基于MATLAB使用三比值法進(jìn)行大型油浸式變壓器健康監(jiān)測(cè)及故障性質(zhì)判斷目錄TOC\o"1-3"\h\u23800基于MATLAB使用三比值法進(jìn)行大型油浸式變壓器健康監(jiān)測(cè)及故障性質(zhì)判斷 127884一、項(xiàng)目概述 323964（一）企業(yè)簡(jiǎn)介 34309（二）項(xiàng)目背景 429309（三）項(xiàng)目建設(shè)情況 531223二、應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)方案 617124（一）場(chǎng)景描述 623547（二）技術(shù)架構(gòu) 616209（三）建設(shè)方案 910992三、項(xiàng)目效果 10731（一）項(xiàng)目效益 1022456四、下一步計(jì)劃 11一、項(xiàng)目概述（一）企業(yè)簡(jiǎn)介XXX發(fā)電有限責(zé)任公司成立于1995年11月，是中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司所屬XXXX發(fā)電股份有限公司旗下的控股子公司，管理總裝機(jī)容量為6720MW,是世界在役最大的火力發(fā)電廠，年發(fā)電能力400億千瓦時(shí)以上。8臺(tái)600MW機(jī)組和2臺(tái)660WM機(jī)組通過(guò)500kV四回線接入京津唐電網(wǎng)，年發(fā)電量約占北京地區(qū)社會(huì)總用電量的30%，是京津唐電網(wǎng)重要的電源支撐點(diǎn)；管理2臺(tái)300MW機(jī)組接入蒙西電網(wǎng)，是XXXX大型循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)的核心電廠。托電工程是國(guó)家“西部大開(kāi)發(fā)”和“西電東送”的重點(diǎn)工程，工程建設(shè)秉承“優(yōu)質(zhì)高速”的發(fā)展理念，于2003年至2006年分別實(shí)現(xiàn)了一至四期工程的連續(xù)投產(chǎn)發(fā)電目標(biāo)，2007年投產(chǎn)了呼熱電兩臺(tái)300MW機(jī)組，2017年2月投產(chǎn)發(fā)電五期兩臺(tái)660MW超超臨界機(jī)組，五期擴(kuò)建工程與港珠澳大橋等一起榮獲中國(guó)投資協(xié)會(huì)頒發(fā)的國(guó)家優(yōu)質(zhì)投資項(xiàng)目特別獎(jiǎng)。公司在多年的發(fā)展過(guò)程中，逐步形成了“速度快、工期短、質(zhì)量好、造價(jià)低、效益高、人員少、貢獻(xiàn)大”的特色，實(shí)現(xiàn)了“煤越蒼穹，電送北京”的偉大構(gòu)想。XXXX發(fā)電公司始終秉承“清潔能源的提供者”的企業(yè)使命，將綠色運(yùn)營(yíng)理念融入生產(chǎn)管理全過(guò)程，積極承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，履行綠色環(huán)保承諾，企業(yè)二氧化硫、氮氧化物、煙塵和廢水排放績(jī)效指標(biāo)保持行業(yè)先進(jìn)水平。XXXX發(fā)電公司以“建精品、創(chuàng)一流、站排頭”為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)健康、穩(wěn)步、持續(xù)發(fā)展。XXXX發(fā)電公司的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和發(fā)展得到多位黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人、國(guó)家相關(guān)部委以及自治區(qū)歷屆領(lǐng)導(dǎo)的親切關(guān)懷和充分肯定。托電時(shí)刻牢記使命，致力于成為“負(fù)責(zé)任、有實(shí)力、可信賴”的電力生產(chǎn)企業(yè)，在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身成長(zhǎng)，物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)取得了豐碩成果，得到了社會(huì)各界的廣泛認(rèn)同。先后獲得了“全國(guó)文明單位”、“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”、“中央企業(yè)先進(jìn)集體”、“中央企業(yè)先進(jìn)基層黨組織”、“標(biāo)準(zhǔn)化良好行為企業(yè)AAAA級(jí)企業(yè)”、“全國(guó)電力行業(yè)優(yōu)秀企業(yè)”、“安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一級(jí)企業(yè)”、“中國(guó)美麗電廠”、“全國(guó)民族團(tuán)結(jié)進(jìn)步模范集體”、“中國(guó)電力行業(yè)十大最具社會(huì)責(zé)任感企業(yè)”等多項(xiàng)榮譽(yù)。為集團(tuán)公司打造“綠色低碳、多能互補(bǔ)、高效協(xié)同、數(shù)字智慧”的世界一流能源供應(yīng)商以及保障首都北京安全用電和地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了巨大的成績(jī)和貢獻(xiàn)。公司在數(shù)字化電廠建設(shè)，智慧工地、智能巡檢及數(shù)字化創(chuàng)新方面均有部署和實(shí)施。（二）項(xiàng)目背景現(xiàn)階段針對(duì)于大型油浸式變壓器的健康情況監(jiān)測(cè)為：對(duì)變壓器本體進(jìn)行相關(guān)電氣試驗(yàn)、變壓器吊罩大修檢查、運(yùn)行工況數(shù)據(jù)、外部檢查及變壓器油中溶解氣體分析相結(jié)合的方式進(jìn)行判斷。其中，變壓器本體相關(guān)試驗(yàn)及變壓器吊罩大修檢查只有在停機(jī)時(shí)方能進(jìn)行。且對(duì)變壓器進(jìn)行外部檢查與運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)通常難以直觀反映出變壓器內(nèi)部故障。只有對(duì)變壓器的油樣進(jìn)行試驗(yàn)分析可以在停機(jī)與運(yùn)行中的情況下皆能較為直觀的反映出變壓器的內(nèi)部故障與潛在的缺陷。但現(xiàn)階段大多數(shù)時(shí)候的變壓器油中溶解氣體分析依據(jù)為《中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中電力變壓器及電抗器章節(jié)與絕緣油章節(jié)的相關(guān)要求進(jìn)行初步判斷，對(duì)于個(gè)別特征氣體含量持續(xù)監(jiān)測(cè)，若出現(xiàn)異常，暫無(wú)法通過(guò)有效手段實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算、準(zhǔn)確判斷變壓器故障性質(zhì)與存在缺陷，往往為對(duì)氣體存在異常的設(shè)備持續(xù)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、通過(guò)計(jì)算、對(duì)照、匯總及聯(lián)系變壓器廠家設(shè)計(jì)人員與相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行協(xié)同分析。針對(duì)此情況，急需一種通過(guò)現(xiàn)有手段與技術(shù)，研發(fā)能夠針對(duì)大型油浸式變壓器油中溶解氣體分析進(jìn)行自主快速且準(zhǔn)確判斷變壓器故障性質(zhì)的方法。因此，在相關(guān)負(fù)責(zé)人的帶領(lǐng)下，進(jìn)行了針對(duì)本成果的研究，于當(dāng)年做出此成果，并在近幾年變壓器運(yùn)行中監(jiān)測(cè)與缺陷分析中初見(jiàn)成效。本成果有著計(jì)算速度快，準(zhǔn)確性高，有針對(duì)性且便于推廣的特點(diǎn)。（三）項(xiàng)目建設(shè)情況本項(xiàng)目于2020年3月份提出，并于當(dāng)年6月份產(chǎn)出，歷時(shí)三個(gè)月。預(yù)期目標(biāo)：通過(guò)現(xiàn)有手段與技術(shù)，研發(fā)能夠針對(duì)大型油浸式變壓器油中溶解氣體分析進(jìn)行自主快速且準(zhǔn)確判斷變壓器故障性質(zhì)的方法。本項(xiàng)目為托電公司檢修部電氣車間自主研發(fā)并產(chǎn)出。當(dāng)前已投入運(yùn)用。二、應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)方案（一）場(chǎng)景描述項(xiàng)目產(chǎn)出后，先后在1、3、4、6、8號(hào)機(jī)主變吊罩大修，5、8號(hào)機(jī)主變油中溶解氣體含量異常分析中發(fā)揮了重要作用，判斷迅速且精準(zhǔn)。并在1-12號(hào)機(jī)的日常監(jiān)測(cè)中，通過(guò)此項(xiàng)目，對(duì)大型油浸式變壓器的健康狀況進(jìn)行高效的分析。本成果極大程度上節(jié)約了此項(xiàng)工作中的時(shí)間成本、溝通成本、價(jià)值成本，且便于推廣。該成果開(kāi)創(chuàng)了本公司對(duì)于變壓器健康情況自主快速計(jì)算、準(zhǔn)確判斷的先河。（二）技術(shù)架構(gòu)為使本成果達(dá)到預(yù)期效果，由托電公司檢修部電氣車間相關(guān)負(fù)責(zé)人制定計(jì)劃如下：針對(duì)大型油浸式變壓器油中溶解氣體分析進(jìn)行自主快速且準(zhǔn)確判斷變壓器故障性質(zhì)的方法。并指定本項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及相關(guān)成員實(shí)施，在車間、班組、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及參與人員的多次商討下，決定以MATLAB技術(shù)為實(shí)現(xiàn)本成果的平臺(tái)，并為此展開(kāi)了研究。MATLAB主要為科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高級(jí)計(jì)算環(huán)境。它可以將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多功能集成于一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為本次的成果產(chǎn)出提供了一種全面的解決方案。同時(shí)，通過(guò)我國(guó)現(xiàn)有的大量實(shí)踐證明，采用特征氣體法結(jié)合可燃?xì)怏w含量法，可做出對(duì)故障性質(zhì)的判斷，但還必須找出故障產(chǎn)氣組分含量的相比照值與故障點(diǎn)溫度或電場(chǎng)力的依賴關(guān)系及其變化規(guī)律。為此，在用特征氣體法等進(jìn)行充油電氣設(shè)備故障診斷的過(guò)程中，經(jīng)不斷的總結(jié)與改進(jìn)，國(guó)際電工委員會(huì)【IEC】在熱力動(dòng)力學(xué)原理和實(shí)踐的根底上，相繼推薦了三比值法和改進(jìn)的三比值法。我國(guó)現(xiàn)行的DL/T722《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中推薦的也是改良的三比值法。故此，我們本次成果采用基于MATLAB主要使用三比值法進(jìn)行大型油浸式變壓器故障類別判斷。通過(guò)大量的研究證明，充油電氣設(shè)備的故障診斷也不能只依賴于油中溶解氣體的組分含量，還應(yīng)取決于氣體的相對(duì)含量；通過(guò)絕緣油的熱力學(xué)研究結(jié)果說(shuō)明，隨著故障點(diǎn)溫度的升高，變壓器油裂解產(chǎn)生烴類氣體按CH4→C2H6→C2H4→C2H2的順序推移，并且H2是低溫時(shí)由局部放電的離子碰撞游離所產(chǎn)生?；谏鲜鲇^點(diǎn)，產(chǎn)生以CH4/H2、C2H6/CH4、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4的比值為根底的四比值法。由于在四比值法中C2H6/CH4的比值只能有限地反映熱分解的溫度范圍，于是IEC將其刪去而推薦采用三比值法。隨后，在大量應(yīng)用三比值法的根底上，IEC對(duì)與編碼相應(yīng)的比值范圍、編碼組合及故障類別做了改進(jìn)，得到目前推薦的改進(jìn)三比值法。由此可見(jiàn)，三比值法的原理是：根據(jù)充油電氣設(shè)備內(nèi)油、絕緣在故障下裂解產(chǎn)生氣體組分含量的相對(duì)濃度與溫度的相互依賴關(guān)系，從5種特征氣體中選取兩種溶解度和擴(kuò)散系數(shù)相近的氣體組成三比照值，以不同的編碼表示；根據(jù)編碼規(guī)則和故障類型判斷方法作為診斷故障性質(zhì)的依據(jù)。這種方法消除了油的體積效應(yīng)的影響，是判斷充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法，并可以得出對(duì)故障狀態(tài)較可靠的診斷。故此，本次成果依據(jù)的即為我國(guó)DL/T722《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》推薦的改進(jìn)的三比值法的編碼規(guī)那么和故障類型的判斷方法。本方法的應(yīng)用原理為：〔1〕只有根據(jù)氣體各組分含量的注意值或氣體增長(zhǎng)率的注意值有理由判斷設(shè)備可能存在故障時(shí)，氣體比值才是最有效的，并應(yīng)予以計(jì)算。對(duì)氣體含量正常，且無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)的設(shè)備，比值沒(méi)有意義?！?〕假設(shè)氣體的比值與以前的不同，可能有新的故障重疊或正常老化。為了得到僅僅相對(duì)于新故障的氣體比值，要從最后一次分析結(jié)果中減去上一次的分析數(shù)據(jù)，并重新計(jì)算比值〔尤其在CO和CO2含量較大的情況下〕。在進(jìn)行比擬時(shí)，要注意在相同的負(fù)荷和溫度等情況下在相同的位置取樣。〔3〕由于溶解氣體分析本身存在的試驗(yàn)誤差，導(dǎo)致氣體比值也存在某些不確定性。利用DL/T722《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》所述的方法，分析油中溶解氣體結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。對(duì)氣體濃度大于10μL/L的氣體，兩次的測(cè)試誤差不應(yīng)大于平均值的10%，而在計(jì)算氣體比值時(shí)，誤差提高到20%。當(dāng)氣體濃度低于10μL/L時(shí)，誤差會(huì)更大，使比值的精確度迅速降低。因此在使用比值法判斷設(shè)備故障性質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意各種可能降低精確度的因素。在對(duì)三比值法進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，將此方法運(yùn)用在MATLAB程序的編寫中。其中在編寫里運(yùn)用到了struct字典與if判斷語(yǔ)句等相結(jié)合的方式。使得最終實(shí)現(xiàn)了將油樣化驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入程序中，單擊“運(yùn)算”，即可直接得出此時(shí)變壓器所對(duì)應(yīng)的健康情況。如有故障，可判斷出故障類別，推測(cè)大致故障點(diǎn)，得出其故障性質(zhì)的結(jié)果。此成果適用于大型油浸式變壓器的健康情況判斷。在取油樣方式方法正確及對(duì)變壓器油中溶解氣體化驗(yàn)結(jié)果正確的前提下，通過(guò)本程序運(yùn)算，可以自主快速且準(zhǔn)確地判斷出變壓器健康情況及其故障性質(zhì)。在極大程度上節(jié)省了故障判斷的時(shí)間，能夠便于我們更加高效更加準(zhǔn)確的自主進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作。（三）建設(shè)方案項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)及重點(diǎn)工作任務(wù)：通過(guò)現(xiàn)有手段與技術(shù)，研發(fā)能夠針對(duì)大型油浸式變壓器油中溶解氣體分析進(jìn)行自主快速且準(zhǔn)確判斷變壓器故障性質(zhì)的方法。本項(xiàng)目以MATLAB技術(shù)為實(shí)現(xiàn)本成果的平臺(tái)，依據(jù)我國(guó)DL/T722《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》推薦的改進(jìn)的三比值法的編碼規(guī)那么和故障類型的判斷方法，進(jìn)行融合及編寫，其中在編寫里運(yùn)用到了struct字典與if判斷語(yǔ)句等相結(jié)合的方式來(lái)保證功能的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段若對(duì)大型油浸式變壓器健康情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與缺陷性質(zhì)判斷的方法中，只有對(duì)變壓器油中溶解氣體分析可以在停機(jī)期間與變壓器帶電運(yùn)行中均可進(jìn)行，并且可以較為直觀地反映出設(shè)備健康狀況及存在缺陷。本項(xiàng)目的創(chuàng)新，通過(guò)將MATLAB平臺(tái)與我國(guó)DL/T722《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》推薦的改進(jìn)的三比值法的編碼規(guī)那么和故障類型的判斷方法相融合的創(chuàng)新成果，可以便于我們更加高效更加準(zhǔn)確的自主進(jìn)行監(jiān)測(cè)及缺陷判斷工作。三、項(xiàng)目效果（一）項(xiàng)目效益該成果開(kāi)創(chuàng)了本公司對(duì)于變壓器健康情況自主快速計(jì)算、準(zhǔn)確判斷的先河。不僅免去了繁雜的計(jì)算、對(duì)照表格及查閱相關(guān)資料的時(shí)間，而且在極大程度上節(jié)省了進(jìn)行匯總研判的冗雜工作量。并在變壓器監(jiān)測(cè)相關(guān)創(chuàng)新工作中開(kāi)啟了嶄新篇章，進(jìn)一步深化了技術(shù)創(chuàng)新能力。已可以通過(guò)電腦投入運(yùn)用，填補(bǔ)了此前對(duì)于大型油浸式變壓器監(jiān)測(cè)創(chuàng)新環(huán)節(jié)的空白。本成果極大程度上節(jié)約了此項(xiàng)工作中的時(shí)間成本、溝通成本、價(jià)值成本，且便于推廣。堅(jiān)持集團(tuán)公司穩(wěn)中求進(jìn)的總基調(diào)，立足創(chuàng)新發(fā)展的理念，以實(shí)現(xiàn)高效工作為主題，響應(yīng)了提質(zhì)增效的號(hào)召。（二）鑒定評(píng)價(jià)（如有）（三）推廣前景本項(xiàng)目極大程度上節(jié)約了此項(xiàng)工作中的時(shí)間成本、溝通成本、價(jià)值成本。本項(xiàng)目操作簡(jiǎn)單，在電腦端可以較快安裝，在經(jīng)過(guò)輸入各特征氣體數(shù)值后可以快速計(jì)算比