基于變壓器缺陷數(shù)據(jù)的故障預測研究-學位論文

PAGE大學本科畢業(yè)論文基于變壓器缺陷數(shù)據(jù)的故障預測研究BACHELOR'SDEGREETHESISOFWUHANResearchonthepredictingofPowerTransformer’sfaultbasedondefectdataCollege：Subject：Name：Director：June2013PAGEI鄭重聲明本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產(chǎn)權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名：日期：PAGEIII摘要電力變壓器是最重要的變電設備，在電力系統(tǒng)中處于樞紐地位，其運行狀態(tài)直接影響著整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。變壓器一旦發(fā)生事故，造成的直接和間接的經(jīng)濟損失是巨大的。對電力變壓器的故障進行有效的預測，既可給維護人員提供必要的參考以避免維修不足或過度維修，又可以保證供電的可靠性和用戶的人生安全。因此，對變壓器故障預測進行研究具有重要的理論意義和工程實用。本文對電力系統(tǒng)中常用的油浸式變壓器，基于油中溶解氣體數(shù)據(jù)以及三比值故障判斷法進行故障進行預測。由于目前電力系統(tǒng)中主要采取某一天油中氣體進行當天的故障判斷，而連續(xù)一段時間的氣體采樣數(shù)據(jù)較少，所以本文選用84年93年的數(shù)據(jù)。另外，所選數(shù)據(jù)大多數(shù)呈現(xiàn)遞增形式，灰色理論對遞增數(shù)列有較好的預測效果，而且灰色理論具有所需原始數(shù)據(jù)少、計算方法交單、預測精度高的特點，所以選擇灰色理論進行油中氣體數(shù)據(jù)的預測。通過建立灰色預測模型，并結合三比值故障判斷法，建立基于油中溶解氣體數(shù)據(jù)的變壓器故障預測模型。最后將預測結果與實際進行比較，得出設計結果并對不足之處提出進一步的研究方向。關鍵詞：變壓器；故障預測；灰色理論

ABSTRACTAsthemostimportantsubstationequipment,powertransformerplaysallimportantroleinthepowersystem．It'sstatesduringoperationdirectlyaffectthestability,safetyandreliabilityofthewholepowersystem．Thefailuresoftransformerscanresultinseriousissues,suchasservicedisruptionsandsevereeconomiclosses．Therefore,effectivefaultpredictiononthepowertransformercanprovidemaintenancepersonnelwiththenecessaryreferencetoavoidunder-maintenanceorexcessivemaintenance，andcanguaranteethepowersupply'sreliabilityanduser'ssafetyaswell．So,ithasgreattheoreticalsignificanceandengineeringpracticalvaluetoresearchonthepredictionofthefaultsinpowertransformer．Inthispaper,weresearchontheprojectionofthewidelyusedoil-immersedtransformer'sfaultbasedontheDGAdataandthreeratiosfaultdiagnosismethod.Sincethatwemainlyuseoneday'sdatetodiagnosisthetransformer'sfaultnowadays,butcontinuousperiodofgassamplingdataisless,soIusethedataofyear1984andyear1993.Inaddition,mostformsoftheselecteddatashowsanincreasing,whilethegraytheoryhasbetterpredictionresultsforincreasingnumbersthanothermodel,andgraytheoryhaslessrawdataneededtocalculatepayasinglemethodtopredictthecharacteristicsofhighprecision,soIchosethegraytheorytoforecastoilgasdata.Throughtheestablishmentofgraypredictionmodel,andcombinedwiththreeratiosfaultdiagnosismethodtoestablishatransformerfailurepredictionmodelbasedondissolvedgasdata.Finally,thepredictedresultsarecomparedwiththeactualsituation,obtainedtheinadequaciesofdesignresultsandproposethefurtherresearchdirections.Keywords:transformer;faultprediction;greytheory目錄TOC\o\h\z\u鄭重聲明 I摘要 IIABSTRACT III第1章緒論 11.1變壓器故障預測的研究背景及意義 11.2變壓器故障預測研究現(xiàn)狀 11.3本文的主要工作 5第2章變壓器故障分析 62.1變壓器介紹 62.1.1變壓器原理 62.1.2變壓器分類 62.1.3變壓器的基本結構 62.1.4變壓器的安裝方式 72.2變壓器故障分析 82.3結論 132.4本章小結 15第3章變壓器油中溶解氣體與故障的關系 163.1變壓器油中溶解氣體的來源 163.2變壓器油中氣體特征 163.2.1過熱故障 163.2.2放電故障 173.2.3受潮 173.3變壓器故障診斷的依據(jù) 183.4變壓器內部絕緣故障的三比值法 183.5小結 20第4章灰色GM(1,1)預測方法 214.1灰色預測簡介 214.2GM(1，1)數(shù)據(jù)處理方法 214.3GM(1,1)等時間間隔序列預測算法 224.4GM(1,1)非等時間間隔序列預測算法 244.5GM(1,1)算法殘差檢驗 254.6GM(1,1)非等時間間隔matlab程序代碼 264.7本章小結 28第5章變壓器的故障預測及實例 295.1變壓器的故障預測 295.2基于油中溶解氣體數(shù)據(jù)的變壓器故障預測 295.2.1實例1 295.2.2實例2 305.3誤差檢驗 305.4本章小結 31第6章結論與展望 326.1結論 326.2展望 33參考文獻 34致謝 36PAGE36第1章緒論本章在闡明變壓器故障預測的意義的基礎上，綜合介紹了一系列常用的預測方法，并提出論文的主要研究方法及其思路。1.1變壓器故障預測的研究背景及意義電力變壓器是電力系統(tǒng)中的關鍵設備之一，它承擔著電壓變換、電能分配和傳輸?shù)娜蝿?，并提供電力服務。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，我國的電力建設已進入了超高壓、大電網(wǎng)、大容量、自動化的新階段。電力系統(tǒng)規(guī)模和變壓器單機容量也隨之不斷增大，變壓器故障對國民經(jīng)濟造成的損失也愈來愈大，因此必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。長期以來我國對變壓器的檢修策略主要采用以時間為標準的定期維修。定期維修存在“維修過?！焙汀熬S修不足"的缺陷，造成了維修費用的巨大浪費和設備可靠性的下降[[1]PiranhaKinder.Powersystemstabilityandcontrol[M][1]PiranhaKinder.Powersystemstabilityandcontrol[M].McGrawsHill,1994:877—884．目前，我國正在積極探索和實踐狀態(tài)檢修制度。對變壓器進行油色譜在線監(jiān)測是變壓器狀態(tài)監(jiān)測的重要基礎。但是，由于目前變壓器油色譜在線監(jiān)測離實現(xiàn)變壓器的全面狀態(tài)檢修尚有差距，不可能隨時獲得準確的油中氣體濃度。根據(jù)已有歷史數(shù)據(jù)可對變壓器油中溶解氣體濃度隨時進行估計，快速而全面地評估變壓器的絕緣狀況，提前對變壓器的絕緣狀況做出診斷，以此為依據(jù)對變壓器進行跟蹤和安排檢修等工作，避免和減少事故，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。開展變壓器故障預測，對預測潛伏性故障發(fā)展趨勢或何時發(fā)展成故障或可能發(fā)生何種類型故障等進行研究，對指導維護工作具有十分重要的意義。而且對提高電力系統(tǒng)運行的可靠性和科學管理水平也具有十分重要的意義[[2]趙文清.基于數(shù)據(jù)挖掘的變壓器故障診斷和預測研究[D].華北電力大學（河北）,2009.[2]趙文清.基于數(shù)據(jù)挖掘的變壓器故障診斷和預測研究[D].華北電力大學（河北）,2009.1.2變壓器故障預測研究現(xiàn)狀目前所構造的變壓器故障診斷系統(tǒng)都是判斷有無故障，或出現(xiàn)故障后診斷是何部位以及何種原因引起的故障[[3]裴子春.電力變壓器故障預測方法研究[D].西華大學,2011.]。但是，對于當前沒有出現(xiàn)故障或故障癥狀不明顯的變壓器，這些診斷系統(tǒng)卻不能預測何時出現(xiàn)故障，出現(xiàn)什么故障。因此，開展變壓器故障預測，對預測潛伏性故障發(fā)展趨勢，或何時發(fā)展成故障，或可能發(fā)生何種類型故障等進行研究，對指導維護工作具有十分重要的意義[[4]劉立兵,惠鵬飛.電力變壓器故障預測與診斷仿真研究[J].計算機仿真,2010，(12):23-25.]。[3]裴子春.電力變壓器故障預測方法研究[D].西華大學,2011.[4]劉立兵,惠鵬飛.電力變壓器故障預測與診斷仿真研究[J].計算機仿真,2010，(12):23-25.預測是使用現(xiàn)代科學技術手段根據(jù)歷史資料和現(xiàn)實情況，依據(jù)一定方式、方法，通過定性和定量的主觀估測和科學計算，研究某一事物當前已知因素與未來某些可確定因素之間的關系、尋求事物的發(fā)展規(guī)律，推知其未來發(fā)展的趨勢，為當前制定規(guī)劃、進行決策提供依據(jù)。其中選擇適當?shù)念A測方法是保證預測精度的關鍵。目前運用于各個領域的預測方法有很多，主要采用的方法有：回歸分析法、時間序列分析法、灰色預測模型法、模糊預測法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、專家系統(tǒng)法、組合預測法等。很多人就這些預測方法做了細致深入的研究并取得了可喜的成績。下面介紹目前在各領域中使用的預測方法，及其在變壓器故障預測中的運用[[5]費勝巍，孫宇.融合粗糙集與灰色理論的電力變壓器故障預測[J].中國電機工程學報,2008,(16):45-48.]。[5]費勝巍，孫宇.融合粗糙集與灰色理論的電力變壓器故障預測[J].中國電機工程學報,2008,(16):45-基于回歸分析法的預測技術回歸預測根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，尋找自變量與因變量之間的回歸方程式，確定模型參數(shù)，據(jù)此做出預測?；貧w分析法一般適用于中期預測。其主要特點是：=1\*GB2⑴技術比較成熟，預測過程簡單；=2\*GB2⑵將預測對象影響因素分解，考察各因素變化，預測對象未來的數(shù)量狀態(tài)；=3\*GB2⑶回歸模型誤差較大，外推特性差；=4\*GB2⑷回歸分析法要求樣本量大且要求樣本有較好的分布規(guī)律。1.2.2基于時間序列分析法的預測技術時間序列分析法，就是把預測對象的歷史數(shù)據(jù)按一定時間間隔排列，構成隨時間變化的統(tǒng)計序列，建立相應的數(shù)據(jù)隨時間變化的模型，并將該模型外推到未來進行預測。這種方法對短期預測效果較好，但不適合于作中長期預測。一般來說，若影響預測對象變化各因素不發(fā)生突變，利用時間序列方法能得到較好的預測結果；若這些因素發(fā)生突變，時間序列法的預測結果將受到一定的影響。1.2.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡的預測技術人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)是由多個神經(jīng)元連接而成、用以模擬人腦行為的網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有自組織、自學習的能力，它能通過學習獲得合適的參數(shù)，用來映射任意復雜的非線性關系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法的優(yōu)點是對大量非結構性、非精確性規(guī)律具有極強的自適應功能，具有信息記憶、自主學習、知識推理和優(yōu)化計算等特點，一定程度上克服了由于隨機性和非定量因素而難以用數(shù)學公式嚴密表達的困難。人工神經(jīng)網(wǎng)絡法的缺點是要求有足夠多的歷史數(shù)據(jù)，樣本選擇困難，算法復雜，需要相當長時間的原始資料積累和模型修正，才能確定歷史數(shù)據(jù)到預測值間的關系。且針對某電力變壓器設計的性能良好的ANN模型如果直接應用于另一臺電力變壓器，預測性能就可能很差。1.2.4基于模糊理論的預測技術模糊理論是用精確的理論方法來處理過去無法用經(jīng)典理論描述的模糊事物，它能夠解決精確理論所不能解決的在人腦中大量存在的非確定性語義及模糊概念的問題。目前，模糊理論在自動控制、信息處理、天氣預報、地震研究、人工智能等方面得到了廣泛的應用，顯示了廣闊的應用前景。目前，在電氣工程領域，模糊預測法主要用于電力負荷等方面的預測，模糊數(shù)學理論主要用于變壓器故障診斷。針對電氣設備故障診斷中需要處理大量的模糊信息，運用模糊數(shù)學理論較為有效地解決了某些不確定性問題。1.2.5基于專家系統(tǒng)的預測技術專家系統(tǒng)是一個用基于知識的程序設計方法建立起來的計算機軟件系統(tǒng)，它擁有某個領域專家的知識和經(jīng)驗，并能像專家那樣運用這些知識，通過推理，在那個領域做出智能決策。一個實用的預測專家系統(tǒng)的研制需要較長時間的原始資料積累和模型修正；另一方面，專家知識是經(jīng)過大量實踐而形成的，沒有一個明確標準，難免會引入實際工作中的各種偏差和錯誤。電力變壓器油中溶解氣體的濃度變化受負荷大小、油溫、氣壓、故障性質及其發(fā)展快慢等因素的影響，電力運行部門很難得到較豐富的能夠用于專家預測系統(tǒng)建模的有效歷史數(shù)據(jù)，因此到目前為止還沒有看到專家系統(tǒng)應用于電力變壓器油中溶解氣體濃度預測的獻或報道。1.2.6基于灰色系統(tǒng)理論的預測技術灰色系統(tǒng)理論是中國學者鄧聚龍教授1982年3月在國際上首先提出來的?；疑到y(tǒng)指的是信息部分已知，部分未知，即信息不完全的系統(tǒng)?；疑A測將系統(tǒng)行為特征量的變化過程看作為一個灰色過程，利用灰色系統(tǒng)理論的微分方程模型進行預測。它將一切隨機變量看作是在一定范圍內變化的灰色變量，利用數(shù)據(jù)處理方法(數(shù)據(jù)生成與還原)，將雜亂無章的原始數(shù)據(jù)整理成規(guī)律性較強的生成數(shù)據(jù)來加以研究，。自建立以來，灰色理論在社會、經(jīng)濟、生態(tài)等領域得到了迅速發(fā)展[[6]王晶.基于灰色理論模型的變壓器故障預測[D].華北電力大學（河北）,2007.]。[6]王晶.基于灰色理論模型的變壓器故障預測[D].華北電力大學（河北）,2007.近年來，灰色預測模型尤其是GM(1，1)模型及其改進模型在電力變壓器故障預測方面也了一些研究成果。1.2.7優(yōu)化組合預測技術在實際預測工作中，建立預測模型受到兩方面的限制：一是不可能將所有在未來起作用的因素全部包含在模型中；另一個是很難確定眾多參數(shù)之間的精確關系。任何一種單一預測方法都只利用了部分有用信息，同時也拋棄了其它有用的信息；組合預測將不同預測模型按一定方式進行綜合，可以盡可能利用全部的信息，達到改善預測性能的目的。優(yōu)選組合預測有兩類概念，一是指將幾種預測方法所得的預測結果，選取適當?shù)臋嘀剡M行加權平均的一種預測方法；二是指在幾種預測方法中進行比較，選擇擬合度最佳或標準離差最小的預測模型作為最優(yōu)模型進行預測。1.2.7遺傳算法遺傳算法最早起源于60年代對自然和人工自適應系統(tǒng)的研究，是建立在達爾文的生物進化論和孟德爾的遺傳學說基礎上的算法，它模仿了生物的遺傳、進化原理，并引用了隨機統(tǒng)計理論，是一種自適應全局優(yōu)化概率搜索算法。遺傳算法的主要特點是群體搜索策略和群體中個體間的信息交換，搜索不依賴梯度等高階信息，同時還具有算法簡單、通用性強等特點。目前已有將遺傳算法應用于變壓器故障預測研究的相關文獻報道。1.2.8支持向量機支持向量機是數(shù)據(jù)挖掘的一種新方法，能對回歸問題和模式識別等諸多問題進行處理，并可應用于預測和綜合評價等領域；它有著深厚的理論基礎和廣闊的應用前景，目前已取得了一定的成績。1.2.9混沌理論混沌理論是一種兼具質性思考與量化分析的方法，用以探討動態(tài)系統(tǒng)中無法用單一的數(shù)據(jù)關系，而必須用整體、連續(xù)的數(shù)據(jù)關系才能加以解釋及預測的行為?；煦缋碚撨€被用于經(jīng)濟預測、電力系統(tǒng)負荷預測、礦產(chǎn)資源預測等方面。1.2.10馬爾可夫預測法馬爾可夫預測法是一種特殊的市場預測方法，主要用于市場占有率的預測和銷售期望利潤的預測，是一種預測事件發(fā)生概率的方法。馬爾可夫預測法在地理、天氣、市場預測中被廣泛應用。1.2.11小結從上面的闡述能夠知道，目前的預測方法，并非都適合于變壓器故障預測，只有較少的幾種預測方法在變壓器故障預測中得到了運用，而這幾種方法中，每一種方法都有獨當一面的能力，具有美好的應用前景；每種方法本身又都有或多或少的缺陷，從而衍生出大量的優(yōu)化改進和組合模型，使得這些預測方法更加的豐富，日趨完善[[7]王有元，廖瑞金.基于油色譜分析的變壓器故障在線預測方法[J].重慶大學學報(自然科學版),2005,(7):55-57.]。[7]王有元，廖瑞金.基于油色譜分析的變壓器故障在線預測方法[J].重慶大學學報(自然科學版),2005,(7):55-57.1.3本文的主要工作 本文在基于目前大型電力變壓器故障預測方法總結分析上，選擇利用灰色理論預測方法進行變壓器故障預測。本文在對灰色理論預測原理進行分析的基礎上，將灰色預測理論引入到電力變壓器絕緣故障預測工作中，建立起適用于電力變壓器故障預測的預測模型以及編寫相應的matlab程序進行數(shù)據(jù)預測處理；并基于變壓器油中氣體數(shù)據(jù)以及三比值故障診斷法對變壓器故障進行預測[[8][8]GuardadoJ.L.,NaredoJ.L..Comparativestudyofneuralnetworkefficiencyinpowertransformersdiagnosisusingdissolvedgasanalysis[J].IEEETrans.PowerDelivery,2001,16(4):643—647．本文主要展開以下幾個方面的研究工作：=1\*GB2⑴總結并深入學習變壓器類型、變壓器各類故障及其診斷技術相關知識；=2\*GB2⑵學習變壓器故障預測技術；=3\*GB2⑶對灰色系統(tǒng)預測方法做深入的研究；=4\*GB2⑷建立變壓器故障灰色預測模型;=5\*GB2⑸用實例證明本文提出的預測模型的有效性;=6\*GB2⑹總結上述研究成果，并提出了進一步研究的方向。

第2章變壓器故障分析目前電力系統(tǒng)中運用的各種變壓器原理相同，均為電磁感應；但因各種需要，它們的結構組成并不完全相同。本章介紹各種變壓器類型以及故障類型，并著重分析目前應用最為廣泛的油浸式變壓器的缺陷數(shù)據(jù)及其故障預測對應關系。2.1變壓器介紹2.1.1變壓器原理變壓器是一種靜止的電氣設備，它利用電磁感應原理，將一種交流電壓的電能轉換成同一頻率的另一種交流電壓的電能。在電力系統(tǒng)中，為了將大功率的電能運送到遠距離的用戶區(qū)，需要采用升壓變壓器將發(fā)出的電壓逐級升高到220kV~500kV，以減少線路損耗；在電能輸送到用戶地區(qū)后，再用降壓變壓器逐級降低到配電電壓，供動力設備、照明使用。在電力傳輸中，變壓器具有極為重要的作用。2.1.2變壓器分類變壓器可以按照用途、繞組數(shù)目、相數(shù)、冷卻方式分別進行如下分類。=1\*GB2⑴按照用途分類為：電力變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電焊變壓器、試驗變壓器、調壓變壓器、電抗器、互感器、特殊用途變壓器。=2\*GB2⑵按照繞組數(shù)目分類為：雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器。=3\*GB2⑶按照電源輸出相數(shù)分類為：單相變壓器、三相變壓器。=4\*GB2⑷按照冷卻方式分類為：以空氣為冷卻介質的干式變壓器、以油為冷卻介質的油浸式變壓器。=5\*GB2⑸按照調壓方式分類為：無載調壓變壓器、有載調壓變壓器。=6\*GB2⑹按照鐵心結構分類為：芯式變壓器、殼式變壓器。=7\*GB2⑺按照中性點絕緣水平分類為：全絕緣變壓器、分級絕緣變壓器。=8\*GB2⑻按照導線材料分類為：銅導線變壓器、鋁導線變壓器。=9\*GB2⑼按照防潮方式分類為：開啟式變壓器、密封式變壓器、全密封式變壓器。2.1.3變壓器的基本結構變壓器的主要構件是鐵芯和繞組。鐵芯和繞組通過絕緣組裝和引線組裝組成變壓器的器身，將器身裝在油箱外殼內,浸上變壓器用絕緣油,再配置上各種附件裝置,就構成了油浸電力變壓器。不浸絕緣油的器身,直接配置附件裝置的變壓器稱為干式變壓器。變壓器附件,按變壓器容量及電壓等級的不同有不同的設置,變壓器采用的組配件數(shù)量很多?？砂唇M配件用途分類為六大部分或稱六大裝置,即散熱裝置、調壓裝置、引出裝置、保護裝置、測量裝置和起吊運輸裝置。2.1.4變壓器的安裝方式正確安裝變壓器是保證變壓器安全運行的重要條件之一。變壓器安裝方式有多種。但概括起來可分為室內、室外兩大類。室內稱為配電室；室外有桿架式、臺墩式和落地式變臺。=1\*GB2⑴變壓器的室內布置室內布置就是把變壓器裝設在室內，將高壓線路經(jīng)穿墻套管或用高壓電纜引入，經(jīng)高壓開關柜接至變壓器，它的低壓側經(jīng)低壓開關柜或開關板送出。需要建筑專用的變壓器室。將變壓器放置在室內運行，具有清潔、安全等優(yōu)點，但配電室必須達到1級耐火標準，具有良好的通風條件，門窗耐火，并能防止小動物及雨水侵入。室內通道應寬敞，以滿足安裝上規(guī)定的要求。=2\*GB2⑵變壓器的室外布置變壓器的室外布置根據(jù)其容量的大小、裝設地區(qū)的不同以及吊運是否方便.通常有桿架式、臺墩式和落地式三種安裝方式。變臺是指變壓器和它的附屬設備的總稱。=1\*GB3①桿架式，桿架式變臺又分為單桿變臺、雙桿變臺和三桿變臺三種。單桿變臺是將變壓器、高壓跌落式熔斷器和高壓避雷器裝在一根電桿上。適用于安裝50kVA及以下變壓器。結構簡單、安裝方便、用料和占地都比較少。雙桿變臺是在離地2.5～3m的兩根桿上安裝，在臺架上方2m處裝設母線架，高壓引線接在母線架上，桿上還裝橫擔并安裝室外跌落熔斷器、避雷器和引線。三桿變臺由高壓線電桿和另外兩根電桿組成。高壓線電桿上只裝設高壓跌落式熔斷器，與另兩根電桿組成的臺架供安裝變壓器使用。=2\*GB3②臺墩式，地臺式變臺用磚石砌成高1.7～2m的臺墩，把變壓器安放在上面。其特點是高壓線的終端桿可兼作低壓線路的始端桿、結構簡單、基礎牢固、造價較低。=3\*GB3③落地式，落地式變臺是把變壓器安置在地面矮臺上，適合于500kVA以上大容量的變壓器。這種變臺占地多，但拆裝、運輸方便。為防水浸，變壓器底部基座要高出最大洪水的高度。2.2變壓器故障分析變壓器在長時間運行過程中，由于各種內因外因的影響，難免發(fā)生故障。變壓器故障主要發(fā)生在繞組、鐵芯、套管、分接開關和油箱等部位。最常見的故障是繞組故障，如繞組變形、繞組和鐵芯壓緊松動等機械故障；其中絕緣老化和層間絕緣損壞的是最多的；其次是套管損壞、分接開關失靈、絕緣油劣化，鐵芯和其他零件的故障較少。電力系統(tǒng)根據(jù)引起故障的原因，一般將電力變壓器故障分為內部故障和外部故障兩種情況：=1\*GB2⑴內部故障包括：繞組和鐵芯壓緊的松動；繞組諧振；繞組的相間短路、接地短路和繞組的匝間短路；過熱；絕緣退化；氧化；受潮；絕緣油的固態(tài)污染；局部放電；設計和制造缺陷；磁路故障，鐵芯多點接地；由于鐵芯、開關、引出線絕緣損傷，導致局部溫度過高。內部故障會引起火災甚至使油箱爆炸，使變壓器發(fā)生嚴重損壞。=2\*GB2⑵外部故障包括：雷擊；系統(tǒng)切換誤操作；系統(tǒng)過載；系統(tǒng)故障如短路；外部故障主要表現(xiàn)在油箱殼以外套管及引線上產(chǎn)生的各種相間及接地短路。絕緣套管發(fā)生閃絡放電，高低壓引線間發(fā)生多路等，變壓器的引線發(fā)生故障，如：絕緣損壞或擊穿、內部斷線、繞組匝間層間出現(xiàn)短路以及繞組發(fā)生變形等情況。絕緣系統(tǒng)發(fā)生故障，主要指絕緣油故障和主絕緣中發(fā)生故障，一般指相間發(fā)生短路、絕緣系統(tǒng)有受潮現(xiàn)象、絕緣油出現(xiàn)異常、出現(xiàn)圍屏樹枝狀放電等[[9]王萬春.大型變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)[R].安徽省:安徽省電力公司阜陽供電公司,2009.]。[9]王萬春.大型變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)[R].安徽省:安徽省電力公司阜陽供電公司,2009.下面就舉例分析一下電力變壓器實際運行中的各種故障以及解決方案：2.2.1變壓器聲音發(fā)生異常=1\*GB2⑴當壓緊鐵芯或夾件的螺絲釘松動時，儀表指示正常，其絕緣油的油位、溫度與顏色也會沒有明顯的變化，但聲音嘈雜而大，應立即停運并進行檢查；=2\*GB2⑵變壓器的內部接觸不良或機體絕緣擊穿，變壓器表現(xiàn)出“噼啪”或“吱吱”的聲音，且響聲隨故障點的遠近發(fā)生變化，應立即停運并進行檢查；=3\*GB2⑶變壓器匝間短路或分接開關接觸不良，局部點溫度較高，導致附近零件嚴重發(fā)熱使油氣化。發(fā)出“咕嚕咕?！彼序v的聲音。應立即停運并進行檢查；=4\*GB2⑷使用大容量動力設備時，其負荷會發(fā)生較大變化，變壓器也會發(fā)出很大聲音，諧波分量使變壓器內瞬間發(fā)出咯咯的間歇性聲音。應立即停運并進行維修；=5\*GB2⑸變壓器部分零件振動，造成機械接觸或靜電放電引起的有規(guī)律、連續(xù)的摩擦或撞擊聲，沒有太大危險，不必立即停止運行，可在計劃檢修時再排查。2.2.2變壓器溫度發(fā)生異常變壓器過熱對其本身有很大的危害，溫度升高使絕緣體的機械強度和耐壓度降低甚至損壞絕緣體，導致變壓器使用壽命縮短。油溫異常升高是變壓器過熱的主要表現(xiàn)；主要體現(xiàn)在變壓器超負荷運行、冷卻裝置故障或絕緣油顏色變化等。當變壓器油溫過高時，應對以上原因逐一檢查，做出準確判斷，及時處理。=1\*GB2⑴若運行儀表指示超過變壓器最大負荷，而單相變壓器組三相溫度計指示基本一致，冷卻裝置指示正常，變壓器也正常時，油溫升高就是由超負荷引起的，要對變壓器加強監(jiān)視，并及時向上級調度部門匯報，可轉移負荷或縮短負荷時間。=2\*GB2⑵冷裝置發(fā)生故障，也會導致變壓器溫度升高；如冷卻裝置沒有投入運行，應立即投入運行；冷卻裝置發(fā)生故障，要及時進行處理，排除故障。=3\*GB2⑶絕緣油顏色發(fā)生顯著變化，絕緣油在運行中可能與空氣接觸，并吸收空氣中水分，導致絕緣性能下降；油常在高溫環(huán)境中運行，與氧接觸產(chǎn)生酸性氧化物，腐蝕金屬或絕緣，增加介質損耗，降低絕緣，引發(fā)閃絡使外殼或繞組被擊穿。=4\*GB2⑷指示發(fā)生誤報，在變壓器的運行中，遠裝置溫度指示異常，但現(xiàn)場中溫度指示正常，且無其它故障。表明遠裝置測溫系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可安排時間進行檢查[[10]黃卓生.淺析電力變壓器故障處理[J].科技與企業(yè),2011,(7):89-90.]。[10]黃卓生.淺析電力變壓器故障處理[J].科技與企業(yè),2011,(7):89-變壓器油枕故障油枕油位已注滿時，呼吸器出現(xiàn)變壓器油向外噴流，但是其它裝置表現(xiàn)均為正常，停止變壓器的運行，對變壓器進行電氣試驗，試驗結果正常。拆開視察窗進行檢查，未看到油，這表明油枕出現(xiàn)故障。2.2.4鐵芯多點接地故障變壓器鐵芯出現(xiàn)兩點以上的接地，稱為多點接地；導致產(chǎn)生渦流，鐵芯過熱，絕緣油劣化變質，嚴重時還會將鐵芯燒毀，接地線燒斷。發(fā)現(xiàn)鐵芯多點接地后，要立即停電，檢查及處理吊芯。如果系統(tǒng)暫時不能停電，可采用臨時串聯(lián)電阻的方法，為外引鐵芯接地回路上串聯(lián)電阻，對環(huán)流的增加進行限制，防止故障再發(fā)生惡化。在串聯(lián)電阻前，要對鐵芯接地回路的環(huán)流及開路電壓分別進行測量，計算對應串電阻的阻值。為保障變壓器正常運行，應避免鐵芯多點接地，實踐中將鐵芯與外殼進行可靠地連接，以保證鐵芯與外殼的等電位。2.2.5絕緣老化絕緣老化導致大部分的變壓器都嚴重的縮短了服役時間。變壓器正常運行中，絕緣材料也在不斷的損耗，當使用達到一定的年限時，絕緣材料就會嚴重老化，出現(xiàn)發(fā)黑、枯焦等情況；而在超負荷運行等條件下，其絕緣將加速老化，只要繞組稍受震蕩或略受摩擦，絕緣即可完全變形甚至損壞，導致匝間或層間短路。絕緣老化后絕緣性能也明顯降低，容易擊穿。制定一定的保障制度，降低老化的速度可以增加變壓器的使用年限[[11]蓋建輝.變壓器常見故障與事故預防[J].內江科技，2011,(3):128-130.]。[11]蓋建輝.變壓器常見故障與事故預防[J].內江科技，2011,(3):128-放電故障根據(jù)放電的能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電三種類型。放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質點直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞，并使絕緣擊穿；另一種是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質損耗增大，導致熱擊穿。2.2.7分接開關故障=1\*GB2⑴無載分接開關故障變壓器漏油時，分接開關會在空氣中裸露，從而會引發(fā)分接開關的絕緣受潮，容易導致放電短路的發(fā)生，引起變壓器的損壞。=2\*GB2⑵有載分接開關故障有載分接開關在頻繁的切換操作過程中，會產(chǎn)生電弧，導致油中產(chǎn)生乙炔等可燃性氣體，此時切換開關將會造成油內滲進入變壓器主體油中，造成主體油箱內可燃性氣體含量的異常增加，威脅變壓器的可靠運行。分接頭接觸不良會導致局部溫度過高、防爆器失效、氣體繼電器誤動作、閃絡或放電等[[12]黃婷婷.變壓器故障類型分析及防范措施研究[J].科技資訊，2010,(14):131-132.]。[12]黃婷婷.變壓器故障類型分析及防范措施研究[J].科技資訊，2010,(14):131-短路引起的故障變壓器短路故障主要是變壓器出口短路，以及內部引線或繞組間對地短路及相與相之間發(fā)生的短路而導致的故障。當變壓器發(fā)生二次側短路、接地等故障時，二次側將會產(chǎn)生高于額定電流2-3倍的短路電流，在一次側必然要產(chǎn)生很大的電流來抵消二次側短路電流的消磁作用，如此大的電流作用于高電壓繞組上，線圈內部將產(chǎn)生很大的機械應力，致使線圈壓縮，其絕緣襯墊、墊板就會松動脫落，鐵芯夾板螺絲松弛，高壓線圈畸變或崩裂，導致變壓器在很短的時間內燒毀，嚴重時可能要更換全部繞組，從而造成十分嚴重的后果和損失，因此應引起足夠重視。變壓器二次側短路也是造成變壓器損壞最多的故障。2.2.9過電壓引起的故障電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過工作電壓的電壓異常升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象。變壓器的絕緣長期耐受工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運行。而當電壓過高超過變壓器承受幅度，就會造成變壓器故障。2.2.10變壓器過載故障隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，用電負荷在增多，發(fā)電廠、用電部門在不斷的持續(xù)緩慢提升負荷。直接導致越來越多的變壓器超負荷運行。過載條件下，過高的溫度導致了變壓器的絕緣紙板過早的老化，使得整個絕緣強度下降。此時若有一定的沖擊電流，變壓器線圈溫度迅速增加，造成絕緣材料變脆弱，加速老化，形成大量裂紋甚至脫落，嚴重時使線體裸露，而造成匝間短路?；蛘哂捎谕獠抗收蠜_擊力導致絕緣破損進而發(fā)生故障。確保負荷在變壓器的額定運行條件下，不要長時間的過負荷運行，否則得不償失。2.2.11絕緣油劣化絕緣油在變壓器的正常運行中起著重要作用。它可以將繞組和鐵芯等產(chǎn)生出來的熱量傳遞至變壓器的冷卻裝置，因而是良好的散熱媒介，此外還可以在繞組之間、繞組與鐵芯和箱體之間起到絕緣介質的作用。在變壓器的運轉過程中，絕緣油在較高溫度下運行，可能會溶解大量空氣，并與氧氣作用生成各種酸性氧化物，從而使得絕緣受到腐蝕，同時，還會增加絕緣油的介質損耗，降低絕緣油的品質，引發(fā)變壓器內閃絡，導致?lián)舸┦鹿?。另一方面，絕緣油也可能因與空氣接觸而吸收空氣中所含的水分，因水在變壓器電場的作用下容易電離分解，從而增加了絕緣油的導電性能，不利于變壓器的安全運行。2.2.12滲油及套管閃烙滲油是變壓器最為常見的外表異?，F(xiàn)象。由于變壓器本體內充滿了油，各連接部位處都有膠珠、膠墊防止油的滲漏。長時間的運行，會使變壓器中某些膠珠、膠墊老化龜裂而引起滲油，導致絕緣受潮后性能下降，放電短路，燒毀變壓器。套管閃絡放電也是變壓器常見的外表異常之一?？諝庵杏袑щ娦阅艿慕饘賶m埃附吸在套管表面上，在變壓器套管滲油情況下，會導致變壓器套管吸附塵埃，若遇上雨雪潮濕天氣，就可能會造成套管閃烙放電。在變壓器的檢查維護中，對變壓器套管滲油問題要得到及時的解決，否則造成事故的可能性極大。2.2.13變壓器雷擊故障我們對于雷擊導致變壓器發(fā)生故障的研究比較少，因為很多時候不是直接的雷擊事故就會把沖擊故障歸為“線路涌流”。雷擊故障主要有兩種，一種是因為避雷器接地電阻過高，當雷電流流經(jīng)時引發(fā)變壓器外殼電位增高，達到一定數(shù)值，就會擊穿變壓器絕緣，導致其損壞。另一種則是避雷器接地引下線長度太長；此時，如果某一陡度電流通過，避雷器的殘壓與接地引下線上的壓降相疊加，作用于變壓器繞組，從而破壞變壓器絕緣。防止雷擊最好的方法當然是加裝避雷裝置，不僅可以保護變壓器本身的正常運轉，還可以減少電力系統(tǒng)中的沖擊電流，減少暫態(tài)波動的發(fā)生。2.2.14變壓器線路涌流故障線路涌流，是應該被列入首要的故障因素。線路涌流包括：合閘過電壓、電壓峰值疊加、線路短路故障、閃絡以及震蕩方面的大電流、電壓的不正?，F(xiàn)象。這類故障對變壓器的損害最為嚴重的原因是電流、電壓過大。因此須在大電流沖擊保護充分性方面給與更多的關注。安裝過流保護監(jiān)視裝置，可以對變壓器進行實時的測量檢測報告；并把結果送入電力系統(tǒng)中作為安全運行的指標。2.2.15變壓器質量疏漏故障一般情況下，變壓器往往在這方面的問題并不是很大，僅有很小比例的故障歸咎于質量疏漏缺陷。例如匝間絕緣裕度不夠、出線端松動或無支撐、墊塊松動、焊接不良、鐵芯絕緣不良、抗短路強度不足以及油箱中留有異物。所以并沒有引起太大的關注，只是偶爾發(fā)生。2.2.16變壓器的維護故障不正當?shù)木S護也會引起變壓器故障。主要是由于保養(yǎng)不夠、未裝控制或控制裝的裝的不正確、冷卻劑泄漏、污垢堆積和自然界的電氣化學腐蝕[[13]李會敏.變壓器故障的原因分析及運行維護建議[J].城市建設研究理論，2011,(35):142-144.]。[13]李會敏.變壓器故障的原因分析及運行維護建議[J].城市建設研究理論，2011,(35):142-7磁路故障變壓器磁路故障主要是變壓器鐵芯組故障引起的。變壓器正常運行時，繞組四周會存在交變的磁場，在電磁感應作用下，外殼與鐵芯之間、鐵芯與低壓繞組之間以及低壓繞組與高壓繞組之間會存在寄生電容，帶電繞組正是通過其耦合作用，使得鐵芯對地產(chǎn)生懸浮電位。因鐵芯等各個金屬構件距離繞組的空間不等，金屬構件之間有電位差的存在，當這種電位差達到一定限度時．就會擊穿其間的絕緣，產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，影響變壓器內絕緣等性能。2.2.18變壓器受潮故障受潮是不可避免的，由于種種外部自然原因，常常使管道滲漏、頂蓋滲漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及絕緣油中存在水分等。變壓器的設計和建造標準應與安裝地點相配套。若置于戶外，確定該變壓器適于戶外運行，變壓器油的介電強度隨著其中水分的增加而急劇下降。變壓器引線是靠套管支撐和絕緣的，若套管上端帽罩封閉不嚴而進水，引線主絕緣受潮而擊穿，就會造成內部閃絡，發(fā)生故障。變壓器(除小型配電變壓器)的油樣應經(jīng)常作擊穿試驗，以確保正確地檢測水分并通過過濾將其去除。2.2.19變壓器破壞及故意損壞這類故障主要是人為的外在破壞行為，常常發(fā)生在線路末端直接連接用戶的變壓器，不過這種破壞是很不常見的。2.2.20變壓器連接松動故障這類事故包括了在電氣連接方面的制造工藝以及保養(yǎng)情況，最為突出的問題就是不同性質金屬之間不當?shù)呐浜?，但是這種情況在慢慢的減少，另一個問題就是螺栓連接間的緊固不恰當，連接松動也可以包括在維護不足一類中[[14]王慶豐.變壓器常見故障處理[J].科技傳播，2012,(22):131-132.]。[14]王慶豐.變壓器常見故障處理[J].科技傳播，2012,(22):131-132.2.3結論變壓器作為電網(wǎng)中的一個重要設備，從投入工作就要求它不間斷的工作，其運行關系著電力供應的穩(wěn)定性；因此，實踐中有差動、避雷器等多重保護。但由干其受雷擊過電壓、絕緣老化、絕緣油劣化等多種因素的影響，變壓器的事故率仍然很高，惡性事故和重大損失也時有發(fā)生。只有保證變壓器安全正常的運行，才能保證電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質地運行。掌握變壓器運行狀況，熟悉變壓器故障的形成原因及一些相關處理，采取必要的保護措施，就能有效降低變壓器故障率。采取有針對性的防范措施，定期進行檢測與維護，加大變壓器巡視檢查力度，準確、及時發(fā)生存在的隱患，就可以排除安全隱患，保障變壓器的正常、穩(wěn)定工作和電力系統(tǒng)的安全運行[[15]馮川.變壓器故障診斷技術研究[J].硅谷,2012,(7).]。[15]馮川.變壓器故障診斷技術研究[J].硅谷,2012,(7).在以后的建設運行中我們可制訂一個整體的維護、檢查和試驗的規(guī)劃；良好的維護制度將有助于變壓器獲得最大的使用壽命，不但可以降低變壓器故障的發(fā)生，減輕電力中斷造成的不良影響，還可以節(jié)約大量的時間和經(jīng)費，減少社會成本的支出[[16]李楠.基于支持向量機的電力變壓器狀態(tài)評估[D].華北電力大學（河北）,2009.]。[16]李楠.基于支持向量機的電力變壓器狀態(tài)評估[D].華北電力大學（河北）,2009.根據(jù)上述分析，給出以下運行和維護建議：=1\*GB2⑴安裝及運行：=1\*GB3①確保負荷在變壓器設計允許范圍內，在油冷變壓器中要監(jiān)視頂層油溫；=2\*GB3②變壓器的安裝地點應與其設計和建造的標準相適應；=3\*GB3③保護變壓器不受雷擊及外部損壞危險[[17]莫善區(qū).變壓器在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)研究[D].廣東工業(yè)大學,2008.]。[17]莫善區(qū).變壓器在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)研究[D].廣東工業(yè)大學,2008.=2\*GB2⑵經(jīng)常維護：=1\*GB3①保持瓷套管及絕緣子的清潔，定期檢查瓷套管外部無裂紋、破損、臟污及放電痕跡，瓷套根部有無放電痕跡；=2\*GB3②在油冷卻系統(tǒng)中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及限制油流動的機械損傷；=3\*GB3③保證電氣連接的緊固可靠；=4\*GB3④定期檢查分接開關，檢驗觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉動靈活性等；=5\*GB3⑤每三年應對變壓器線圈、套管以及避雷器進行介質損壞的檢測；=6\*GB3⑥每年檢驗避雷器接地的可靠性。旱季應檢測接地電阻，其值不應超過5Ω。=3\*GB2⑶結語：近年來國內外一些電力部門開始采用電力設備絕緣在線監(jiān)測技術，不需要外接高壓電源，在電力設備照常運行的條件下隨讀取試驗結果，因此可以及時計劃和安排電力設備的維護，從而實現(xiàn)狀態(tài)維修。因此借鑒國外經(jīng)驗，利用先進在線監(jiān)測設備，加強狀態(tài)維護模式，可以使電力供應更加安全可靠[[18]彭亮，郭建強.變壓器故障的統(tǒng)計分析及預防方法[J].科技資訊，2012，(22):78-81.]。[18]彭亮，郭建強.變壓器故障的統(tǒng)計分析及預防方法[J].科技資訊，2012，(22):78-81.2.4本章小結本章介紹了變壓器的分類，以及變壓器基本結構和安裝方式，并具體分析了各種變壓器故障以及相關診斷方式和解決方式，并在最后給出了變壓器運行維護相關的建議。為后文基于油中氣體的三比值故障診斷法以及故障預測奠定了良好的理論基礎和工作準備。

第3章變壓器油中溶解氣體與故障的關系目前，絕大多數(shù)大型電力變壓器選用油紙或油和紙板組成的絕緣結構。當變壓器內部發(fā)生熱故障、放電性故障或者油、紙老化時均會產(chǎn)生各種氣體；油中溶解氣體的組分和含量可以作為反映油浸式電力變壓器內部絕緣故障的特征量。正常運行中變壓器油中溶解氣體含量很少，主要成分是氧和氮。油、紙等絕緣介質降解過程所產(chǎn)生的氣體能溶解于變壓器油中，也能釋放到油面上，每種氣體在一定的溫度、壓力下達到溶解和釋放的動平衡，最終將達到溶解的飽和或接近飽和狀態(tài)[[19]楊啟平，薛五德.變壓器故障診斷技術的研究[J].變壓器，2002,(10).]。[19]楊啟平，薛五德.變壓器故障診斷技術的研究[J].變壓器，2002,(10).3.1變壓器油中溶解氣體的來源運行中的變壓器，由于受到電場、熱、濕度、氧的作用，油和有機絕緣材料將隨運行時間而發(fā)生速度緩慢的老化和分解，除產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還會產(chǎn)生少量的氫、低分子烴類氣體以及碳的氧化物。=1\*GB2⑴烴類氣體：油中C1、C2總烴含量一般低于150pL/L，但使用年久的變壓器,C3、C4烴類氣體明顯增多；=2\*GB2⑵氫：油中氫含量一般低于150pL/L；=3\*GB2⑶碳的氧化物：油中CO、CO2含量與設備運行年限有關[[20]PeiZichun.ResearchonthepredictingAlgorithmofPowerTransformer’sFault[D].Xihua[20]PeiZichun.ResearchonthepredictingAlgorithmofPowerTransformer’sFault[D].XihuaUniversity3.2變壓器油中氣體特征3.2.1過熱故障熱性故障是由于熱應力所造成的絕緣加速劣化，具有中等水平的能量密度。產(chǎn)生熱性故障的原因有：導線過電流；鐵芯局部短路、多點接地、形成環(huán)流；分接開關接觸不良、接線焊接不良、電磁屏蔽不良、使漏磁集中；油道堵塞，影響散熱等。當固體材料局部過熱時，會產(chǎn)生大量CO和CO2，且CO/CO2>10；當油局部過熱時，會產(chǎn)生大量乙烯和甲烷，隨著溫度升高，乙烷和氫氣的含量增加：當變壓器油嚴重過熱對，才產(chǎn)生少量乙炔。根據(jù)其嚴重程度(即故障時溫度的高低)，熱性故障常被分為輕度過熱(T<150℃)、低溫過熱(150℃<T<300℃)、中溫過熱(300℃<T<700℃)3.2.2放電故障=1\*GB2⑴高能量放電，又稱電弧放電。如由線圈匝間、層間絕緣擊穿，過電壓引起的內部閃絡，引線斷裂的閃弧，分接開關的飛弧等，故障氣體產(chǎn)生劇烈，產(chǎn)氣量大，故障氣體往往來不及溶解于油而聚集到氣體繼電器引起瓦斯保護動作。其特征氣體為乙炔和氫氣，其次為乙烯、甲烷，如果涉及固體絕緣，瓦斯氣和油中氣的CO含量高。=2\*GB2⑵低能量放電，一般是火花放電。它是一種間隙性放電故障，如鐵芯片間、鐵芯接地片接觸不良造成的懸浮電位放電；分接開關拔插懸浮電位放電等，其特征氣體為乙炔和氫氣，但由于故障能量較小，總烴一般不會高。=3\*GB2⑶局部放電，特征氣體氫組分最多(占總烴的85％以上)，其次是CH4，當放電能量高時會產(chǎn)生少量乙炔。3.2.3受潮在變壓器內部進水受潮時，油中水分和帶濕雜質易形成“小橋”，或者固體絕緣中含有的水分加上內部氣隙孔洞在局部放電作用下放出氫氣。另外，水分在電場作用下發(fā)生電解作用，水與鐵又會發(fā)生電化學反應，都可產(chǎn)生大量氫氣。根據(jù)以上分析，可歸納變壓器故障與產(chǎn)氣特征的一般規(guī)律，如表3.1所示[[21]葉品勇.基于油中溶解氣體分析的變壓器故障預測[D].南京理工大學,2007.]。[21]葉品勇.基于油中溶解氣體分析的變壓器故障預測[D].南京理工大學,2007.表3.1變壓器油中溶解氣體分析故障類型產(chǎn)生的組要氣體組分產(chǎn)生的次要氣體組分過熱油CH4、C2H4H2、C2H6油和絕緣紙CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油中有電弧油H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和絕緣紙H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H6油、絕緣紙中局部放電H2、CH4、COC2H6、CO2油中局部放電H2、CH4、C2H2C2H6油中火花放電C2H2、H2進水受潮或油中氣泡H23.3變壓器故障診斷的依據(jù)查對特征氣體含量是否超過注意值。部頒及國標《導則》及電力行業(yè)標準《電力設備預防性試驗規(guī)程》對油中溶解氣體含量的注意值見表3.2，當油中氣體含量任一項超過表中所列的數(shù)值時應引起注意[[22]張媛,喻廣晴.油色譜分析技術在變壓器故障分析診斷中的應用[J].能源研究與管理,2011,(1).]。[22]張媛,喻廣晴.油色譜分析技術在變壓器故障分析診斷中的應用[J].能源研究與管理,2011,(1).表3.2變壓器油中氣體含量規(guī)定值氣體組分總烴（甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）乙炔氫氣含量ppm330kV及以上1501150220kV及以上1505150表中總烴是指甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的總和，。應當指出，表中列出的“注意值”不是“故障值”或“允許值”，也就是說，“注意值”是指當氣體濃度到該值時，應注意跟蹤分析，查明原因[[23]J．Kelly[23]J．Kelly.Transformerfaultdiagnosisbydissolvedgasanalysis[J].IEEETrans.IndustryApplication，1980,16(6):198—203．[24]DuvalM..Areviewoffaultsdetectablebygasinoilanalysisintransformers[J].IEEETrans．ElectricalInsulationMagazine，2002,18(3):8-17．3.4變壓器內部絕緣故障的三比值法從以上分析可以看出：不同性質的故障所產(chǎn)生的油中溶解氣體組分時不同的，據(jù)此可以判斷故障的類型。熱性故障產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4、C2H4，電性故障主要是C2H2、H2，為此，可以用CH4/H2比值來區(qū)分是電性故障還是熱性故障；根據(jù)故障點溫度愈高，C2H4占總烴比例將增加的特點，C2H4／C2H6的比值可區(qū)分濕度高低；因紙過熱主要分解CO和次要的CH4的特點，也可用CO/CH4區(qū)分溫度高低，溫度越高，CO/CH4值越??；根據(jù)火花放電故障時有C2H2，其次是C2H4，而局部放電一般無C2H2的特征，可用C2H2/C2H4的比值來區(qū)分放電故障的類型。國際電工委員會(IEC)和我國國標推薦使用C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6這三個比值大小來判斷變壓器存在的故障情況，這種方法稱為三比值法[[25]童潔.變壓器故障分析中氣相色譜技術的運用[J].科技信息,2011,(1).]。[25]童潔.變壓器故障分析中氣相色譜技術的運用[J].科技信息,2011,(1).我國目前推薦采用改良的三比值法作為判斷變壓器故障類型的主要方法。改良三比值法是用不同的編碼表示三對比值，其編碼規(guī)則，故障類型判斷方法，如下表所示[[26]譚敬波.基于油中溶解氣體分析的電力變壓器故障預測與診斷研究[D].山東大學，2009.]。[26]譚敬波.基于油中溶解氣體分析的電力變壓器故障預測與診斷研究[D].山東大學，2009.

表3.3編碼規(guī)則氣體比值范圍比值范圍編碼010100121222表3.4故障類型判斷方法編碼組合故障類型診斷故障實例010局部放電高溫度、高含氣量引起油中低能量密度的局部放電01輕度過熱(<150℃絕緣導線過熱20低溫過熱(150℃~300分接開關接觸不良，引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，渦流引起銅過熱、鐵芯漏磁、局部短路、層間絕緣不良、鐵芯多點接地等21中溫過熱(300℃~7000，1,22高溫過熱(>700℃120，1,2低能放電兼過熱引線對地電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電，分接觸頭引線和油隙閃絡，不同電位間油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電0，10，1,2低能放電220，1,2電弧放電兼過熱線圈匝間、層間短路，相間閃絡，引線對箱殼放電、線圈熔斷、分接開關飛弧、因環(huán)路電流引起電弧、引線對其他接地體放電等0，10，1,2電弧放電從實踐經(jīng)驗來看，采用改良三比值法能夠有效發(fā)現(xiàn)變壓器潛伏性故障。國內湖北地區(qū)曾以314臺故障變壓器油中氣體分析值采用改良三比值法進行對比驗證，其準確率達97.1％。但由于現(xiàn)場情況的多樣性，其準確率受到一定程度的影響[[27][27]SuQ,LaiL．Afuzzydissolvedgasanalysismethodforthediagnosisofmanipleincipientfaultsinatransformer.IEEETrans.PowerSystems,2000，15(2):593—598．3.5小結=1\*GB2⑴本章詳細分析了變壓器油中氣體的產(chǎn)生和溶解機理；分析了變壓器過熱、放電、受潮等主要故障類型及其油中氣體的特征，各種故障狀態(tài)與特征氣體之間的關系；=2\*GB2⑵在詳細分析變壓器內部故障與油中溶解氣體關系的基礎上得出了：油中溶解氣體的組分和含量可以作為變壓器故障診斷的特征量，不同性質的變壓器故障所產(chǎn)生的油中溶解氣體組分不相同的重要結論；=3\*GB2⑶詳細介紹了我國目前推薦采用的變壓器故障類型判斷的改良三比值診斷法。

第4章灰色GM(1,1)預測方法4.1灰色預測簡介灰色預測方法是利用有限的、不完全確切的、表示系統(tǒng)行為特征的原始數(shù)據(jù)序列作生成變換后建立微分方程,推求或預測系統(tǒng)特征的全貌或發(fā)展趨勢的方法。灰色系繞理論把一切隨機量都看成灰色數(shù)，對灰色數(shù)的處理不是找概率分布或尋求統(tǒng)計規(guī)律，而是利用數(shù)據(jù)處理的辦法去尋找數(shù)據(jù)間的規(guī)律。在建模時，認為原始數(shù)列是逐步增長或減少的，通過對原始數(shù)列應用累加生成，對新序列建立微分方程模型和解析分析以及累減生成還原就可以得到預測數(shù)列，從而達到預測原始序列的目的[[28]郝寧波,.基于灰色理論的電力變壓器故障預測[J].計算機,2011,(1).]。[28]郝寧波,.基于灰色理論的電力變壓器故障預測[J].計算機,2011,(1).灰色預測方法，已經(jīng)推廣到社會各個領域，收到了良好的效果，概括起來有以下幾個特點：=1\*GB3①灰色預測需要的原始數(shù)據(jù)少；=2\*GB3②灰色預測方法計算簡單；=3\*GB3③灰色預測一般不需要多因素數(shù)據(jù)；=4\*GB3④灰色預測可用于近期、短期預測、也可用于中長期預測，應用范圍較廣；=5\*GB3⑤灰色預測精度較高。4.2GM(1，1)數(shù)據(jù)處理方法目前使用最廣泛的灰色預測模型就是關于數(shù)列預測的一個變量、一階微分的GM(1,1)模型。它是基于隨機的原始時間序列,經(jīng)按時間累加后所形成的新的時間序列呈現(xiàn)的規(guī)律可用一階線性微分方程的解來逼近?；疑碚撌褂脭?shù)據(jù)處理的方法增強原始隨機序列的規(guī)律性，從而建立相應的動態(tài)模型，對原始數(shù)據(jù)的處理方法主要有累加生成、累減生成兩種[[29]黃祖坤.灰色理論在診斷礦用變壓器故障中的應用[J].礦山機械,2007,(9).]。[29]黃祖坤.灰色理論在診斷礦用變壓器故障中的應用[J].礦山機械,2007,(9).=1\*GB3①累加生成把某一數(shù)列的各個時刻數(shù)據(jù)一次累加的過程叫做累加過程，累加所得的數(shù)列被稱為累加生成數(shù)列。具體地，設原始數(shù)列累加數(shù)列為則數(shù)列,之間滿足關系：，(i=1,2,…n)通過累加使隨機性很強的原始數(shù)列轉化為規(guī)律性較強的遞增數(shù)列。=2\*GB3②累減生成 考慮到累加生成的數(shù)列并不是原始序列，對所求的結果還需要經(jīng)過累減生成進行還原。設所得的累加生成數(shù)列為，經(jīng)累減生成得到的還原序列為則：4.3GM(1,1)等時間間隔序列預測算法GM(1,1)模型首先要對原始數(shù)列進行一次累加生成，然后用灰指數(shù)函數(shù)進行擬合并取得預測結果，最后通過累減還原得到最終的預測值[[30]ZhangJun,TransformerFaultAssessmentandPredictionBaseonGreyTheory[D].XihuaUniversity[30]ZhangJun,TransformerFaultAssessmentandPredictionBaseonGreyTheory[D].Xihua建立GM(1,1)模型的步驟如下：=1\*GB2⑴設原始數(shù)據(jù)序列為，式中n為樣本數(shù)。=2\*GB2⑵對原始數(shù)據(jù)序列進行一階累加生成。，(i=1,2,…n)(4.1)=3\*GB2⑶對建立白化微分方程(4.2)這里a和u是待定參數(shù)，將式（4.2）微分方程離散化結合式(4.2)可得(4.3)=4\*GB2⑷求參數(shù)a和u式(4.3)移項令k=1,2,…,n-1，則有：==a+u引入下述符號:=；=；=則有=a+u=(4.4)令：；則公式（4.4）變?yōu)閮蛇呁瑫r左乘則為兩邊同時左乘則為：得到=5\*GB2⑸白化微分方程求解令，得到微分方程的解為：數(shù)據(jù)還原：上式即為GM(1,1)模型的預測公式[[31]李平,胡新明.灰色GM(1,1)模型在變壓器故障預測中的應用[J].工礦自動化,2012,(9).]。[31]李平,胡新明.灰色GM(1,1)模型在變壓器故障預測中的應用[J].工礦自動化,2012,(9).4.4GM(1,1)非等時間間隔序列預測算法GM(1,1)模型是以等間隔序列為基礎的。在實際工作中，由于受到實驗條件的限制，油色譜采樣往往呈現(xiàn)非等時間間隔性，這時必須根據(jù)時間間隔的性質，對原算法進行改進，得到適合于非等時間間隔序列數(shù)據(jù)預測的GM(1,1)算法。設原始數(shù)列為：對其進行一次累加得到累加生成序列：其中：對累加生成序列建立白化微分方程：規(guī)定：時，則響應函數(shù)為：，還原后模型表達式為：上述模型中參數(shù)a和u可由下式得到，其中：B=，此處為在區(qū)間的背景值，且滿足：用，來逼近，其中，利用matlab中的for循環(huán)不斷更改取值，使殘差最小即可計算出最適合的值。4.5GM(1,1)算法殘差檢驗由于故障預測是對變壓器未來狀態(tài)參數(shù)的估算，它與客觀實際總是存在著一定的差距，即存在預測誤差。衡量一個預測模型是否合適、預測結果是否可信，必須經(jīng)過精度檢驗[[33]王晶,劉建新.基于灰色新預測模式的變壓器故障預測[J].華北電力大學學報(自然科學版),2007,(1).]。殘差檢驗是常用的精度檢驗方式[33]王晶,劉建新.基于灰色新預測模式的變壓器故障預測[J].華北電力大學學報(自然科學版),2007,(1).殘差檢驗，其定義如下：設原始序列為相應模型模擬序列為一般時模型能滿足工程要求，若殘差合格，則使用該模型進行預測。4.6GM(1,1)非等時間間隔matlab程序代碼functiongraygm_non_linear(x0,t1)forw=0.01:0.01:0.99%w變量在每次循環(huán)中全部重新賦值n=length(x0);%由數(shù)列x0生成數(shù)列x1;t1_mean=mean(t1);fori=1:(n+1)t(i)=t1(i)/t1_mean;endt0=[];t0(1)=1;s=0;e_ess_best=1;w_best=0;x1=[];x1(1)=x0(1);fori=1:nt0(i+1)=t(i+1)-t(i);%求出時間間隔t0end%由數(shù)列x1生成矩陣C和A；fori=2:ns=s+x0(i)*t(i);x1(i)=s;end%求出x1fori=1:(n-1);B(i)=-(x1(i)*w+x1(i+1))*(1-w);endA=[B'ones(n-1,1)];fori=1:(n-1);C(i)=x0(i+1);endD=C';beta=inv(A'*A)*A'*D;%計算出a和u;a=beta(1);u=beta(2);%求出數(shù)列x1的預測值數(shù)列x2;m=length(x0);fori=0:mx2(i+1)=(x0(1)-u/a)*exp(-a*(t(i+1)-t(1)))+u/a;end%求出原始數(shù)列x0的預測值數(shù)列x3;x3(1)=x0(1);fork=1:mx3(k+1)=(x2(k+1)-x2(k))/t0(k+1);endx3n=length(x0);fori=2:ness(i-1)=abs((x0(i)-x3(i+1))/x0(i));ende_ess=mean(ess);ife_ess<e_ess_beste_ess_best=e_ess;w_best=w;x3_best=x3;endende_ess_bestw_bestx3_best4.7本章小結本章內容主要介紹了灰色理論的特點,GM(1,1)算法的基本原理、主要特點、建模實質，并基于GM(1,1)等