李村煤礦供電變壓器故障快速診斷方法

趙春洲，田錦繡，管智峰，付 昱

（1.潞安化工集團(tuán)有限公司李村煤礦，山西 長治 046000；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 葫蘆島 125105）

引言

礦用供電變壓器經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行，很容易發(fā)生故障，變壓器發(fā)生故障時(shí)會產(chǎn)生H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4等特殊氣體，這些氣體大部分會融入變壓器油中。國際電工委員會推薦的油中溶解氣體分析（dissolved gas analysis，DGA）已經(jīng)成為油浸式電力變壓器故障診斷最常用且有效的方法[1]。為了進(jìn)一步提高故障判斷的快速性，提出了一種可快速判斷礦用變壓器故障類型、故障位置的方法。

1 變壓器故障信息的獲取

變壓器發(fā)生故障時(shí)，可通過甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等氣體的參數(shù)變化來判斷。選用MC101型氣敏元件，當(dāng)氣體產(chǎn)生時(shí)，檢測元件電阻會變大，電橋輸出電壓也會發(fā)生改變，該電壓會根據(jù)氣體濃度的改變成正比例變化[2]。

MC101型氣敏元件的特點(diǎn)是橋路輸出電壓的線性度好，有較高的響應(yīng)速度，具有良好的選擇性和重復(fù)性，工作狀態(tài)穩(wěn)定可靠，抗干擾性強(qiáng)，可在復(fù)雜條件下完成對多種氣體的檢測。變壓器故障檢測電路如圖1所示。

圖1 變壓器故障檢測電路

該型傳感器具有較高的靈敏度、較小的功率損耗、較高的檢測精度、較寬廣的線性范圍和較高的抗干擾性，可以在復(fù)雜條件下完成變壓器故障檢測，其外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 氣體檢測傳感器外形結(jié)構(gòu)（單位：mm）

氣體檢測傳感器使用的是電化學(xué)敏感元件，氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)生的電流與被檢測的氣體濃度成正比，通過對電流的大小進(jìn)行測定，從而確定待測氣體的濃度[3]。圖3所示為氣體檢測傳感器濃度線性特征關(guān)系曲線。

圖3 傳感器濃度線性特征曲線

2 變壓器故障診斷算法

發(fā)生故障時(shí)一般使用特征氣體分析法和濃度比值法來判斷變壓器的故障類型，但由于在特征氣體中，大部分沒有反映這種關(guān)系的特性，因此將多種方法相融合進(jìn)行礦用變壓器診斷和識別。

選擇H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4這幾種具有代表性的氣體，與前述的特征氣體濃度檢測結(jié)果作對比，礦用變壓器的故障與油中溶解氣體的組成、特征氣體的相對含量都有著重要關(guān)聯(lián)。變壓器絕緣油裂解程度與其溫度有關(guān)，溫度升高所產(chǎn)生的特征氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2，此外由于局部放放電所產(chǎn)生的離子相互摩擦、碰撞從而產(chǎn)生部分H2[4]。算法首先利用檢測系統(tǒng)檢測出來的五種特征氣體乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、氫氣含量的比值（V（C2H2）/V（C2H4）、V（CH4）/V（H2）、V（C2H4）/V（C2H6））來初步判斷變壓器故障類型。然后再采用三角故障診斷算法對檢測的特征氣體進(jìn)行計(jì)算，算法可以包含一些落在閾值范圍之外的特征數(shù)據(jù)，三角故障診斷算法如圖4所示。

圖4三角故障診斷算法示意圖

圖3 中：T1，小于300℃的低溫過熱；T2，300~700℃之間的過熱故障；T3，700℃以上的過熱故障；PD，局部放電；D1，低能放電；D2，高能放電。

具體計(jì)算公式如下：

式（1）（2）（3）中的單位均為μL/L，X=φ（C2H2），Y=φ（C2H4），Z=φ（CH4）。計(jì)算的比值落在圖3中的那個(gè)區(qū)域，此區(qū)域所代表的故障就是該比值所對應(yīng)的故障類型。若是比值不在故障判斷臨界值之內(nèi)，而是處于臨界值，這時(shí)就要依據(jù)其他方法進(jìn)行判斷分析。

3 變壓器故障診斷實(shí)例分析

該方法在李村煤礦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，選取李村煤礦供電變壓器實(shí)際運(yùn)行過程中的200組DGA數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分為正常（N）、低能放電（LE-D）、高能放電（HE-D）、中低溫過熱（LM-T）、高溫過熱（HT）5種不同的狀態(tài)[5]。故障樣本數(shù)據(jù)如表1所示，由表可知所提出的方法具有良好的診斷效果。

表1 故障樣本數(shù)據(jù)分配表

4 結(jié)論

通過對選取的變壓器DGA數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，表明所提出的變壓器故障診斷模型與算法能準(zhǔn)確、高效地對變壓器故障進(jìn)行診斷。