临沂矿用变压器的内部故障诊断与保护方法

编辑：临沂矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：372

　　临沂矿用变压器是系统等重要生产过程的关键辅机设备，由于保护技术落后，其烧损情况严重，对安全生产有着至关重要的影响。据某省试验研究所对1995 ~1997年该省11个火电厂数千台临沂矿用变压器的故障情况所作的调查，在122台故障临沂矿用变压器中，定子线圈故障占32台，转子断条等故障占27台，其他由于机械原因引起转子扫膛等故障占20台，总共反映为临沂矿用变压器内部绕组故障约占70%.的分析，当断相故障时，只有临沂矿用变压器负荷率大于0.7时，健全相才会出现过流，而由于负荷特性及临沂矿用变压器选型等因素，临沂矿用变压器经常运行于轻负载的情况是很普遍的；另一原因是不对称故障对临沂矿用变压器的危害不只表现在过流引起的过热效应，更主要的是负序电流效应。由于负序效应会导致临沂矿用变压器端部发热、转子震动、减少起动力矩等一系列问题，这时仅以过流来反应故障严重程度显然是不够的。

　　在保护特性方面，临沂矿用变压器要求速断切除故障，还应能够区分临沂矿用变压器冷、热态过载，而同时临沂矿用变压器的启动电流大、启动时间长。以GL系列为代表的电磁型反时限过流或两段式电流保护在整定时，速断保护定值必须躲开临沂矿用变压器自启动电流，而反时限和定时限的整定又必须大于临沂矿用变压器的自启动时间因此反映故障的灵敏度低，切除故障的时间间长往往保护动作时临沂矿用变压器已严重烧损。

　　虽然临沂矿用变压器常规过流保护方式存在许多严重缺P陷但目前仍是临沂矿用变压器保护的主体。这一方面是由于临沂矿用变压器量大面广，管理欠规范，不如发电机等临沂矿用变压器主设备受到重视。另一方面也由于目前许多新型综合保护鱼龙混杂、市场混乱，其性能和可靠性有待进一步检验。

　　2基于对称分量法根据对称分量法，当发生不对称故障时，临沂矿用变压器电流可分解为正序、负序和零序电流分量，其中负序分量和零序分量在正常运行时没有或很小，因此通过检测负序和零序分量来判别各类不对称故障具有较高的灵敏度和可靠性。据此，和过流保护结合可以构成临沂矿用变压器的综合保护。

　　应用对称分量法在处理临沂矿用变压器外部严重故障的诊断与保护方面已研究得较为成熟。利用它来实现临沂矿用变压器智能保护也在实践中得到了广泛的应用在上述基础上改进提出的负序电流故障分量叠加法，可以较好地解决噪音干扰和负序电流检测问题，提高检测灵敏度以及减少由于电压不平衡或负荷变化带来的干扰。当临沂矿用变压器发生不对称故障时，利用叠加原理相当于在故障点上接入一个附加故障分量电源，它将产生故障分量负序电流。据此可以得到一种计算负序电流的等效电路图，来有效地计算负序阻抗和负序电流。

　　进一步的分析表明，利用故障点上接入等效附加故障分量电源的方法，可以利用负序功率的方向构成临沂矿用变压器故障诊断和保护。利用某一特定的震动频谱分量和它所引起的电流谐波分量之间近乎线性（或一一对应）关系，通过分析电流频谱就可确定临沂矿用变压器故障状态。

　　只要临沂矿用变压器处于运行状态，电流空间相量频谱的某种频率分量可以用来检测临沂矿用变压器故障，也可以用于估算故障分量的大小。比如可以利用频率为一/的负序电流分量来检测定子故障，也可以利用（1）/的边频分量来检测转子故障。但是这两种方法受到控制参数的限制而效果不好，而利用场电流id则更加有效。因为频率为2/和2s/的场电流频谱分量幅值和转子、定子故障的严重程度几乎成线性关系，而且在闭环控制系统中相对于正增益参数变化来说几乎是一个常数110，以此为判据更加具有稳定性。

　　有些采用频谱技术的检测手段，在故障判别上进行了一些改进提出了电流信号分析的时频统计法：电流转化为时频频谱，捕捉频率分量随时间的变化，静态地分析频谱，与正常条件相比来区分故障条件（计算测量抽取值与标准值之间的距离，超过速'准确地检测出故障。趟20介绍了前馈分愚趾断临沂矿用变压器故障3.2小波变换理论小波变换理论是在20世纪80年代中期提出来的一种新型的时-频域分析工具，它作为一种先进的信号处理技术给信号加上一个时-频窗口，根据频率自动调节窗口大小，以确保捕捉到信号中希望得到的有用成份。它在时域、频域同时具有良好的局部化性质，因而比Fourier变换及加窗Fouei变换更为有效，特别适合处理具有奇异性、瞬时性的故障信号。小波变换能对不同的频率成份采用逐渐精细的采样步长，从而可以聚焦到信号的任意细节，尤其是对奇异信号很敏感，能很好地处理微弱信号或突变信号，因此适合于处理临沂矿用变压器故障特征信号，便于捕获异常状态以采取预防控制或保护措施。

　　状态监测中的思想，提出了基于B小波和Hady小波的临沂矿用变压器故障检测技术，为小波理论在临沂矿用变压器状态检测和故障诊断中的应用进行了开创性的基础研究工作。

　　的调制信号，能通过离散小波变换进行解调，由于临沂矿用变压器故障而产生的电流幅值的大幅变动可以通过离散小波变化方便地检测出来。

　　目前，小波分析的研究还处于理论和实验研究阶段，进一步的深入研究包括：适合于临沂矿用变压器状态检测和故障诊断的小波母函数的选取、小波包算法研究以及故障信号分解与重构、特征量提取、信噪分离等工程应用技术研究。

　　4基于人工智能方法人工智能在临沂矿用变压器故障诊断和保护中的应用在近几年越来越广泛。基于人工智能的临沂矿用变压器保护一般有学习、检测、比较、动作4个部分组成。学习阶段主要是将临沂矿用变压器正常运行时的各种运行参数、特征量和相应的故障特征量、保护动作阀值、故障模式等作为基础数据库保存起来，一般需要临沂矿用变压器安装或正常运行一段时间或出厂前模拟运行一段时间，才能获得基础数据库；检测阶段主要是实时运行过程针对某一个或几个检测量进行检测；比较阶段主要是将实时检测所得数据与数据库中正常运行数据相比较，并且判断偏差是否超过预定阀值，同时还要辨认是故障所引起的偏差，还是其他非故障条件引（如运行环境、负荷变化等）起的偏差，以确定是否属于某种预定的故障模式；动作阶段是根据比较所得结果和所属故障类型，选择相应的动作模式。

　　人工智能技术的主要应用形式有：专家系统在建立鼠笼式感应临沂矿用变压器转速滑差故障模型的基础上应用人工智能技术有效地避开了运行条件的影响，快人工神经网络结构在外部故障（过负荷、单相、供给电压不平衡、堵转矿用变压器、接地故障、过电压和低电压）监测中的应用。

　　人工智能技术跟传统的诊断技术相比较，有着无可比拟的优越性。一般来说，如果设计得好，这种技术有很高的性能。它能够根据临沂矿用变压器运行环境和条件的变化自动适应新的数据信息，而且易于扩展和修改。另外，人工智能保护算法的设计在某些情况下并不需要完整的临沂矿用变压器的数学模型，因为有时候这种数学模型很难知道。

　　但是，采用人工智能保护模式，对保护系统的硬件、软件要求都比较高，因为它要求数据存储量大，确保尽可能包含各种运行条件和故障模式，同时对运行速度提出了很高的要求，必须能达到保护所需要的响应速度。这就要求在硬件上采用大存储量和高运行速度的处理芯片，同时要设计简单、快速、精确的数学算法。所以采用人工智能的临沂矿用变压器保护结构、算法复杂，造价昂贵。另一方面，采用人工智能技术的临沂矿用变压器保护试图为每一种故障建立一个相应的模型，以便能迅速跟正常运行情况区分开来，采取相应的保护措施，但这样做会引起处理的过程非常复杂。所以人工智能在临沂矿用变压器保护中的应用研究都以改进算法及加强故障检测的针对性为主要突破口。

　　5派克相量法派克相量法是通过对定子电流（ia，ibic）进行正交派克变换，得到二维派克电流分量（idiq）。在临沂矿用变压器正常运行状态下，派克电流分量在相量图上表现出来就是一个中心在原点的圆，其相量的模是不变的；而在故障状态时，这一相量图就不是圆形的。据此可以作为临沂矿用变压器故障和非故障状态的判据。Cadoso等将派克相量法成功地应用于临沂矿用变压器缺相、转子断条、转子偏心、定子绕组匝间故障等方面。

　　定子电流中包含的（1―2s）/和（1+2s）/频率的电流分量考虑进去，得出了扩展派克相量方程。由于在通常很难在不影响边频分量的情况下滤出电流的基频分量，而从扩展派克相量方程得到的（2/ 4/）频谱分量可以很容易过滤出来。由于基频和它们相隔较远，而且在派克变换过程中幅值自动减小了很多，利用频谱分析技术很容易就可以捕捉到故障频率。

　　状况进行检测和故障诊断：在学习阶段把正常运行时的派克相量电流分量的特征分量作为临沂矿用变压器健康状态参数储存起来，然后在检测过程中把实时测得的参数与储存起来的健康状态参数相比较，用以判andPowerSystems200，28（5）91927.丨7邰能灵，尹项根。水电站发电机内部短路主保护的研究与分析丨J.系统自动化，1999方法实际是取得遍动机内部M早期诊断突破，lishingr―ffrSsrig裸ndThe 6电机多回路理论前面所列举的各种方法都不是从原理上进行定量分析，而是采用一种与正常运行状态相比较的方法，如有不正常的地方，出现不正常的电流分量、频率分量等，从而根据以前的故障经验来判断是否出现故障。尽管采取了种种措施来提高精确度和准确度，但根本上来说，是一种被动且相对盲目的判据，由于临沂矿用变压器量大面广，运行条件千差万别，很难给出一个统一的保护整定原则。

　　利用对称分量法理论来进行临沂矿用变压器内部故障分析时的局限性在于：对称分量法是建立在气隙磁场空间基波为主和电压、电流的时间基波为主的假设条件下。一方面，当发生内部故障时，气隙磁场谐波很强，还受到铁芯饱和的影响，以基波为主的分析方法显然不再适用；另一方面，内部故障时不同相序分量的电压、电流之间有着依存关系，在这种情况下，对称分量法丧失了它的主要优点。

　　因此临沂矿用变压器内部故障定量分析方法的理论突破是实现内部故障早期诊断亟需解决的另一个难题。首先，临沂矿用变压器内部故障机理的研究必须要将临沂矿用变压器故障分析深入到电机绕组内部，由目前的定性分析发展为定量分析。这样才能正确认识临沂矿用变压器故障机理，建立有效的故障判据。另一方面，上面所讨限于盲目，难以建立起统一有效的故障诊断理论和方法。

　　1987年清华大学高景德教授、王祥珩教授等建立并发展起来的电机多回路理论应用多回路理论对鼠笼临沂矿用变压器转子断条故障进行了分析，并结合频谱分析方法在线确定鼠笼转子断条故障，从而揭示了多回路理论在临沂矿用变压器内部故障保护中的良好应用前景。

　　电机多回路理论和前述各种先进信号处理的同等重要的两个方面。可以预测，应用多回路理者的有效结合，再加上业已成熟的微机保护技术，可以将临沂矿用变压器的在线监测、预防控制、缺陷报警、故障诊断、故障保护及事故后故障分析、故障定位等功能综合于一体实现临沂矿用变压器运行全过程的在线监测、故障诊断与综合保护。

　　7结论常规的临沂矿用变压器过流保护只能反应较严重的对称性外部故障，是被动的供电系统保护，就保护临沂矿用变压器而言，这类保护的作用很有限。对称分量法理论在处理临沂矿用变压器外部故障的诊断与保护反面已经发展得较为成熟，借助于计算机在数据处理和智能化上的优势，利用微机实现了智能化综合保护。先进信号处理方法和电机多回路理论为处理临沂矿用变压器内部故障的早期诊断提供了新的途径，与业已成熟的微机保护技术结合可望产生新的突破。

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