基于集对分析的大型变压器状态评价方法研究（可编辑）

基于集对分析的大型变压器状态评价 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究（可编辑） 基于集对分析的大型变压器状态评价方法研究 学校代号: 学 号: 密 级:公开 长沙理工大学硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 基于集对分析的大型变压器 状态评价方法研究 学位申请人姓名 王韭韭 导师姓名及职称 矍目威副教授 培养单位 蓬过理王太堂 专业名称 直电压皇绝缘技丕 论文提交日期 生垒且 论文答辩日期 生主屋 答辩委员会主席 汪沤熬援 . .. ,长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期:加年 月 心日 薄蘸 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 , 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版,允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 、保密口,在 年解密后适用本授权书。 、不保密口。 请在以上相应方框内打“?” 彤日 日期:?,『年 兰月 作者签名:工哜弁 日期:矽『年月哕日 导师签名:‰。。。??摘要 近年来,随着超高压、大容量变压器不断投入电网运行,如何保障其安全可 靠运行成为电力系统至关重要的难题。状态检修体制的推出在解决了这一难题的 同时,还创造了巨大的社会效益和经济效益。作为电力系统中的核心输变电设备, 变压器的可靠运行直接关乎电力系统的安全和稳定,如何根据现场的监测和检测 数据及时准确地判断变压器的实际运行状况对于状态检修现场具有重要意义。随 着变压器在线监控技术的不断发展,国内外专家学者对变压器的状态评价方法进 行了积极探索和研究,取得了不少重要的理论研究成果,但是算法繁琐而且对一 些不确定信息并没有进行针对性地处理。因此,本文在评价前人工作、充分认识 状态评价分级难度的基础上,针对变压器状态参量多而杂且难以确定的特点,结 合模糊层次分析法,提出了基于集对分析法的联系度评价模型。 本文在对变压器的故障模式及原因进行分析的基础上,结合现有在线监测技 术的新发展,代表性地选取了对变压器运行状态影响较大且易获取的状态信 息参 量,建立了联系度评价模型,从电气试验项目、绝缘油试验项目和油中气体分析 项目等方面来实现对变压器状态的评价;同时,鉴于联系度评价模型的需要,依 据现有的《油浸式变压器电抗器状态评价导则》,借鉴国内外学者的相关研 究成果和历史资料,给出了待评价指标的状态等级评价标准:采用模糊层次分析 法来实现权重在各评价指标间的合理分配,使得一致性检验过程简捷且方便;采 用模糊联系度的概念,来解决联系度中差异度系数的取值问题,进而从接近程 度属性上对作深层次的同异反分析讨论。 最后采用本文方法对运行中变压器的实际状态进行评价,并与模糊综合评判 方法取得的结果进行比较,结果表明基于集对分析和模糊层次分析法的联系度评 价模型能够实现各评价指标的有机融合,评价过程清晰、计算简捷、结果准确, 具有很强的实用性和推广性,对于指导变压器的状态检修具有重要意义。 关键字:大型变压器;状态评价;模糊层次分析法;集对分析;联系度 , , . ,. ,, .. ,, . ., , . ? ,. , , .,, . ,, . , . , , . . ?. , . ; ;: ‘ ; ; 珊目录 摘要??. 第一章 绪论 . 论文研究的目的和意义. .大型变压器状态评价国内外研究现状 ..状态检修发展概况..大型变压器状态评价研究现状. . 变压器的状态评价方法分类 .论文的主要研究工作 第二章 变压器故障模式及检测技术 . 变压器运行状态发展趋势与等级划分??. .变压器常见故障及分析??. ..绕组故障??. ..铁芯故障?.. ..引线故障?.. ..分接开关故障. ..套管故障?.. ..绝缘故障.变压器运行状态的主要测试和监测手段?.. ..直观检查方法..电气预防性试验方法?. ..绝缘油的电气试验和色谱分析?.. .本章小结?. 第三章 集对分析方法的理论基础 .集对分析理论的形成..不确定性理论的发展? ..集对分析对不确定性的认识和处理??.. .集对分析理论的基本概念? .联系度‖的结构? .联系度‖的功能及其包含的信息.集对分析的常用方法??....直接比较分 析法一 .. 的取值分析法? ..纵横展开分析法.. ..分解分析法??. ..几何模型法??.. . 集对理论与模糊集联系.集对分析法在系统评价中的研究现状??. . 小结? 第四章 模糊集对分析在变压器状态评价中的应用 . 变压器状态评价指标体系的建立? ..建立状态评价指标体系应遵循的基本原则?.. ..运行状态评价指标的分析与选择?. ..运行状态评价指标体系的建立??一 ..各评价指标状态等级标准的划分一 .基于集对分析和模糊层次分析法的评价模型?.. ..联系度表达式的确定.. ..联系度表达式中权重的确定方法? ..差异度系数的确定方法?~ . 小结? 第五章 实例分析 . 实例一 .实例二. 小结? 第六章 结论与展望 . 主要结论?. .后续研究工作的展望? 参考文献? 致谢. 附录攻读硕士期间完成的论文??..第一章绪论 .论文研究的目的和意义 变压器是电力系统中核心的输变电设备,是不同电压等级电网及用户之间相 互联系的桥梁,它的安全可靠运行直接关系到整个电力系统的安全和国民经 济的 发展。随着科技的进步,超高压、大容量变压器不断投入电网运行,其造价昂 贵、 结构复杂,一旦故障,维修费用和难度也将上升。因而,提高变压器运行的可 靠性,成为我们面临的重要课题。除了提高其设计制造水平,更应注重其运行过 程中的检修和维护?。 长期以来,我国电力系统中变压器主要采用以时间为标准的定期检修,无论 变压器的运行状态如何,都按《电力变压器检修导则》/.规定的周期 进行大修和小修。这种检修方式曾经为我国的电力安全发挥了重大作用,对故障 的预防起了积极的作用,但也有众多缺陷:?有些变压器出现了缺陷但由于大修 周期不到而不能及时进行相应的维修,缺陷不断发展,最终引发事故影响电网的 安全运行;?有些变压器尽管运行状态良好,但到了大修期限也必须大修,“小 病大治或者无病亦治”,带来人力、财力、物力的大量浪费。?更有甚者,“无病 治成有病”,不需要进行大修的变压器实施大修后,空气中灰尘、潮气进入变压 器芯子,反而降低了其绝缘水平,使电网供电的可靠率下降【】。因此,传统的定 期检修无法满足电网运行的实际需要,建立一种“当修必修”的预知性的检修方 式,采取合理的维修补偿措施,在保证可靠性前提下节省维护费用,成为大型 变 压器检修方式的发展需求和必然趋势。 变压器的状态检修是根据变压器的运行资料、在线监测数据、试验数据、检 修记录等综合分析后,掌握变压器的实际运行状态,然后确定是否需要检修,科 学合理地安排检修时间和项卧,。因此,如何正确、准确地对变压器的运行状态 进行实时评价,对现场状态检修工作的开展、检修质量的提高具有重要的指导意 义,可以使人力、物力、财力等资源得到合理配置。这也成为我们电力企业亟待 解决的热点和难点问题。 从国内外的研究情况来看,现有的变压器状态检修主要是基于单一或少数状 态量,针对电气或机械性能的局部研究,并不能将变压器的运行资料、在线监测 数据、试验数据、检修记录等进行综合分析。因此,为了客观真实地反映变压器 的整体运行状态及各部件的状态,必须将所有能反映变压器状态的重要参量纳入 变压器状态评价指标体系,采用适宜的评价方法建立有效的评价模型,对故障模式和部位进行准确的预测,合理安排检修方式和检修重点。 本文通过对目前国内外大型变压器状态评价方法的分析,提出了采用集对分 析法来评判大型变压器运行状态的方法,将反映变压器实时运行状态的各个参量 有机结合起来,不仅实现了对变压器整体运行状态的评估,而且掌握了其各部件 的健康状况,为状态检修提供了重要依据,具有重要的现场指导意义。 .大型变压器状态评价国内外研究现状 ..状态检修发展概况 上世纪年代,美国航空工业在飞行器的设备维修过程中提出了状态检修 的方式。年代末,美国电力科学研究院通过提出采用以可靠性为中心 的维修策略来优化传统的检修制度,将状态检修应用于电力设备,取得了良好 的效果。年代,日本也开始寻找适合于本国技术水平和特点的状态检修,首 次将在线监测、设备寿命评估和故障诊断技术应用于检修中。近几年,多数欧洲 国家也在以状态检修为目标对它们的检修体制进行改革。德国在状态检修方面还 提出了新的见解,如检修过程中尽量增加状态检修项目、运用在线监控和诊断技 术来采集信息量,他们还提出了提高检修效率的措施:?以可靠性为中心的检修; ?全员检修;?整个寿命周期的成本管理策略;?状态检修;?瘦形检修管理。 目前,随着计算机网络技术的发展,美、加等国已将事故分析与预警系统、设备 管理等技术应用于状态检修【。。 世纪年代,随着在线监测和故障诊断技术的不断进步,我国电力设备 状态检修工作也慢慢起步。电力系统各网、省公司对于状态检修开展了不同程度 的探索研究和试点应用,大连电业局是开始最早且取得成功的典范。仅年 到 年期间,就节约了 万的维修费用,挽回电量经济损失万,创造 了高达余万的社会经济效益,减少了送配电事故的发生,提高了安全生产的 能力。目前,随着传感技术、计算机网络技术、电力电子技术和信息处理技术的 飞速发展,我国的状态检修技术越来越趋向于实用化。部分供电企业开始就技术 性和管理性对状态检修开展了积极的探索和研究,并取得了一定的突破。 自年,金华电业局启动配电网状态检修调研工作课题以来,该局配网 状态检修工作有序推进,不断健全和完善各类基础资料,开展重要线路登杆检查、 重要开闭所预试及电缆线路采样等工作,较好的完成线路设备状态信息的收集工 作。截至目前,该局完成了条线路、座开闭所共计个设备单元的状 态评价工作,形成了详实的设备评价和综合评价 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ,并在此基础上制定了 配网 状态检修三年滚动 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 和检修策略,较好的完成了三级评价机制的流转。 年 月底,山西电力公司个供电分公司和超特高压分公司完成了状态检 修工作,主网输电线路、变压器、断路器三大类设备均进入状态检修管理模式, 年山西主网全面实施输变电主要设备状态检修。同时,以忻州供电公司为 试点的农网状态检修工作也在深入推进。 综上所述,国内外电力企业都对电力设备的状态维修方式进行了初步探索和 研究,并将其应用于工程实践。实践证明,凭借其强针对性,综合维修费用可降 低%左右,此法具有明显的经济效益和社会效益。目前,变压器状态检修的 关键在于如何对变压器运行状态进行客观评价,除了提高状态监测和故障诊断技 术,选择有效的评价方法也是一条现实可行的途径。相信随着科技的进步和状态 检修的不断完善,必将给电力系统的安全可靠经济运行带来一定保障,并对电力 企业带来非常可观的社会和经济效益。 ..大型变压器状态评价研究现状 状态评价是将变压器的电气试验项目、绝缘油试验项目、油中色谱分析、运 行工况、检修记录等信息参量按照一定的方法有机结合起来,从不同方面、 不同 层次对变压器的运行状态做出评判,综合分析后对其整体性能进行评价,为变压 器的运行维护和状态检修提供总要的参考依据。近年来,随着特高压、超高压输 变电技术的发展,电力系统也向大电网、大容量和自动化方向发展。“定期计划 检修”已不能满足提高变压器可靠性能的需求,状态检修已成为不可阻挡的发展 趋势,而状态评价作为状态检修的基础,也开始得到关注。 从原则上讲,我们可以从两个方面去评价变压器的状态,评价变压器及其部 件现在的运行状况,或是其剩余寿命。但评价剩余寿命几乎是不可行的,首先它 没有明确的定义,我们也很难预测它将来遭受的风险】。因而,现有的评价方法 都是着重于变压器的运行状况。 公司针对某电厂的实际需求开发了软件,将电厂数据库与 控制系统连接起来,将反映变压器状态的参量进行量化处理,从短路强度、绝缘 老化、负载能力、电气特性等危及变压器运行的方面做出评价。但软 件的应用不具有普遍性,每个电厂都需要根据自己的需求重新设计,且价格昂贵, 不利于推广。 关于变压器状态评价的标准,各国也不尽相同。俄罗斯是以变压器的工作效 率进行划分:?良好状态:工作效率大于.;?一般状态:工作效率在. .之间,不需要停电维修;?较差状态:工作效率低于.,需要停电维修【钉。 日本是以油中气体的溶解量进行划分:?较好状态:?%;?一般状 态:,?%,总可燃气体?%;?较差状态:’日,?%, 总可燃气体的增加量%/月。波兰以运行年限、绝缘特性指标、油中气体 含量等对变压器状态进行综合排序:?较好状态:?运行年限?,期间没有 进行维修,油中气体含量小于%;?一般状态:运行年限?,有一定 缺陷,油中气体含量大于.%;?较差状态:漏油,油中气体含量大于 。%小于%。 目前国内学者对变压器状态评价方法进行了积极探索和研究,文献选取 能准确反映变压器运行状态的参量,建立了基于模糊综合评判的变压器状态分层 评判模型,采用改进的层次分析法实现各要素权重的合理分配,该方法具有良好 的推广性、实用性和自适应性。文献建立了人工神经网络与.证据理论相 结合的分层式状态评价模型,将各种有用的变压器状态信息融合起来,解决了局 部测量参数的失真的问题。文献确定了油中溶解气体的评价指标体系,并建 立了基于灰靶理论的标准序列模式。然后,采用熵权理论与信息熵理论,确定各 评价指标的权重,进而计算靶心度。最终,实现了采用变权值的灰靶理论来评估 变压器的健康状态。文献】通过熵权理论获得状态量的动态权重,然后利用它 对由层次分析法得到的静态权重进行修正,获得了更加合理的综合权重,最终建 立了动态灰靶评价模型。在实际工程中有良好的可行性。文献 将物元可拓关 联函数与变压器状态对应起来,构建了基于物元可脱评价法的评判模型,实现了 采用较少状态参量对变压器状态的准确评估,具有很强的操作性和实用价值。 综上所述,尽管各国变压器状态评价的标准不同,思路不同,方法不同,实 现的水平和程度也各有差异,但通过在线监测数据和电气试验数据掌握了变压器 的真实情况后,均有针对性地解决了各自关心的问题,为运行检修决策提供了重 要依据。 .变压器的状态评价方法分类 近年来,国内外专家学者及电力企业积极探索大型变压器的状态评价方面的 研究工作,取得了不少理论研究成果,现有的变压器状态评价方法主要有: 设备评分法 通过对设备运行工况的监测,利用预防性试验获得的数据,结合家族质量缺 陷史、检修情况等对设备的实际运行状态进行百分制的评分【。分表示设备 运行正常,不需要纳入维修计划,也就是说所有的预防性试验数据都接近于设备 出厂值,巡检时没有发现任何不良工况,设备没有出现过任何缺陷记录。分则 表示设备要尽快安排停电检修。这种方法已经纳入了国网公司《油浸式变压器状 态评价导则》中,且根据扣分情况划分了正常、注意、异常、严重四种状态。该 方法被很多学者沿用并进行了改进。 模糊数学法 变压器本身结构复杂,影响其运行状态的因素众多,它们的影响表现在不同 方面不同层次,同时具有一定的模糊性。采用模糊数学原理,通过模糊统计、模 糊分布、二元对比排序等方法确定每个指标的隶属函数,将评价指标实测值代入 与其对应的隶属度函数,得到它对各个不同状态的隶属度,最后结合权重向量, 合成了所有指标的隶属度,给出了综合评价结果【】。该方法一定程度上使得模糊 度更为明确,但隶属函数的确立及所参照的评价标准带有主观人为性,还需要通 过实践中获取的运行试验数据融入专业技术人员的经验来验证其准确性。 神经网络法 神经网络法实质上是利用网络的拓扑结构通过非线性映射对人脑的组织结 构及对信息的利用处理方式的一种模拟。凭借其对非线性函数的强大逼近能力, 用它处理变压器纷繁复杂的参量信息,完成参量信息到变压器工作状态的映射, 与传统方法相比,准确性高出很多。但神经网络法也有其不足的方面:由于该方 法是通过对大量样本训练之后形成的记忆作为标准来评判待测数据,所以对网络 的输出结果不能给出合理的解释;由于要进行大量的学习训练,有时可能很难实 现快速收敛,不能确保训练的成功:需要搜集大量的训练样本,样本的选取难度 大。 .一, 证据推理法 .证据理论适合于处理信息融合的问题。优点:面对不确定性推理问题, 采用信度半可加原则来折中处理主客观矛盾;与主观法相比,证据理论下 的先验概率较易获得,有利于构建更强的专家系统来处理不确定性;能够将来自 不同渠道的证据进行融合,实现信息全面处理,得出有效结论,进行综合评价。 不足:对各证据的独立性要求很高,而现实情况并非如此,影响变压器的各个状 态参量之间是互相联系的,所以给评价过程中,评价指标系统的建立带来了很大 难度。 ’ 贝叶斯网络法 尽管贝叶斯网络法在处理随机信息和不确定信息时,能够灵活表达知识,并 通过自动修正网络结构参数,把问题很好地关联起来,但与神经网络相似,贝叶 斯网络法也需要大规模地对训练样本进行积累和完善,同样对训练样本的要求也 很高,若样本信息不完整,尤其是关键评判因素缺失时,会影响判断的客观准确 性。此外,它的运算量十分庞大,可操作性不强,不适于在实践中进行推广。 物元理论法 物元理论以物元来描述事物的变化,利用转化的思想,将矛盾闯题化为相容 问题,采用可拓集将对不确定性的描述由【,】区间拓展到整个实轴。能够有效 融合多种状态因素,通过定性分析和定量计算实现综合评价。该方法可操作 性强, 适于广泛应用。但是现在对该方法的研究还不太成熟,要想在变压器的状态评价 中达到理想的效果,需要建立多级评价体系,选取适合的评价指标,并采用适宜 方法来实现权重在各指标间的合理分配。 从以上研究方法的现状看,尽管很多学者专家对变压器的状态评价理论进行 了积极探索和研究,但由于变压器本身元器件较多,结构复杂,实验项目繁多, 所以影响其运行状态的参量也较多,要想处理这些参量的包含的不确定信息,需 要我们做进一步的探讨和研究,构建可以广泛应用的评价模型。 .论文的主要研究工作 随着状态检修的发展,对变压器状态评价的深入研究愈发迫切。为了能够客 观真实地对变压器的运行状态进行评价,除了不断提高在线监测水平和电气试验 水平,掌握可靠的状态参量数据,选择适合的评价方法实现状态参量数据的有机 融合成为系统评价领域广泛研究和关注的问题。国内外众多学者在这方面进行了 大量的研究,取得了不少的理论研究成果,同时也开发了相应的状态评价系统。 本文在评价前人工作、充分认识状态评价分级难度的基础上,针对变压器状态参 量多而杂且难以确定的特点,结合模糊层次分析法,提出了基于集对分析法的评 价模型。本文的结构框图如下图.。 图.本文的结构框图 本文主要研究内容包括以下方面: 首先研究了变压器在服役期间运行状态的正常发展趋势和等级划分依 据,然后对变压器常见故障模式、故障征兆、原因和危害进行了详细具体的分析 和总结; 通过对变压器状态参量信息的监测和检测手段的发展与进步的研究, 在电气试验项目、在线监测等手段所获取的数据信息基础上,本文从电气试验参 量、绝缘油试验参量、油色谱分析参量中选取了一些重要的有代表性的状态参量, 构建了状态评价指标体系,并依据现有的《油浸式变压器电抗器状态评价导 则》,借鉴国内外学者的相关研究成果和历史资料,分别给出了待评价指标的状 态等级评价标准; 在深入研究集对分析理论的基础上,借鉴其对不确定信息的认识和处 理思路,建立了基于集对分析的联系度评价模型,并提出了采用模糊联系度 的概 念,来解决联系度中差异度系数的取值问题,旨在从接近程度属性上对作进 一步的同异反分析讨论; 为了实现权重在各个状态评价指标中的合理分配,采用模糊层次分析 法,将所得权重体现在集对分析联系度的表达式中,建立起基于集对分析和模糊 层次分析法的变压器状态评价模型,将其应用于电气预防性试验、绝缘油试验及 油色谱分析项目的状态评价中; 将本文方法应用于实际案例的分析,并与变压器状态模糊综合评判方 法进行比较,验证了本文方法的可行性、优越性和有效性。 第二章变压器故障模式及检测技术 .变压器运行状态发展趋势与等级划分 变压器的状态是指在设备的使用功能是否能满足厂家的设计要求,在实现设 备功能的同时,承受预计的外部环境的影响,完成设备的预期寿命【?。变压器状 态发展的典型规律如图.所示。 銎童截商出理 纂变压曩运行年豫 图.变压器的状态变化曲线 图.中,“强度”代表变压器在电气、热和机械等方面的健康状况,正常情 况下,它随变压器使用年限的增长以指数形式进行衰减。但在外部工作条件 恶劣 或变压器内部缺陷和故障时,会偏离正常的寿命曲线。如变压器的绝缘强度在正 常情况下会随绝缘材料的正常老化而降低,但在绝缘材料受潮、放电等劣化条件 下会加速老化。 变压器在运行过程中,随着外部环境因素和内部性能的变化,它的整体性能 状态也在不断变化。如果某变压器出现了潜在的危险,要及时采取措施进行排除, 否则,变压器的连续运行会引起整体性能的持续下降,当整体性能下降到其功能 条件允许的极限值时,变压器会出现故障,严重时引起事故。 通过上述分析可以看出,变压器的整体性能在大多数情况下是连续变化的, 变压器故障的发生和发展也有其自身的规律,因此通过对变压器的某些状态量的 分析完全可以确定变压器的运行状态,及时采取适当的维护策略,最大限度的减 小损失。 油浸式变压器电抗器状态评价导则》是目前我国电力行业变压器状态 评价的指导性文件,它将变压器的运行状态划分为:正常状态、注意状态、异常 状态和严重状态,这种划分曾经对变压器的状态检修发挥了积极的作用。但 实践 表明导则中也存在某些方面的不足:没有考虑地域差异、对所有的状态量均采用 扣分制且不能合理分配各状态量的权重等【川。 根据维修经验、故障监测和诊断、以及专家的意见,建议将变压器的运行状 态分为:良好、较好、一般、注意。这种分级制度有利于尽早发现变压器的故障, 及时安排维修,非常适合状态检修。 变压器处于“良好”状态,即所有运行试验数据正常且均远离《规程》中的注 意值,故障发生率极低工作性能稳定,可以长期运行。这时,变压器不需要维修, 大修周期也可以延长。 变压器处于“较好”状态,即多数运行试验数据正常且均远离《规程》中的注 意值,某个状态量显示可靠性略有下降,但整体性能稳定,故障发生率较低,可 以继续运行。此时,应该按规程规定延期或按计划进行检修。 变压器处于“一般”状态,即某些运行试验数据有偏离《规程》中的注意值, 某些状态指标指示有异常现象出现,故障发生率也在逐渐增大,变压器可以继续 运行,但应该跟踪观察并缩短试验周期。 变压器处于“注意”状态,即某些运行试验数据达到或超过《规程》中的注意 值,故障发生率很高,变压器的绝缘状况有明显劣化趋势,安全可靠性有严重下 滑。这时,要根据资金情况、生产情况尽快安排检修,使其恢复健康状态,满足 电力系统的运行要求。 .变压器常见故障及分析 按照变压器发生故障的部位可以分为绕组故障、铁芯故障、分接开头故障、 套管故障、绝缘油故障、冷却系统故障、保护与测示系统故障以及其他故障等【” 】。 ..绕组故障 绕组是变压器中变换和传输电能的重要组成部分,故障发生在变压器绕组中 时,其主要表现为: 短路,主要原因有:绕组相间绝缘击穿短路、绕组高低压线圈间绝缘 击穿造成绕组高低压线圈短路,主变差动保护动作,拉弧产生大量气体,使主变 瓦斯保护动作,严重时使压力释放阀动作;当线圈的绝缘中渗入水分或器身干燥 处理的不彻底的时候,变压器在运行中也易发生匝间短路;绕组发生局部放电等 电气故障而引发绕组匝间短路。 绕组断路,原因通常有:因焊接等致使变压器线圈的接头质量欠佳时, 线圈引出线和套管导电杆连接不好,接头过热从而导致局部绝缘劣化,这种情况 不断持续会导致接头断开而造成绕组的断路。 绕组的变形是目前变压器稳定运行的一大隐患,其多发生在变压器出 现严重的外部短路时,变压器绕组的尺寸或形状在电动力和机械力的作用下将会 发生不可逆转的变化。通常会表现为绕组轴向和径向尺寸的变化、鼓包、绕组扭 曲、器身位移和匝间短路等。 绕组烧损和击穿:雷电冲击或对地弧光放电甚至冲击合闸等瞬变过程, 都可能会使得变压器绕组薄弱处发生绝缘损坏甚至击穿。 ..铁芯故障 变压器的铁芯和绕组是实现电磁能量传递和交换的主要部件,因此,变压器 能否正常运行不仅仅取决于绕组质量,铁芯质量的好坏也是决定的关键。磁路中 的故障通常出现在变压器的铁芯,铁轭及其夹件中。据统计资料显示,它在变压 器事故中所占比例一直居高不下。铁芯组件中铁质夹件松动碰接铁芯,铁芯接地 不良,夹件烧坏,铁芯片间绝缘老化等是导致铁芯故障的主要原因。 铁芯故障常表现为多点接地:变压器在正常运行时,带电绕组与油箱之间存 电场,铁芯和其他金属构件受感应电动势、分布电容等影响,导致铁芯对地电位 较高。因此,正常运行时要求铁芯必须有一点可靠接地以防止铁芯产生继续充放 电现象,破坏固体绝缘和油绝缘强度。一旦形成铁芯两点或多点接地,将会引起 一些异常现象:铁芯中的涡流导致铁损增加,油及绕组也过热。严重时烧毁铁芯, 引起放电现象,其过程中产生的可燃性气体使气体继电器动作。 ..引线故障 变压器的内部绕组与外部接线是通过引线来连接的,安装过程中引线接头是。 焊接而成的,因而引线故障的发生多是由接头焊接质量引起的。 引线故障通常表现为:引线短路,如果不能及时排除的话会引起绕组相间短 路,进而发展为灾难性事故;引线连接处焊接不牢或引线与端头处接触不良、端 头的螺钉未拧紧,引起局部发热而使接点熔毁,造成引线断线等,会使变压器停 止运行。引线对地短路、接触不良将会产生局部高温烧断引线而使交压器停运。 ..分接开关故障 有载分接开关因要经常进行切换操作,且内部传动结构较为复杂,易出现故 障。它的故障直接影响到变压器的正常运行,造成其故障和事故的主要原因是制 造质量不良。其中,切换开关的内触点出现接触不良会影响绝缘元件的机械强度; 切换开关油室出现密封不良使得大、小油箱连通,导致变压器本体渗漏,在油箱 中测得的可燃性气体含量增加,误导判断:操作结构内部,由于低压控制电器及 辅助元件质量不稳定带来分接开关拒动、位置指示失灵、连调。 温度过高的情况下,绝缘油升温,造成分解开关的触头表面发生氧化,形成 的氧化膜促使触头间电阻增大,导致接触不良,最终引发接触表面的破坏。轻则 引起齿轮损坏、档序错乱,重则触头烧损、筒体爆炸。严重时变压器甚至会起火, 引起致命性故障。开关档序错乱、齿轮损坏、触头烧损在故障状态下运行任其发 展将会扩大故障【。 ..套管故障 套管是变压器与外部电网和设备之间联系的桥梁,它对内绕组与油箱外联结 引线起着重要的保护作用。套管长期暴露在外部环境中,遭受风雨、电场、灰尘 污染等影响,瓷釉绝缘油极易发生老化,因而是变压器故障的多发部位。 它在运行中的故障主要表现在:套管漏油之后导致套管缺油而过热;盐雾、 灰尘、油污等沉积在套管的瓷套表面,吸收水分后,会使绝缘电阻降低,发生闪 络,造成跳闸。表面脏污吸收水分后,导电性提高,不仅引起表面闪络,还可能 因泄露电流增加,使绝缘套管发热并造成瓷质损坏,甚至击穿;套管内部电容绝 缘出现缺陷而引发的局部放电;连接绕组引线和套管的固定销脱落导致的悬浮放 电;安装过程中出现失误致使的套管损坏;导电杆与将军帽螺纹匹配不良,引起 套管过热;密封失效致使套管进水受潮,油纸电容式套管顶部密封不良,可能导 致进水使绝缘击穿,下部密封不良使套管渗油,导致油面下降?】【:。 ..绝缘故障 变压器质量优劣的关键取决于内部绝缘,据统计绝缘性能不佳是引起故障的 主要原因,因而良好的绝缘才能保证变压器长期、安全可靠的运行。 变压器油、绝缘件和绝缘纸、板构成的油.纸绝缘是绝缘系统的主要组成部 分,因而绝缘故障形态通常有:当少数的金属杂质残留在变压器器身及线圈表面 时,极大的影响了爬电距离,进而引起局部放电甚至是沿面放电;当变压器油箱 密封失效进水受潮时,变压器的局部绝缘强度会大大降低,从而引起线圈对铁芯 构件或油箱的击穿;变压器长时间过载,使得油温过高加速了水分、酸和油泥的 形成,进而加速了绝缘油的老化;变压器油被污染后,由于局部绝缘强度下降致 使整体绝缘下降;变压器多采用小油道设计,而变压器油经过油泵加速后,油流 速度过高会导致油流放电故障;合成树脂和绝缘纸压制成绝缘板、绝缘管和绝缘 筒的过程中,如果被导电质污染,会导致绝缘件失效并引起表面放电和内部局部 放电的发生。 通过上面的分析可以看出,绝缘故障在短期内变压器仍能正常运行,但这些 故障会使变压器内部产生局部放电或局部轻度过热现象,进一步损伤绝缘导致变 压器内绕组局部短路、绝缘件碳化等故障。.变压器运行状态的主要测试和监测手段 ..直观检查方法 在变压器的整个服役期限中,它的故障发生是一个渐变的过程,在都有一定 的征兆,通常可以通过视觉、听觉、嗅觉等直接的观察方法发现,然后采取有效 的监测和检测手段来诊断,进一步分析其故障原因并确定其故障部位,采取有效 的补偿措施进行补偿【。 对于服役中的变压器,根据运行人员在巡检时发现的异常现象,可以初步地 诊断出一些较为明显的故障类型,如下: 主变大量漏油:其表现可能是主变大盖法兰、手孔板、人孔洞橡皮压得 不均匀、本体连接蝶阀,放油阀密封橡皮位置放置不正,密封橡皮损坏老化密封 接触面未处理干净。 绕组中油道阻塞:其表现为温度升高,原因可能是绕组油道中有异物。 铁芯变形:其表现为噪音大,原因可能是铁芯紧固件松动造成铁芯松动。 长期运行会破坏铁芯硅钢片间的绝缘,造成主变停运。这时要吊芯逐个检查铁芯 夹件的紧固情况,加强对变压器运输过程的监管,防止检修不当造成铁芯变形。 切换开关档位异常:表现为档位显示错误,其原因是档位指示盘机械传 动部件损坏,造成主变缺陷。 操作机构不能跳闸:其原因可能是空气开关跳闸线圈烧损,跳闸按钮接 点损坏和跳闸回路发生断线故障等。此时,要加强对跳闸回路的检查,更换烧损 跳闸线圈、跳闸按钮接点,排除跳闸回路的断线故障,保证主变的正常运行。 套管漏磁发热:其原因是套管电流过大造成法兰漏磁发热,最终会造成 密封橡皮老化过快,引起渗漏油。. 套管瓷套闪络:其原因是周围环境或天气造成表面污秽或受潮,遭受雷 击或操作过电压,机械受损,设计原因导致爬距不足,硅橡胶老化。任其发展会 造成短路接地进而引起保护动作,严重时会导致套管炸毁。 ..电气预防性试验方法 电气预防性试验是停电检测使用最多的方法,该方法是指电气设备的出厂试 验、安装交接试验、定期维修试验等,现已形成规程,即‘电力设备预防性试验 规程》/.,对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。预防性试 验按对被试绝缘的危险性又分为破坏性试验和非破坏性试验。 非破坏性试验是指在较低电压下或用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘 的特征量,不会破坏设备的绝缘性能。通常测量的是直接特征量,如:绝缘电阻 和吸收比、直流电阻和泄露电流、介质损耗因数、局部放电、油的色谱分析和水 分测定等。破坏性试验是指在高于工作电压下进行的试验,用于考验绝缘对各种 过电压的耐受能力。通常测量的是绝缘的间接特征量,如耐电强度、机械强度等, 因此也叫耐压试验,常用的方法有:交流耐压试验、直流耐压试验和冲击试验等。 以下是几种预防性试验方法能够发现的绝缘缺陷及其效果: 通过绝缘电阻的测试,可以发现的绝缘缺陷有:绝缘受潮、两极间有 贯穿性的导电通道、绝缘表面情况不良和总体质量欠佳等。但是不能发现绝缘中 的局部缺陷,如非贯穿性的局部损伤、气泡、分层脱开等,也不能发现绝缘的老 化,因为老化了的绝缘,其绝缘电阻还可能是相当高的。 通过测定泄漏电流,由于试验时所加直流电压较高,能揭示兆欧表不 能发现的某些绝缘缺陷;所加直流电压是逐渐升高的,在升压过程中,从所测电 流和电压关系的线性度,即可指示绝缘情况。 测介质损耗因数能有效的发现绝缘的缺陷有:受潮、绝缘老化劣化、 穿透性导电通道、绕组上附积油泥、绝缘内含气泡的电离、绝缘油脏污、绝缘 分层和脱壳等。但对于非穿透性的局部损坏,此法却有很少的效果。总之,测介 质损耗因数对较大面积的分布性的绝缘缺陷是较为灵敏和有效的,而对个别局部 的非贯穿性的绝缘缺陷,则是不很灵敏的。 ..绝缘油的电气试验和色谱分析 绝缘油是高压电气设备绝缘中的重要组成部分,除绝缘作用外,它还起冷却、 灭弧等作用,因此需要通过绝缘油的电气试验来检验它的性能,如性能不符 合要 求,可能会引发一系列故障,这时可以采取的补偿措施是将油过滤重生或换新油。 绝缘油的电气试验项目包括:试验油的闪点、酸值、水分、游离碳、电气强度、 介质损耗因数等。 近年来,对油中溶解气体的色谱分析得到了广泛的应用,它通过检验电气设 备油样内所含气体的组成和含量来判断设备内部的隐藏缺陷。它的原理是这样 的:新绝缘油中溶解的气体主要是空气,即约占%和约占%。 浸绝缘油的电气设备在出厂高压试验和在平时正常运行过程中,绝缘油和有机绝 缘材料会逐渐老化,绝缘油中也就可能溶解微量或少量的、、或烃类 气体,但其量一般不会超过某些经验参考值。而当电器中存在局部过热、局部 放电或某种内部故障时,绝缘油或固体绝缘材料会发生裂解,就会产生大量的各 种烃类气体和、、等气体,因而把这类气体称为故障特征气体,绝缘 油中也就会溶解较多量的这类气体。 不同的绝缘物质,不同性质的故障,分解产生的气体成分是不同的。因此, 分析油中溶解气体的成分、含量及其随时间增长的规律,就可以鉴别故障的性质、 程度及其发展情况。这对于测定缓慢发展的潜伏性故障是很有效的,而且可以不 停电进行,故已列入绝缘试验标准,并制定了相应的国家标准/?? 《变压器油中溶解气体分析和判断导则》,适用于变压器、电抗器、电流互感器、 电压互感器、充油套管、充油电缆等。 绝缘油中溶解气体的色谱分析法,具体步骤有:先将油中溶解的气体脱出, 再送入气相色谱仪,对不同气体进行分离和定量。据此,我们可以分三步来初步 探测有无故障:首先,看特征气体的组分和主次;其次,看特征气体的含量;再 则,看特征气体含量随时间的增长率。如果初探结果表明设备中存在故障,则下 一步就要对故障的性质进行判断。:导则》中推荐采用三比值法作为判断变压器 故障性质的主要方法。此外,《导则》对不同故障类型产生的气体、油中溶解气 体含量的注意值、变压器绝对产气速率的注意值、三比值法的编码规则和三比值 法判断故障类型的规则等项目都做了详细具体的说明和解释。 实践证明,用油中溶解气体色谱法来检测变压器的内部故障,是一种非常准 确有效的方法。运行巡检人员可以根据直观检查法发现了故障形态和特征,进一 步采用油中气体色谱分析法来确定故障性质,及时排除。 .本章小结 本章首先介绍了变压器服役期间的正常运行状态发展趋势,接着对变压器常 见的故障模式进行了分析。进而分析了如何从电气预防性试验方法、油中气体色 谱分析、绝缘油电气试验等几个方面来判断变压器的工作状态。 釜 第三章集对分析方法的理论基础 .集对分析理论的形成 ..不确定性理论的发展 世间万物都是矛盾统一体,在某个方面、某种条件下具有确定性,在另一个 方面、另一个条件下又具有不确定性,因而不确定性是客观事物的内在本质。受 诸多因素的影响,在事物发生、发展和演变的全过程,均处于一种模糊、不稳定、 混沌的状态,也就是具有所谓不确定性。不确定性存在于社会、经济、科学、技 术、思维等领域中,对人们的工作、生活造成了极大困扰。现实中我们遇到的不 确定信息主要有:模糊信息、随机信息、不确知信息、灰色信息。 但由于人们认识水平和文明程度的限制,对不确定信息的处理也经历了一个 不断发展的过程。最早进入人们视野的是宏观不确定性,笛卡尔运用解析几 何和 微积分学将这些宏观上的变量进行剖析和计算,确定了其在微观层次的取值;各 种随机现象的提出,如用一台变压器年来的运行资料去分析其第年的故障 可能性,引起了广大学者的关注,他们先后创建了古典概率、公理化概率论等; 世纪,美国学者查德..提出模糊集的概念来处理一些模糊不确定 信息。 尽管概率论和模糊集理论曾经为生产生活实践提供了重要的指导意义,但是 它们自身还存在一定的缺陷。概率论对研究对象的独立性要求很高,但对这种独 立性的检验有很大难度,甚至根本无法进行。作为模糊理论中处理不确定性信息 的重要工具,隶属度本身的确定带有强烈的主观色彩,而且其【,】区间将不确 定信息限定在特定的条件下,忽略了不确定信息本身的不确定性。 随着人们认知水平的提高,对事物的探索越来越深入,涉及的层面越来越复 杂,不确定因素越来越突出,如何从整体上把握事物的确定性和不确定性,实现 其对立统一,是我们亟待解决的问题。 集对理论是一门新兴学科,它为不确定理论的发展注入了新鲜血液。它对我 们日常工作生活中常见的不确定性进行了细致的分类,构建了不确定性体系, 如 图.。运用对立统一的观点,从整体和全局上研究不确定性和确定性,运用联 系数统一处理模糊、随机、中介和信息不完全所致的不确定性,从同异反三方面 研究两个事物的确定性和不确定性,全面刻画了个不同事物的联系。 不确定性 客观不确定性 主观不确定性 模糊不确定性 由不知道引起的 中介不确定性 随机不确定性 不确定性 由信息不完全引起的 不确定性 图.不确定性体系 ..集对分析对不确定性的认识和处理 年中国学者赵克勤先生在内蒙包头召开的全国系统理论与区域规划会 议上首次提出了集对分析理论 ,,这是国内第一 个运用普遍联系和对立统一哲学原理来分析不确定性关系的方法。其核心思想是 把确定性与不确定性作为一个互相联系、互相制约、互相渗透,又可在一定条件 下互相转化的确定不确定系统来处理。集对分析理论为当今不确定性分析理论 开启了新思路,又与当前应用广泛的混沌、非线性等系统的复杂理论相衔接。 集对分析法处理不确定性信息的原则主要有: 从根本上承认事物的不确定性 从联系度定义式‖巧的五元结构中可以明确地看到,确定性的部分 为,不确定性的部分有所,他们共同存在于系统中,减少了信息的流失。 从同异反三方面对事物不确定性进行定量描述 事物总是一分为二的,既对立又统一的。集对分析法集中体现了这一辩证理 论。联系度定义式‖中,用来描述事物的确定性部分,其中定 量刻画了同一性,定量刻画了对立性,并为赋予一个取值为一的系数.,。同 时,用来度量介于对立性和同一性之间的不确定性,并用取值【,】的系数来 承载。对事物的不确定性的同异反三方面描述,将系统的整体性和个体的独立性 融合起来。 不确定系数珀取值表达了不确定信息 不确定系数具有多值性,它刻画了微观层面上的不确定性,因而取值不能 随便确定,也不能统一处理,需要根据实际情况分析后进行取值,要确保集对分 析的结果符合实际情况。在实际应用中值常用来调节理论模型和实际情况的差 异,对值的取值情况进行分析计算的过程,实质上就是集对分析对不确定信 息 的处理过程。随着其值的确定,系统的不确定信息也逐渐明朗化。 综上所述,集对分析法在处理不确定信息时,并不是简单的对不确定性进行 转化,而是始终站在系统的角度,把确定性和不确定性进行统一,因而避免了信 息的大量流失,确保了系统的完整性。联系度定义式/巧是集对分析处 理不确定性信息的重要工具,其处理原则可表述为“客观承认、系统描述、定量 刻画、具体分析”。 .集对分析理论的基本概念 集对 :就是指具有一定联系的两个集合所组成的对子。 一定联系是指两个集合间有一定的相同点、差异点和对立点。现实中的集对关系 有:过去与现在、进攻与防御、黑白、老少、卖方与买方、盈亏、离合等。 集对的字母表示:若集对日由集合彳和集合召组成,则可记为彳,, ~般也简记为,召。 集对的几何表示【:若用一条有向线段表示集合彳,另一条有向线段表示集 合,则图.表示一个集对日。 图.集对的几何表示 其中口角可以依据个集合的联系情况加以确定。 联系度:给定两个集合么和曰,并设这两个集合组成集对彳,曰, 在某个具体问题背景设形下,我们展开对集对日的特性展开分析,共得到? 个特性,其中:有个为集对中的两个集合和曰所共同具有;在个特性上 集合彳和口相对立,在其余的??个特性上既不相互对立,又不为这 个集合所共同具有,则称比值. /?为这个集合在问题驴下的同一度,简称同一度; 州?为这个集合在问题矿下的差异度,简称差异度; 州?为这个集合在问题形下的对立度,简称对立度,并用式子 ”。’ /川素?“素 加以统一表示。式.中的‖就称为彳,艿两个集合的联系度。 为了简便 . 式 式. 第一层含义是 同情况不确定 相反的东西; 示是差异 为了方便分析 对对立度和同一度的影响时,则把作为差异度的系数处理,这时要着重讨论 珀勺 取值,还要考虑其产生的效应;当我们不计较的取值不需要对研究对象做精 细 讨论时,可以把作为差异度的标记处理。 通常情况下,我们所指/.是有关两个集合或一个系统在指定的问题和某个分 析过程中所得的同一度、差异度、对立度的代数和,因此,又常称其为联系度 表 达式,但在运算分析时,‖又可以看成是一个数,并称为联系数。 以客体为论域,记为。中的模糊子集彳定义为确定性信息,。为 不确定性信息,则对应一种刻画,由式.给出的信息石关于彳、彳。的隶属 度分别为: . /功,/‖功 二者分别称为确定性隶属度简称确定度、不确定性隶属度或称差异度 隶属度,简称差异度。根据模糊集的定义有: . 儿功‖‖功 以确定性信息为论域,记为,】中的模糊子集、召。分别定义为同一性 信息、对立性信息。则所提取的信息关于、。的隶属度为: . 儿功口,‖‖ 分别称为同一隶属度简称同一度、对立隶属度简称对立度。于是式. 变为信息意义上的确定性与不确定性模糊结构函数式,它给出了集对在某一 特性 上的同异反模糊刻画,故称为集对的模糊联系度表达式【:?。模糊联系度表 达式从 概念上比较完整地描述了客观对象和主管认识的确定不确定性,可以广泛深 入地 刻划各种不确定性问题。 .联系度‖的结构 联系度的层次性 联系度处于宏观和微观两个层次。从联系度的定义过程中,可以看到式 .、.中处于宏观层次上的参量分别有?、、、,、.,和、、、 .,,而作为不确定性的承载,处于微观层次上。在确立联系度的过程中,我们 看到是在‖中的口、、确定之后,才赋予的。微观层次上的取值受宏观层 次的约束,由此看出联系度宏观层次和微观层次是紧密相连的。是宏观参量 与微观参量相结合的项,它向我们进一步诠释了:在特殊条件下,不确定性联 系 可以确定;而在普通条件下,不确定性不能确定。对珀不断剖析过程,就是不 断分析联系度‖的层次的过程。 联系度的可展性 在约定的某个层次上联系度‖是可以展开的,常见的展开形式有: . ‖??吃吃?; 或 . ‖口?口。岛‘?吃‘五乞.? 在解决实际问题时,为了充分挖掘资料中的隐含信息,需要把联系度进一步 展开,进行深入具体的分析。 联系度‖的形结构 在同一层次把‖展开后,对得到的不确定部分进一步实施层次分析时,得到 层次展开图如下,图.所示: 叫笊 图.联系度‖的层次展开 从图.中,看到/的结构层层递进,其形状酷似丁字,故有丁形结构之称。 从同一水平面望去,不确