劉春鵬，王小攀

（河南機電職業(yè)學院，河南鄭州 451191）

0 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，承擔著電壓變換、電能分配和電力傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，其正常運行是保證社會生產(chǎn)穩(wěn)定可靠供電的基礎(chǔ)[1]?，F(xiàn)實當中，變壓器總是長時間帶負荷運行，勢必遭受各種來自電網(wǎng)內(nèi)外的破壞因素沖擊，故障與事故不可避免。加之全國跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)日趨緊密，形成的網(wǎng)絡(luò)日益龐大，變壓器故障如不及時切除或修復，往往會引發(fā)鏈式反應(yīng)，嚴重時可能導致大面積停電和電網(wǎng)癱瘓事故。

由變壓器故障而導致的安全問題不容小覷，若不及時處理，造成的損失是無法估量的。因此，在變壓器故障發(fā)生之初就采取必要的檢測與診斷手段，亦或是長期對主要故障形式進行在線監(jiān)測，可以避免某些故障的進一步加深，對于提前做好預防措施具有重要的指導意義。

1 電力變壓器的故障檢修

變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，運行環(huán)境條件特殊，電力部門對變壓器的檢修從最初簡單易行的事后處理發(fā)展到了定期、定向、定人對其進行預防性檢修。預防性檢修體系依據(jù)《電力變壓器運行規(guī)程》，為變壓器運行異常和故障處理提供了標準化操作依據(jù)。但從故障診斷的及時性和可靠性來說，規(guī)程仍不能有效解決變壓器運行中的內(nèi)部復雜故障問題。首先預防性試驗需要停電操作，不僅增加了工作安排難度，造成不必要的經(jīng)濟損失，而且維修人員容易畫蛇添足，使設(shè)備越修越壞。其次離線的定期預防性試驗缺乏實際運行時電壓、溫度、電流等因素影響，很可能無法發(fā)現(xiàn)絕緣和潛伏性故障，易發(fā)生漏報、誤報或早報情況。

為解決以上問題，變壓器故障檢測與診斷技術(shù)研究人員提出了狀態(tài)檢修的方法。它可以提高設(shè)備利用率、降低檢修費用、及時反饋信息，使設(shè)備運行更加安全、可靠。特別是后來發(fā)展起來的在線監(jiān)測技術(shù)，對于故障的發(fā)現(xiàn)和預測具有無可替代的指導意義。一方面它可以及時跟蹤掌握變壓器故障發(fā)展情況，并根據(jù)需要決定是否檢修，做到防微杜漸。另一方面，變壓器故障診斷需要在線監(jiān)測提供依據(jù)，它們結(jié)合起來才能使變壓器處于更佳的運行狀態(tài)。

2 變壓器故障檢測技術(shù)的發(fā)展

變壓器故障檢測是診斷的前提，包括傳統(tǒng)的離線檢測和現(xiàn)代的在線監(jiān)測兩種方式。其中離線檢測是現(xiàn)場使用較多，效果最為明顯的方法，也是電力變壓器預防性試驗常用的方法[2]。而在線監(jiān)測可以實時關(guān)注變壓器的故障情況，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，與常規(guī)檢測方法相比優(yōu)勢突出。

國外在線監(jiān)測技術(shù)的研究與國內(nèi)相比起步較早，而且發(fā)展迅速。以美國、加拿大、日本等國家為代表，相繼開發(fā)出了不同類型在線監(jiān)測設(shè)備，在實際中得到了一定的應(yīng)用[3]。國內(nèi)在線監(jiān)測技術(shù)雖起步稍晚，但在近20 多年的時間里得到了迅速發(fā)展，電力相關(guān)部門和科研院校研制了不同類型的監(jiān)測設(shè)備。目前，變壓器油中溶解氣體分析法（Dissolve Gas Analysis，DGA）是國內(nèi)外學者普遍認可的判斷電力變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的有效方法[4]，該方法依據(jù)變壓器故障時產(chǎn)生的的氣體成分和含量，可以有效診斷其故障類型并預測發(fā)展趨勢，為順利實現(xiàn)變壓器故障的診斷提供了重要基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)電網(wǎng)中有50%以上的變壓器故障是通過該方法檢測出來的，為此電力部門專門制定了《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（DL/T 722—2014）。當前變壓器故障氣體的檢測既有針對某一種成分氣體的可靠檢測，也有同時對多組分氣體的檢測。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測方法主要有氣相色譜法、電子鼻法、紅外光譜法、光聲光譜法[5]。其中氣相色譜法是主要的變壓器在線監(jiān)測方式，已成為國家電工委員會推薦的變壓器故障檢測方法。

變壓器故障檢測技術(shù)發(fā)展至今已取得很大進步，但是仍不算成熟。故障檢測方面對工程的實際應(yīng)用考慮不周，有些方法理論上可行，操作起來效果并不理想。在線監(jiān)測時，參數(shù)不夠全面，部分故障尚未建立有效的在線監(jiān)測方法。大多數(shù)在線監(jiān)測裝置沒有考慮自身存在的故障問題。

3 變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展

故障診斷是根據(jù)故障征兆信息，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性、運行參數(shù)、環(huán)境條件、歷史狀況，對可能要發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的故障進行檢測、分析和判斷，以確定故障的屬性、部位和嚴重程度[6]。

變壓器原始的故障診斷開始于20 世紀初，主要是依靠專業(yè)人員的感官、經(jīng)驗配合簡單的儀表對故障進行判斷。這種方法因?qū)Σ僮魅藛T的技術(shù)水平要求較高而極易受外界環(huán)境條件的干擾，具有很大的不可控因素。20 世紀60 年代，基于傳感器與計算機應(yīng)用的診斷技術(shù)開始蓬勃發(fā)展。信號檢測、數(shù)據(jù)處理、信號分析的理論和實踐逐步構(gòu)成了這一階段診斷技術(shù)的主要研究和發(fā)展內(nèi)容[7]。不過，因為仍舊需要專家和專業(yè)技術(shù)人員的指導，所以最終決策受診斷領(lǐng)域知識和處理問題的策略影響較大。20 世紀80 年代，人工智能的研究成果開始應(yīng)用于故障診斷領(lǐng)域中，出現(xiàn)了智能化診斷技術(shù)[8]。這期間廣泛吸取了相關(guān)學科的各種有效方法和手段，尤其是基于知識的智能計算理論，為故障診斷開辟了新的天地。

變壓器智能化診斷技術(shù)以故障時油中溶解的各組分氣體為分析基礎(chǔ)，以人工智能技術(shù)為核心，模擬人腦的機能，有效的利用故障信息進行識別判定。智能診斷技術(shù)充分利用變壓器油中溶解氣體的組分與含量建立算法模型，在信息智能化處理下通過反復的迭代運算獲取最優(yōu)分類識別。專家系統(tǒng)是變壓器故障智能診斷方面提出和使用較早的方法。但是故障診斷專家系統(tǒng)因為容錯能力較差、知識庫維護難度大、推理速度慢等缺陷很難適應(yīng)大規(guī)模的故障診斷，常應(yīng)用于離線故障分析。后來，研究人員在分析現(xiàn)代智能算法的基礎(chǔ)上把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入故障診斷，并以此為基礎(chǔ)進行了算法優(yōu)化研究。在變壓器部分故障信息不確定的情況下，灰色系統(tǒng)理論得到了重視，模糊診斷的方法也被應(yīng)用到變壓器的故障診斷。

除了以上常見的典型智能故障診斷算法，還有其他一些新方法在不斷發(fā)展的理論中得到了嘗試和應(yīng)用，如信息融合、組合決策樹、支持向量機、粗糙集理論、人工免疫分類等現(xiàn)代智能算法。同時集成化故障診斷技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化故障診斷技術(shù)、基于混沌理論的故障診斷技術(shù)也為變壓器的故障診斷提供了廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)束語

變壓器故障檢測與診斷技術(shù)從傳統(tǒng)的常規(guī)檢修發(fā)展到現(xiàn)在的狀態(tài)檢修，出現(xiàn)了基于油中溶解氣體分析的故障診斷技術(shù)智能算法。但是故障診斷方法單一，與傳統(tǒng)方法的配合不夠緊密，工程實用性不強。有些方法雖能對變壓器故障做出合理的判斷，但是故障識別率不高，不能很好地反映出故障嚴重程度。故障智能診斷方面還需進一步的研究和完善。