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基于溶解气体分析原理的智能化故障诊断与决策方法适用于大型油浸式电力变压器：一项调查

1.华南理工大学电力学院，广州510640;

2.广东省清洁能源技术重点实验室，广州510640;

*.通讯：chenglefeng_scut@163.com（L.C。）; taoyu1@scut.edu.cn（T.Y。）;

电话： 86-136-8223-6454（L.C。）; 86-130-0208-8518（T.Y。）

收到：2018年3月12日; 接受：2018年4月8日; 发布时间：2018年4月12日

摘要：与传统的电力变压器故障诊断方法相比，其中本文研究了编码不完善和编码边界过多等缺陷系统地讨论了在故障诊断和决策中应用的各种智能方法适用于基于溶解气体分析（DGA）的大型油浸式电力变压器，包括专家系统（EPS），人工神经网络（ANN），模糊理论，粗糙集理论（RST），灰色系统理论（GST），群体智能（SI）算法，数据挖掘技术，机器学习（ML），和其他智能诊断工具，并总结存在的问题和解决方案。由此调查发现，单一的智能故障诊断方法只能反映操作变压器在一个特定方面的状态，造成各种程度的缺点无法有效解决。结合目前该领域的研究现状，存在的问题必须在基于DGA的变压器故障诊断中确定，并确定其前景概述了未来的发展趋势和研究方向。这个贡献提供了详细的并对各种智能故障诊断和决策方法进行系统调查电力变压器的优点和缺点也要进行彻底调查因为他们的改进方案和未来的发展趋势被提出。而且，这篇论文得出结论，应该结合各种智能算法进行互补形成混合故障诊断网络，避免这些算法落入本地最佳。而且，有必要改进检测仪器以获得合理的特征气体数据样本。研究综述，实证推广与分析本文的困境为复杂的研究提供了一些思考和建议新环境中的电网，以及研究人员选择的参考和指导实现基于DGA的大型油浸式故障诊断和决策的最优方法预防性电气测试中的电力变压器。

关键词：电力变压器; 故障诊断与决策; 溶解气体分析; 智能算法; 可靠性评估; 混合网络; 预防性电气测试

1.简介

因此，电力变压器是电力系统中最重要的设备之一安全稳定运行对安全，稳定，可靠的运行起着重要作用整个电力系统[1]。在电力变压器运行期间，可能发生各种故障由于破坏或不适当的安装等原因[2]。这些故障会严重影响变压器的正常运行。因此，深讨论了不同的故障电力变压器的诊断方法是一个有价值的研究课题。作为大型动力设备，电力变压器通常在其运行之前具有很长的使用寿命他们的最终退役（华南电网江门的参考寿命局长是20年），因此他们在检修方面有许多不同的要求和差异处理。在变压器的整个寿命过程中，很少进行引擎盖调整涉及拆卸的大修，这意味着我们几乎没有机会直接检查内部绝缘，特别是绕组油浸绝缘。因此，内部条件变压器只能通过各种预防性测试进行评估。换句话说，我们必须以某种间接的方式评估变压器的绝缘老化。

一般来说，各种预防性测试可以准确地反映其性能和状态电力变压器的各个方面和部分在一定程度上。 在这些测试中，参数即可能真正反映变压器的老化故障往往是用来纠正原有的老化评估模型，以最大化可靠性评估值接近实际值和随着退役时间减少累积误差[3]。 在中国，预防性测试有长期以来一直是电力生产实践的重要组成部分，并起到了作用在电力设备的安全运行中发挥积极作用[4]。 还有中国南方电网公司已经发布了一项名为预防性测试程序的企业标准电力设备，其中规定了绝缘项目的预防性试验给出表1。

表1.绝缘物品的规定预防性试验

1 OLTC：有载分接头更换

如表1所示，在预防性试验项目中，有些是在崩解后进行的变压器，有些是与其他物品一起进行或附带的，有些是常规的在变压器运行之前或之后检查和测试项目，有些只是实施在特殊情况下。在这些测试项目中，油中溶解气体的色谱分析，即溶解气体析（DGA）是变压器内部故障诊断的重要手段。它为间接发现变压器中的隐藏故障提供重要依据。实践证明，变压器油技术的溶解气体分析非常有效变压器的故障及其发展趋势。因此，无论是在中国还是在中国世界，DGA技术被认为是电力设备预防性测试的重要途径。对于普通的油浸式电力变压器，含氢气体的含量限制和变压器油中的碳氢化合物气体如下：H2，CH4，C2H6，C2H4的正常极限[3]，C2H2和总烃分别为150,45,35,65,5和150ppm。

DGA也是模型校正中最重要的参考指标[4]。在这里，模型校正针对大型油浸式电力变压器，均采用油纸绝缘结构，因此整个身体的电气部分完全浸没在变压器油中。采用DGA技术，变压器油中溶解气体的信息如可以对成分和内容进行定性和定量分析，找出原因燃气产生，以便分析和诊断变压器的内部状态操作正常，最后及时发现变压器内部任何潜在的故障。以DGA为基础预防性测试是一种涉及变压器放电和热问题的综合测试方法，因此它具有比诱导下的局部放电测量更大的监测范围电压。此外，它很容易在网上实现。因此基于DGA的故障诊断和决策是目前绝缘监测措施的一个重要方法[5-9]。如前所述，华南电网公司开发的企业标准名为Q / CSG114002-2011列表 - 基于DGA的故障诊断测试作为油浸式电力变压器的第一个测试项目。本企业标准的相关规定和标准DL / T722-2000 [10]命名变压器油中溶解气体的分析和判断指南均证明变压器故障类型与溶解气体之间存在显着关系变压器油中的元件。适用于三大变压器故障类型，包括过热故障，电气故障和局部放电，相应的溶解气体成分变压器油可简述如下：

对于过热故障，在热和电效应下，变压器油和有机物绝缘材料会逐渐老化和分解，从而产生少量的低温分子量碳氢化合物和其他气体，如CO2和CO。这里，当热应力仅影响变压器油在不涉及固体的热源下的分解绝缘，产生的气体主要是低分子量烃类气体特征气体通常为CH4和C2H4，两者的总和一般为超过80％的总碳氢化合物。在这种情况下，通常不会产生乙炔过热失败。通常，C2H2的含量不超过总烃量的2％过热低于500？C;严重过热（800℃以上）也会产生少量C2H2，但最大含量不超过总烃量的6％;到那个时刻除上述低分子量烃外，固体绝缘的过热缺陷还产生了更多的二氧化碳和一氧化碳。而且，随着温度的升高，含量增加二氧化碳和一氧化碳将逐渐增加。对于过热故障，仅限于局部由于过热温度较低而导致油堵或散热不良过热面积较大，此时变压器油的热解效果不明显，因此低分子量烃类气体的含量不一定很高。

电气故障是指由高电应力引起的绝缘劣化。根据对不同的能量密度，这类故障可分为不同类型的故障，如高能量密度放电和低能量密度放电（即局部放电和火花放电）。当发生电弧放电时，产生这种类型的主要特征气体故障是C2H2和H2，然后是大量的C2H4和CH4。随着弧的发展放电故障迅速发生，气体通常为时已晚，无法溶解在变压器油中聚集在燃气继电器中。因此，在这种情况下，溶解气体的成分和含量在油中通常与故障的位置，油流的速度和故障的持续时间高度相关。在这种失败的情况下，C2H2通常占20％至70％，H2占总碳氢化合物的30％至90％。在大多数情况下，C2H2的含量高于CH4。当它涉及固体绝缘，气体继电器中的气体含量和油中的气体CO含量较高。在火花放电故障，主要特征气体是C2H2和H2。一般来说，这里的总烃含量由于故障能量低，故障类型不高。但是，此时，C2H2的比例在总烃中溶解油可以达到25至90％，C2H4含量小于总量的20％碳氢化合物和氢气占总碳氢化合物的30％以上。

至于局部放电故障，它们是发生局部和重复的击穿现象由于缺点，在气隙（或气泡）和油纸绝缘结构中的尖点绝缘和电场集中。 当发生局部放电时，特征由于放电能量密度的差异，气体成分含量不同。 正常情况下通常情况下，总烃含量不高，主要成分是H2占气体总量的90％以上; 接下来是CH4，它占了更多超过总碳氢化合物的90％。 当放电的能量密度增加时，气体C2H2也将生产，但其在总烃中的比例一般不超过2％。

因此，总的来说，由不同类型的变压器故障产生的气体成分是根据中国标准DL / T722-2000 [10]的不同，如表2所示。在表2中，我们发现不同类别的变压器故障产生的主要气体成分也不同。

表2.不同类型变压器故障产生的特征气体

1 PD =局部放电

国内外DGA技术人员对如何进行了大量的研究工作确定这些特征气体的含量与之间的定量关系电力变压器的内部故障。 中国标准DL / T722-2000 [10]给出了推荐变压器油中的气体含量限值，并给出绝对值的警告值变压器的产气率，如表3所示。因此，产气率可以比特征气体含量更准确地反映变压器的真实状态。 然而，在具体操作中，如果色谱分析的测试周期较长，则产气率较高会不准确。

表3.变压器油中溶解气体含量的警告值（L / L）

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