基于EWDGA和馬爾可夫過(guò)程的變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率研究

袁錦浩（上海交通大學(xué),上海 200240）

基于EWDGA和馬爾可夫過(guò)程的變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率研究

袁錦浩
（上海交通大學(xué),上海 200240）

摘 要：本文提出了針對(duì)變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率估計(jì)方法。引入了基于能量權(quán)重的變壓器產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)（EWDGA）；提出了基于EWDGA的變壓器內(nèi)部潛伏性故障多狀態(tài)馬爾可夫過(guò)程故障率估計(jì)模型，算例證明該模型能夠很好的區(qū)分相同狀態(tài)下不同故障發(fā)展程度的變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率。

關(guān)鍵詞：內(nèi)部潛伏性故障;EWDGA;馬爾可夫過(guò)程;狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率;故障率

0 引言

對(duì)變壓器進(jìn)行故障率的計(jì)算，是指通過(guò)對(duì)在線監(jiān)測(cè)信息等反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)而對(duì)故障率進(jìn)行估計(jì)。變壓器的故障可分為內(nèi)部潛伏性故障和外部隨機(jī)故障,兩者在故障的發(fā)展模式上有所區(qū)別，所以在計(jì)算故障率的時(shí)候應(yīng)該分開(kāi)考慮[1]。

本文針對(duì)馬爾可夫過(guò)程中轉(zhuǎn)移速率數(shù)值不變的缺陷，計(jì)及產(chǎn)氣率對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率因子進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并引入基于能量權(quán)重的產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)（EWDGΑ）[2]，從而更好地考慮故障的動(dòng)態(tài)發(fā)展，進(jìn)而對(duì)變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率做出更準(zhǔn)確的估計(jì)。

1 基于能量權(quán)重的產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)（EWDGA）

油中溶解氣體數(shù)據(jù)已經(jīng)成為對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)診斷的最重要和最成熟的方法。通過(guò)對(duì)溶解在油中的不同氣體的含量進(jìn)行分析，可以得到故障的種類。對(duì)于故障的嚴(yán)重程度，則依靠對(duì)連續(xù)的DGΑ數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到產(chǎn)氣率，進(jìn)而依據(jù)產(chǎn)氣率對(duì)故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行估計(jì)。

目前對(duì)于產(chǎn)氣率的計(jì)算是以產(chǎn)生的所有的可燃性氣體的體積分?jǐn)?shù)(ΤDCG)來(lái)表示。但這種方法的缺陷是忽略了不同氣體之間的區(qū)別，但產(chǎn)生同樣多的乙炔和甲烷，需要的能量和故障的嚴(yán)重度是不同的，因此文獻(xiàn)[2]引入能量權(quán)重，對(duì)產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，從而更好的對(duì)故障的嚴(yán)重度和故障發(fā)展程度進(jìn)行估計(jì)。

2 變壓器內(nèi)部潛伏性故障故障率估計(jì)模型

以往研究依據(jù)油中溶解氣體體積分?jǐn)?shù)和歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分別來(lái)劃分狀態(tài)和計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率，進(jìn)而求得變壓器潛伏性故障的故障率。由于轉(zhuǎn)移速率是由歷史數(shù)據(jù)得出，無(wú)法實(shí)時(shí)反映變壓器的狀態(tài)，因此當(dāng)利用靜態(tài)的DGΑ數(shù)據(jù)判斷出變壓器所處的狀態(tài)時(shí)，潛伏性故障的故障率也便隨之確定，這顯然與實(shí)際情況是有出入的。

本文在多狀態(tài)馬爾科夫模型的基礎(chǔ)之上，引入基于能量權(quán)重的產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)，對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，不僅考慮變壓器所處的狀態(tài)，而且考慮其故障的發(fā)展程度，進(jìn)而可以求得更為準(zhǔn)確的故障率數(shù)據(jù)。圖為變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率估計(jì)模型。

圖1 潛伏性故障故障率估計(jì)模型

2.1 狀態(tài)劃分依據(jù)

當(dāng)變壓器發(fā)生潛伏性故障時(shí)，變壓器內(nèi)的油紙絕緣結(jié)構(gòu)會(huì)在電或熱的作用下加速老化的速度，分解產(chǎn)生氣體，依據(jù)不同氣體的體積分?jǐn)?shù)和比值可以對(duì)故障類型進(jìn)行判斷，由于DGΑ數(shù)據(jù)可以較好的表征內(nèi)部潛伏性故障的程度，因此其比較適合作為評(píng)判變壓器內(nèi)部潛伏性故障狀態(tài)的劃分依據(jù)。根據(jù)以體積分?jǐn)?shù)表示的各類故障特征氣體的含量和可燃溶解氣體總含量，將變壓器的狀態(tài)劃分為4個(gè)表征故障發(fā)展程度的狀態(tài)，從良好狀態(tài)到告警狀態(tài)再到危險(xiǎn)狀態(tài)，最終到達(dá)故障狀態(tài)，故障狀態(tài)表示應(yīng)立即停運(yùn)或已經(jīng)停運(yùn)。

3 算例驗(yàn)證

在對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率λ進(jìn)行加權(quán)計(jì)算后，變壓器內(nèi)部潛伏性故障的故障率的計(jì)算方法可按照文獻(xiàn)[4]中的計(jì)算公式。

為方便研究，我們?nèi)w=[0.8,1,1.2,1.6]，k1=1.2，k2=1.8。參考文獻(xiàn)[5]的數(shù)據(jù)，對(duì)轉(zhuǎn)移速率進(jìn)行計(jì)算，得λ1,2=0.0083，λ2,3=0.0085，λ3,4=0.0193。

設(shè)有兩臺(tái)同類型的變壓器，分別計(jì)算不考慮產(chǎn)氣率，考慮未加權(quán)產(chǎn)氣率和能量加權(quán)產(chǎn)氣率的結(jié)果。圖為各種情況下潛伏性故障的時(shí)域曲線。

圖2 潛伏性故障故障率估計(jì)模型

圖2中的藍(lán)色曲線代表的是變壓器1在三種情況和變壓器2在前兩種情況下的故障率時(shí)域曲線，因?yàn)槎叩奈醇訖?quán)產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)是一樣的，所以其曲線重合，計(jì)及加權(quán)產(chǎn)氣率后，變壓器2的故障率曲線（紅色表示）與變壓器1有明顯的區(qū)別，說(shuō)明該方法能夠區(qū)分在相同狀態(tài)下，故障發(fā)展程度不同的變壓器潛伏性故障的故障率。

4 結(jié)論

本文介紹了一種從能量的角度對(duì)變壓器油中溶解氣體產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理的方法，并在此基礎(chǔ)上提出了計(jì)及能量加權(quán)產(chǎn)氣率數(shù)據(jù)的變壓器潛伏性故障的故障率估計(jì)方法，該方法與傳統(tǒng)方法相比，能夠更好的區(qū)分在相同狀態(tài)下，不同故障發(fā)展程度的變壓器潛伏性故障的故障率。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧遼逸,吳文傳,張伯明.運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的變壓器時(shí)變停運(yùn)模型（二）基于延遲半馬爾科夫過(guò)程的變壓器時(shí)變停運(yùn)模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010,34(16):24-28.

[2]Fredi Jacob, Paul Noble, James J.Dukarm. A thermodynamic Approach to Evaluation of the Severity of Transformer Faults[J].IEEE Transactions on Power Systems,01-05.