電力變壓器的故障診斷及可靠性分析

王愚

（廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，廣西 南寧 530031）

1 引言

研究變壓器的故障診斷技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義，首先對變壓器進行故障診斷，可以有效發(fā)現(xiàn)變壓器的早期潛伏性故障，及時進行狀態(tài)維修；其次可以提高電網(wǎng)的供電率、減少事故容量損失率，取得巨大的經(jīng)濟效益［1－7］。

及時的準(zhǔn)確地掌握變壓器的可靠性水平可以有效指導(dǎo)變壓器狀態(tài)檢修，提高電力變壓器的運行可靠性，保障整個電網(wǎng)的安全可靠運行［8－11］。

2 變壓器的故障診斷方法

變壓器是一種復(fù)雜的電力設(shè)備，其故障類型較多，一般的劃分原則如表1所示。

在進行變壓器故障診斷時一般基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其核心是選擇人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練算法。人工魚群算法是一種常用的變壓故障診斷算法，是一種模擬魚群行為的隨機搜索優(yōu)化算法，主要利用了魚的覓食、聚群和追尾行為，具有很好的克服局部極值、取得全局極值的能力。

（1）人工魚群算法實現(xiàn)方法如下:

設(shè)人工魚群的狀態(tài)為:X=（x1，x2，…，xi），i=1，2，…，n，xi為尋優(yōu)變量，v為人工魚群可見域，s為人工魚群最大步長，dij=‖Xi－Xj‖為兩條人工魚的距離，F(xiàn)（X）為食物濃度。

表1 變壓器故障劃分

魚群的覓食行為:

①如果dij＜v，則:

式中:rand（v）—［0，v］之間的隨機數(shù)。

②如果F（xi）＜F（xj），則:

式中:Xinext—人工魚群的下一個狀態(tài)；

rand（s）—［0，s］之間的隨意數(shù)。

③如果F（xi）＞F（xj），則:

魚群的聚群行為:

設(shè)人工魚群的當(dāng)前狀態(tài)為Xi，尋找該狀態(tài)可見域內(nèi)的伙伴nfl，可表示為:

滿足該集合的所有人工魚個體數(shù)為nfl，則Xi的伙伴中心位置Xc為:

如果滿足:

表明如果伙伴中心食物較多而且不太擁擠，則向伙伴中心方向前進，即:

式中:dcj為當(dāng)前狀態(tài)與伙伴中心位置距離魚群的追尾行。

如果人工魚當(dāng)前狀態(tài)可見域內(nèi)的所有伙伴中存在食物濃度最大的伙伴，并且滿足:

如果不滿足上述條件，則進行覓食行為。

（2）人工魚群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法實現(xiàn)方法如下:人工魚定義為:

式中:i、j、k—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、隱含層和輸出層節(jié)點；

θj、θk—隱含層與輸出層閥值；

wij、wjk—輸入層至隱含層、隱含層至輸出層的權(quán)值。

人工魚的食物濃度為:

式（10）中E為均方誤差函數(shù)，食物濃度越大，E越小，人工魚的狀態(tài)越好。

兩條人工魚的距離:

式中:nwθ—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閥值總數(shù)。

覓食行為:

①如果dij＜v，則:

②如果F（xi）＜F（xj），則:

式中:wijnext、wiknext、θjnext、θknext為人工魚的下一個狀態(tài)。

③如果F（xi）＞F（xj），則:

聚群行為:

設(shè)人工魚群的當(dāng)前狀態(tài)為Xi，尋找該狀態(tài)可見域內(nèi)的伙伴njl，其表達(dá)形式與式（4）相同，Xi的伙伴中心位置Xc為:

式中:dci—當(dāng)前狀態(tài)與中心位置的距離。

追尾行為:

如果人工魚當(dāng)前狀態(tài)可見域內(nèi)的所有伙伴中存在食物濃度最大的伙伴，并且滿足F（Xmax）＞δF（Xi），則:w+w

相比常用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用人工魚群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行變壓器故障診斷所得到的分類效果更好。

3 變壓器的可靠性分析

電力系統(tǒng)的可靠性分析主要集中于電網(wǎng)和發(fā)電設(shè)備的可靠性評估，變壓器的可靠性評估主要是依據(jù)設(shè)備的運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行相關(guān)可靠性指標(biāo)的分析，其評估結(jié)果不能準(zhǔn)確反映某臺變壓器的可靠性水平。目前針對某臺變壓器，通過對設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)、功能、故障模式進行分析并評估可靠性的研究還處于起步階段。

可靠度R（t）與不可靠度F（t）分別為:

式中:n0—開始時的試驗樣品數(shù)；

ns—經(jīng)過一段時間后的正常樣品數(shù)；

nf—經(jīng)過一段時間后的失效樣品數(shù)。

則:

失效率λ（t）為:

式中:Δn為t到（t+Δt）的失效樣品數(shù)。

提高變壓器可靠性的措施如下:

（1）變壓器的絕緣油要符合標(biāo)準(zhǔn)，必須做到絕緣性能好，腐蝕性小；

（2）在設(shè)計、制造、儲存、運輸、安裝、運行過程中要嚴(yán)格遵守工程標(biāo)準(zhǔn)，保證變壓器的可靠性；

（3）變壓器的油箱以及焊接處要嚴(yán)格檢查，防止漏油，密封材料要防止老化；

（4）套管連接處要可靠；

（5）露天裝設(shè)的變壓器要有避雷措施；

（6）控制好分接開關(guān)的質(zhì)量，接觸電阻、絕緣電阻要求質(zhì)量合格、轉(zhuǎn)換位置可靠；

（7）加強定期的檢查、清潔、維護工作。

4 總結(jié)

變壓器作為電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運行可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。目前工程中廣泛采用定期檢修，其有較多弊端，而正在研究中的狀態(tài)檢修方式能夠有效降低維修成本、縮短檢修停電時間、提高設(shè)備利用率，狀態(tài)檢修正逐漸成為變壓器檢修的主要發(fā)展方向，正確的對運行中變壓器的可靠性水平進行評估是狀態(tài)檢修成功與否的關(guān)鍵。

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