體判斷故障性質(zhì)的 特征氣 體法如表 2 - 2 所示。 表2 - 2判斷故障性質(zhì)的特征氣體法2 0 ,2 1 1 故障性質(zhì)特征氣體的特點(diǎn)故障可能部位 一般過(guò)熱 總 烴較高， c 2 h 2 5 p p m但c 2 h 2 未構(gòu)成總烴的主要成分， h 2 含量較高 金屬導(dǎo)體過(guò)熱 ( 溫度達(dá) 1 0 0 0 以上) 局部放電 總烴不高， h 2 1 0 0 p p m . c h 4 占總烴的主要成分 繞組局部放電、 分接開關(guān)觸點(diǎn)間局部放電 火花放電 總 烴不高， c 2 h 2 1 0 p p m . h 2 較高 分接開關(guān)接觸不良、絕緣不良 電弧放電總烴離， c 2 h 2 高并構(gòu)成總烴的主要成分， h 2 含量高 繞組短路、分接開關(guān)閃絡(luò)，弧光短路 當(dāng)h 含 量增大， 而其 他氣體組 分不增加時(shí)， 有可能 是由 于設(shè) 備進(jìn) 水或 有氣泡引 起水和鐵的 化學(xué) 反應(yīng)，或在高電 場(chǎng)強(qiáng)度作用下，水或氣體分子的分解或電暈所致。 乙 炔含量是區(qū)分過(guò)熱和放電兩種故障性質(zhì)的主要指標(biāo)。 但大部分過(guò)熱故障， 特別是出 現(xiàn)高溫?zé)?點(diǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔。例如 1 0 0 0 以上時(shí)，會(huì)有較多的乙炔出現(xiàn)，但 1 0 0 0 以上的高溫既可以 由能量較大的放電引起，也可以由 導(dǎo)體過(guò)熱而引起。分接開關(guān)過(guò)熱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)乙炔， 低能量的局部 放電，并不產(chǎn)生乙 炔，或僅僅產(chǎn)生很少量的乙 炔。 2 . i e c三比值法2 2 1 在s d 1 8 7 - 8 6 變壓器油中 溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則 中推薦采用五種特征氣體的三比 值作為 判 斷故障的主要方法， 稱為i e c三比值法。表2 - 3 是此法的編碼規(guī)則， 它是根據(jù)電 氣設(shè)備內(nèi) 油、 紙絕 緣故障時(shí)裂解而產(chǎn)生氣體組分的相對(duì)濃度和溫度有著相互依賴關(guān)系，將兩種溶解度和擴(kuò)散系數(shù)相近 的氣體組分的比值作為判斷故障性質(zhì)的依據(jù)，它比特征氣體法更為進(jìn)了一步。表 2 - 4則給出了典型 的編碼組合及判斷故障性質(zhì)的三比值法。 表2 - 3三比 值法編碼規(guī)則 特征氣體的比 值 比值編碼范圍說(shuō)明 c 2 h2 / c 2 h4c h4 / h2c2 h4 / c 2 h6 32