畢業(yè)設計論文電力變壓器油色譜分析軟件設計

1、畢 業(yè) 設 計（論 文）題 目： 電力變壓器油色譜分析軟件的設計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 日期： 2008年 3月 17 日 至 2008 年 6月20日摘 要對變壓器故障診斷的油色譜分析方法進行了綜述,首先分析了電力變壓器的常見故障,給出了變壓器運行狀態(tài)的主要測試與監(jiān)測手段,然后著重介紹了一種變壓器故障的綜合監(jiān)測判斷方法油色譜分析法。其中重點討論了基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法和基于神經網絡的故障診斷方法。并進一步探討了基于油色譜分析進行變壓器故障診斷的前景以及需要解決的問題。本次課題使用vc軟件設計實現(xiàn)了通過三比值法實現(xiàn)變壓器的油色譜分析。實驗結果驗證了三比值方法的可行性。關鍵詞：變壓器

2、；油色譜分析；故障診斷；神經網絡；三比值法abstracta survey on oil chromatogram analysis for fault diagnosis of transformers is presented. first, the frequently encountered transformer faults are analyzed, and the usually adopted testing and monitoring methods for the running status of transformers are given. then, empha

3、sis is put on the oil chromatogram analysis for fault diagnosis methods of transformers, in which the expert system and neural network based methods are particularly discussed. the development trend of the oil chromatogram analysis based fault diagnosis of transformers and some open problems are poi

4、nted out .the use of vc software design issues to achieve a ratio of three to achieve through the transformer oil chromatographic analysis. experimental results show the feasibility of the ratio of three.key words：transformer ; oil chromatogram analysis ; fault diagnosis ; neural network ; 3 ratio m

5、ethod目 錄第一章緒論11.1概述11.2常見變壓器故障分析21.3變壓器運行狀態(tài)的主要測試與監(jiān)測手段3第二章基于油色譜分析方法的變壓器故障診斷技術42.1診斷依據42.2油中溶解氣體的產生42.3色譜分析方法研究的重要性52.4三比值方法52.5基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法62.6基于神經網絡的故障診斷方法62.7其他故障診斷方法7第三章基于三比值法的軟件設計83.1氣體分析83.2相對產氣速率83.3三比值法83.4油色譜分析程序流程103.5油色譜分析程序算法設計113.6油色譜分析軟件的問題與改進13第四章診斷分析實例14第五章 采用油色譜法分析法的注意事項16結束語18致 謝19參

6、考文獻20附錄a21附錄b24第一章緒論變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設備之一，它一旦發(fā)生故障，將會帶來嚴重后果。油中溶解氣體分析是診斷油浸式大型電力變壓器潛伏性故障最有效的方法之一。采用故障特征氣體在線監(jiān)測手段可以克服傳統(tǒng)離線試驗周期長，從取樣、運送到測量環(huán)節(jié)多，操作繁瑣的缺點，能在線持續(xù)監(jiān)測氣體組分，貯存長期的檢測結果，提供完整的趨勢信息，對及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，確定變壓器的維護周期，進行壽命預測，實現(xiàn)狀態(tài)檢修具有決定性的作用。1.1概述變壓器油中溶解氣體監(jiān)測包括單組分氣體（h）、總可燃氣體（tcg）、多組分氣體以及對故障診斷有利的全組分氣體的監(jiān)測。目前采用的全組分在線監(jiān)測技術主要有在線色譜技術

7、以及傅立葉紅外光譜技術。其中，在線色譜技術的發(fā)展相對較成熟，實用化程度較高。國外最早在20世紀80年代初由日本關西電力和三菱電機公司采用色譜分離技術研制出“變壓器油中氣體自動分析裝置”，并投入現(xiàn)場使用。我國從20世紀90年代初開始研制在線色譜監(jiān)測裝置，經過多年的探索與實踐，已逐步走向應用化階段。近年來，由于變壓器在線監(jiān)測技術的不斷進步和電力行業(yè)狀態(tài)檢修的迫切需要，各種變壓器油中氣體在線色譜監(jiān)測儀不斷涌現(xiàn)，國內外關于這方面的報道很多。盡管其可檢測的氣體種類和體積分數范圍參差不齊、檢測方法也各有千秋，但其最佳檢測指標卻不斷提高并向實驗室氣相色譜逼近。在線色譜監(jiān)測技術涉及面廣，現(xiàn)場條件苛刻，近年來一

8、直處于發(fā)展完善之中。電力變壓器是電力系統(tǒng)的樞紐設備,在變電站中,主變壓器能否安全可靠運行,直接關系到電網的安全運行。要使主變壓器安全運行,提高供電可靠率,除了應選用技術過硬、產品質量好的變壓器以外,關鍵是要不斷提高主變壓器的運行、維護、檢修水平。而故障診斷技術則為此提供了一種有效的手段。采用氣相色譜法分析判斷變壓器故障，是從運行中的變壓器中取油樣，對油樣中所溶解的氣體進行分離和分析，根據試驗結果來判斷變壓器的運行狀態(tài)和故障類別。在變壓器全部項預防性試驗項目中，首先把油中溶解氣體色譜分析放在了第一位。同時在規(guī)定判斷故障時可供選用的試驗項目中，也將油中氣體分析判斷異常做為首選。而且，在判斷故障的六

9、項供選項目中，僅判斷絕緣受潮可不考慮油中溶解氣體的分析，其余均把油中溶解氣體的分析列入檢查故障的試驗項目中。由此可見，油中溶解氣體色譜分析，在變壓器的安全運行和故障判斷中占有相當重要的地位。 在變壓器故障的診斷檢測技術中，用油中可燃性特征氣體的成分和含量來分析診斷變壓器內部故障方法，由于其靈敏有效，在供電生產實際中愈加受到關注和應用。特別是在變壓器運行過程中，采用該方法能夠發(fā)現(xiàn)其潛伏性的早期故障，可避免和減少變壓器損壞事故發(fā)生，是目前所有電氣試驗項目無法替代的。這是由于有些故障不發(fā)展到一定的程度，其電氣特性就不會發(fā)生任何質的變化，試驗項目的電氣量也就不能充分體現(xiàn)。但由于變壓器油中可燃性特征氣體

10、的來源較為復雜，氣相色譜法也有一定的局限性，如很難判斷故障的準確部位或部件，甚至還會由于誤判而造成不必要的檢修。因此，氣相色譜分析法判斷故障，必須和電氣試驗項目有機結合，進行綜合分析判斷，才能準確地對故障做定性和定量的識別。1.2常見變壓器故障分析1) 導電回路過熱故障主要有引線接觸不良(包括將軍帽接線裝置過熱) 、線圈導線接頭焊接質量差以及虛焊、過負荷運行等都會引起導電回路局部過熱。2) 絕緣水平下降主要有變壓器進水受潮(包括將軍帽密封不良進水) 、變壓器油油質不良(如介損偏大、有微生物、含水量高等) ,變壓器內部局部過熱也會造成絕緣損壞以及絕緣材料的熱解。變壓器所用的電氣材料包括絕緣材料、

11、導體(金屬) 材料兩大類。變壓器的絕緣材料主要是絕緣油和紙,故障下產生的氣體也主要來源于油和紙的熱裂解。絕緣油是由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等碳氫化合物組成的混合物。絕緣紙的成分是纖維素,主要是由糖或多糖類構成的高分子碳水化合物。絕緣油熱分解時,因分子鏈的斷裂反應產生低分子烴類氣體。絕緣油大約在300 左右就開始熱分解,但如果延長加熱時間或存在某些催化劑時,則在150200 也會產生熱分解。絕緣紙熱分解時,因分子鏈反應將產生二氧化碳、一氧化碳及少量低分子烴類氣體。絕緣紙的熱解溫度也是300 左右, 但如果長時間加熱, 在120 150 也會裂解而產生碳酸氣。其他絕緣物的熱分解物大體和絕緣油相似,但各

12、有特點。金屬材料在絕緣物的熱分解過程中會起到催化作用,當有水分存在時,還會產生氫氣。3) 產氣故障常見的產氣故障有過熱和放電兩種類型。放電故障可分為局部放電和其他形式的放電故障兩種類型。過熱故障的主要原因有: 導體故障; 磁路故障; 接點或連接不良。熱點溫度的高低、產氣組分的相對濃度特征有所不同,熱點與局部放電,電弧放電時的產氣組分濃度特征也不相同。4) 調壓開關故障調壓開關主觸頭沒有到位,調壓開關抽頭引線松動,調壓開關觸頭燒毛,調壓開關觸頭接觸壓力不夠,還有有載調壓開關中的切換開關接觸不良,切換開關觸頭燒毛,過渡電阻斷線、調壓時滑檔等,另外還有滲油,即切換開關中油滲到本體中引起本體油色譜異常

13、等。5) 變壓器繞組變形由于運輸過程中不注意或沒有采取安全措施使繞組發(fā)生移位。由于抗短路能力差,當發(fā)生出口短路時變壓器繞組發(fā)生變形或散架,嚴重時造成變壓器燒毀。6) 變壓器滲油缺陷(包括冷卻器滲油) 。7) 電容套管故障主要是進水受潮、油介損不好或整體介損不好,制造質量比較差內部存在著嚴重的局部放電(運行中油色譜異常) ,運行中末屏接地不良等造成套管絕緣不良或絕緣損壞事故發(fā)生等。以上變壓器的常見故障有多種測試和監(jiān)測手段,這些手段有的能夠測試出部分故障,有的可以綜合判斷運行狀態(tài)及故障點、故障原因。1.3變壓器運行狀態(tài)的主要測試與監(jiān)測手段1) 直流電阻的測量直流電阻雖然是一個測試方法比較簡單的實驗

14、,但它能比較直觀地確認繞組、引線、調壓開關等導電回路是否正常。它能發(fā)現(xiàn)繞組導線的焊接質量,引線接頭是否擰緊接觸是否良好,調壓開關觸頭接觸是否良好等。2) 油色譜分析 通過油色譜分析可以判斷變壓器內部是否存在著過熱性故障(導電回路、鐵芯多點接地引起過熱等) 嚴重的局部放電、電弧放電故障等,它是一個綜合性判斷變壓器運行狀態(tài)的重要手段之一。3) 絕緣性能測試通過絕緣電阻、吸收比、極化指數、介損、電容量(包括電容套管)、泄露測試等實驗可掌握變壓器的繞組絕緣水平和鐵芯對地絕緣。通過油介損、微水、油簡化測試可反映絕緣介質的好壞。4) 遠紅外測溫通過紅外線測溫可以隨時掌握各出線引線接觸是否良好。5) 有載調

15、壓開關特性測試通過有載調壓開關切換時間、周期、切換的波形測量可以掌握變壓器的有載調壓開關的性能是否良好。6) 繞組變形測試和低電壓短路阻抗的測試可以掌握變壓器出口短路后變壓器繞組有否變形和移位。以上方法各有特點,其中油色譜分析是一種綜合的判斷方法。據統(tǒng)計,我國電網中有50%以上的故障變壓器是通過該試驗結果檢出的。由于這一檢測技術能夠在無須停電的情況下進行,不受外界電場和磁場因素的影響,因此可以在線對變壓器內部絕緣狀況進行診斷,有利于狀態(tài)維修的發(fā)展。油色譜分析可以在變壓器運行中隨時取樣分析,也可以采用在線監(jiān)測的油色譜裝置(也是有源的) 全面分析。這種方法從運行的角度看應該是一種比較理想的主要監(jiān)測

16、分析方法。第二章基于油色譜分析方法的變壓器故障診斷技術電力變壓器運行時，往往會存在一些潛在故障。而如何通過變壓器的外部數據來檢測并診斷其內部故障將會在本章中介紹。2.1診斷依據利用氣相色譜分析技術,檢測絕緣油中氣體含量以實現(xiàn)對電力變壓器潛伏性故障的監(jiān)測診斷,在我國鐵路系統(tǒng)已得到廣泛應用,并已有多年的實際經驗。其原理為:運用中的變壓器,正常情況下絕緣油在熱和電的作用下,會逐漸老化和分解,產生少量的低分子烴類及一氧化碳、二氧化碳和氫等氣體并多數溶解在油中,一旦變壓器產生過熱或放電故障時,就會加快這些氣體的產氣速率,隨著故障的發(fā)展,氣體的數量隨溫度的上升而急劇增ch加。用一定方式脫出溶解在油中的混合

17、氣體,采用色譜分離原理使混合物中各組分在兩相間進行分配,其中一相是不動的,組成固定相,另一相則是推動混合物經過固定相的流體,稱為流動相。當流動相中所含有的混合物經過固定相時,就會與固定相發(fā)生作用,根據不同組分在固定相中的滯留時間的長短,以達到混合物中各組分的分離,進而根據各組分的增長趨勢定量定性分析,以確定變壓器工作是否正常。因此,在變壓器運行過程中定期分析溶解于油中的氣體及成份,能夠早期發(fā)現(xiàn)變壓器內部的潛伏性故障并能及時診斷做出判斷。2.2油中溶解氣體的產生充油變壓器的絕緣材料主要是絕緣油、油浸紙,精煉后的新絕緣油中不含低分子烴類氣體,絕緣油由于電熱分解,會產生可燃和非可燃的各種氣體,一般多

18、達20 種左右,其中對判斷故障有價值的氣體有:甲烷(ch)、乙烷(ch)、乙稀(ch)、乙炔(ch)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co)、氫(h)等。變壓器新投入運行時,除能檢測出大量的氮和氧之外,還有少量的一般在幾十(含量110 的一氧化碳和幾百(含量110) 的二氧化碳,有的還有少量的幾個或十幾個(含量110) 的烴類氣體,但沒有乙炔。當運行一段時間以后,由于變壓器中使用的絕緣材料、殘存水分與鋼材的反應而產生一氧化碳和氫氣逐步釋放于油中,當這類氣體達到一定極限含量之后,還會出現(xiàn)逐步下降的趨勢。在正常運行溫度下油和固體絕緣正常老化過程中,產生的氣體主要是一氧化碳、二氧化碳,在油紙絕緣中存在局

19、部放電時,油裂解產生的氣體主要是氫和甲烷,在故障溫度略高于正常運行溫度時,油裂解的產物主要是甲烷,隨著故障溫度的升高,乙稀和乙烷的產生逐漸成為主要特征,在溫度高于1000時,或產生電弧(3000以上)的作用下,油分解產物中含有較多的乙炔,如果故障涉及到固體絕緣材料時,會產生較多的一氧化碳和二氧化碳。這里需要說明的是,有時變壓器內部并不存在故障,但由于某種原因可能造成油中溶解氣體的升高,造成的原因有的是由于前次故障排除后油中故障氣體沒有完全脫除凈,也有時是油箱曾做過帶油補焊,致使油中溶入氣體以及其它等原因,這就要使分析研究人員對該變壓器的運用維修狀態(tài)有一個全面的掌握,不至于錯判而造成損失。2.3

20、色譜分析方法研究的重要性進行變壓器油中氣體分析需要解決以下四個問題。1)油中氣體的分離。在這項工作的研究初期，國內外的有關技術人員大多采用真空法。到20世紀末，國內大多數單位都改為采用振蕩脫氣法。從理論上來說，真空脫氣法應該是最好的油中氣體分離方法，但是在實際操作中卻遇到一個難題，那就是如何確定和檢測脫氣系統(tǒng)的實際真空度、系統(tǒng)漏氣的程度，以及如何及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在漏氣及漏氣的程度。如果這些問題不能解決，就很難保證分析結果的可靠性。2)色譜分析方法的研究。即如何將油中混合氣體中的ch、ch、ch、h、ch、co 及 co等7種氣體分開。這是油中氣體分析的最關鍵、最核心的問題。3)色譜分析譜圖的自動

21、處理和色譜數據和譜圖的保存和管理。4)如何利用油中氣體色譜分析結果，回答以下問題：1.變壓器運行狀態(tài)是否正常？2.如果不正常，那么存在什么種類故障？3.故障程度怎樣？4.故障部位大致在哪里？5.故障發(fā)展趨勢怎樣？6.故障危險性評估。7.如何處理？2.4三比值方法“三比值法”是檢測變壓器運行狀態(tài)的重要方法。充油的電力設備(如變壓器、電抗器、電流互感器、充油套管和充油電纜等)的絕緣主要是由礦物絕緣油和浸在油中的有機絕緣材料(如電纜紙、絕緣紙板等)所組成。其中礦物絕緣油即變壓器油，是石油的一種分鎦產物，其主要成分是烷烴、環(huán)烷族飽和烴、芳香族不飽和烴等化合物。有機絕緣材料主要是由纖維素構成。在正常運行

22、狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化、變質，會分解出極少量的氣體(主要有氫、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等7種)。當電力設備內部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或受潮情況時，這些氣體的產量會迅速增加。 三比值法就是選用上述5種特征氣體（氫、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）構成三對比值，在相同的情況下把這些比值以不同的編碼表示，根據測試結果把三對比值換算成對應的編碼組，然后查表對應得出故障類型和故障的大體部位的方法。變壓器運行時出現(xiàn)內部故障原因往往不是單一的,一般存在熱點的同時還有局部放電,而且故障是在不斷發(fā)展和轉化的。在判斷設備有無故障及其嚴重程度時,要根據設備運行的歷史記錄和設備特點以及外部環(huán)

23、境等因素進行綜合判斷。故障產氣與正常產氣在技術上是不可分離的。經驗表明,當懷疑設備固體材料老化時,一般co2/ co 大于7 ;當懷疑故障涉及到固體絕緣材料時,co2/ co 可能小于3 ;當懷疑紙或紙板過度老化時,應適當測試油中糠醛含量,或測試紙樣聚合度。在線檢測可隨時檢測油中溶解氣體含量,對保證主網安全運行有重大意義。但在線監(jiān)測儀出現(xiàn)報警時,必須由實驗室色譜儀分析其組份和質量分數,再做進一步判斷。有載調壓操作產生氣體與低能量放電相符,當主油箱c2h2/ h2 大于23 時,可能是有載調壓污染主油箱,可利用比較主油箱、有載調壓油箱和儲油罐油中溶解氣體分析來確定,或通過油柱靜壓試驗法和氣體試漏

24、法來檢漏。對變壓器故障部位的準確判斷,有賴于對其內部結構和運行狀態(tài)的全面掌握,并結合歷年色譜數據和其他試驗(直阻、絕緣、變比、泄漏、空載等) 進行比較,色譜分析與判斷的技術應借鑒新方法并結合使用。borsi分析了變壓器油中產生的氣體和故障間的關系。三比值法基于測量的準確度,是一種比較簡便易行的判斷方法。日本電氣協(xié)同研究會提出的電協(xié)研法和湖北電力研究所提出的改良電協(xié)研法都是對它的補充。2.5基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法人工智能的出現(xiàn)為變壓器故障診斷提供了良好的新途徑。判斷故障類型、故障點、故障狀況需要大量的經驗,而專家系統(tǒng)正好適合解決這類問題。該領域最早使用的專家系統(tǒng)是riese 的toga 系統(tǒng)

25、。國內也有根據油色譜分析和電氣試驗作為主要檢測數據來源的一套電力變壓器故障診斷專家系統(tǒng)。這方面還有很多采用正反向混合推理的研究及應用系統(tǒng)實例。但是,專家系統(tǒng)所采用的判斷規(guī)則和專家?guī)熘薪涷灥臏蚀_度卻成為專家系統(tǒng)的“瓶頸”。即專家?guī)煨枰粩嗟匦拚蛿U充。徐文等將模糊數學理論和專家系統(tǒng)相結合,形成模糊推理知識庫,應用于變壓器故障診斷。2.6基于神經網絡的故障診斷方法 神經網絡系統(tǒng)具有自組織、自學習的能力,它不包含具體的診斷規(guī)則,而是將診斷規(guī)則隱含于權值矩陣中,通過對故障樣本的自學習來自動修正和擴充對故障的判斷能力。目前,變壓器故障診斷中使用最多的是bp 神經網絡。zhang等認為具有單隱層的神經網絡

26、分類效果最優(yōu),它具有最小運算量,同時完全滿足故障現(xiàn)象和故障原因之間的非線性映射。但是bp 神經網絡容易收斂到局部最優(yōu)解,為了解決這個問題,已提出了幾種結合其他方法的學習算法。其中有結合遺傳算法的多層前饋網絡,其進行網絡訓練的初始權值是全解空間中的最優(yōu)解。而另一種在學習算法中加入隨機擾動的方法也取得了較好的效果。國內也已有研究實例,應鴻等就利用bp 神經網絡建立了油色譜分析故障診斷的模型,對比了用不同激勵函數的神經網絡的收斂性。并采用基于局部特征量的神經網絡方法建立了相應的壓縮模型,用以診斷傳統(tǒng)的三比值法無法診斷的故障。王財勝提出了以7種氣體含量所占的相對百分比和四比值為輸入矢量的兩種輸入方式。

27、錢政等將范例推理引入到電力變壓器的故障診斷,修改bp 神經網絡模型,得出范例檢索算法,還在決策樹的基礎上,建立組合神經網絡模型,提出一種基于多元統(tǒng)計分析的訓練樣本及輸入矢量選擇方法。li等提出一種用于信號分類識別的小波神經網絡,其網絡權值由小波函數集充當,在學習過程中應用共軛梯度法將采集到的信號分類。王哲等提出一種基于人工神經網絡的使用微處理器的局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng),但這種方法是要在變壓器上加有源回路,推廣意義不大。wang等將神經網絡和專家系統(tǒng)結合起來,基于專家?guī)觳⒗蒙窠浘W絡的自學習功能,將設備條件、診斷規(guī)則和趨勢分析進行綜合分析。qian等提出先用神經網絡分析油色譜分析的結果,再用模糊

28、方程結合電氣設備現(xiàn)象得出具體的故障。shang等結合定期測試、服務條件、維修歷史和專家意見等,提出基于神經網絡的信息融合模型。其他的故障診斷方法2.7其他故障診斷方法進行故障診斷,還有很多其他方法。李天云將灰色故障診斷方法運用到變壓器的油色譜分析上,利用灰色關聯(lián)度分析來診斷,其實質是比較時間函數的幾何形狀的接近程度。它是根據一組典型的由變壓器各種運行狀態(tài)的油色譜分析求得標準狀態(tài)模式(故障特征向量矩陣) ,然后對待檢的運行狀態(tài)與標準狀態(tài)模式進行數學分析灰關聯(lián)度分析。宋斌等提出了將模糊聚類分析應用于變壓器故障診斷。zhang等采用模糊聚類分析技術來判斷故障模式。孫才新等結合模糊聚類算法與isoda

29、ta 算法建立了變壓器故障樹型分類模型。楊莉等將概率推理和模糊數學結合起來應用到變壓器綜合故障診斷。張宇輝等從模糊關系方程出發(fā),建立以故障原因作為模糊輸入,故障現(xiàn)象作為模糊輸出的數學模型。su 等采用模糊邏輯技術來解決三比值等方法只能判斷一種故障, 而不能判斷多種故障并存的情況。 第三章基于三比值法的軟件設計 上一章我們得知了檢測變壓器故障的常用方法：三比值法。而本課題主要解決三比值法的軟件設計問題，下面介紹進行軟件設計的分析過程。3.1氣體分析將變壓器油中逸出的氣體盡快轉移到儲氣瓶中,并盡快分析。氣樣采用氣相色譜儀進行組分和含量的分析,分析對象為ch4 、c2h6 、c2h4 、c2h2 、

30、co 、co2 及h2 等7 種氣體。通?？偀N包括ch4 (稱c1)和c2h6 、c2h4 、c2h2 、(此3氣體稱為c2) 4 種氣體的總和; 在各電壓等級下, 1 (c1 + c2) 和2 (h2) 在正常情況下的值均為150 10 - 6 ，3 (c2h2) 在正常情況下,當電壓大于等于330 kv 或小于等于220 kv 時,其值分別為1 10 ,5 10。根據變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則規(guī)定:當運行變壓器油中總烴氣體的體積分數超過15010 6 ；或乙炔氣體的體積分數超過5 10 - 6 ； 或氫氣的體積分數超過150 10 - 6時,應引起注意, 但并不說明此時變壓器肯定有故

31、障。氣體含量注意值 見表1。表1變壓器油中溶解氣體注意值 10氣體220 kv及以下330 kv及以上總烴150150氫氣150150乙炔513.2相對產氣速率每運行月某種氣體含量增加原有值的百分數的平均值為相對產氣速率,算式如下:r = (2 -1 ) /2 100式中, r為相對產氣速率, %/m (月) ;2 為第二次取樣油中某氣體含量, 10- 6 ;1 為第一次取樣油中某氣體含量, 10- 6 ;為兩次取樣時間間隔,m。當相對產氣速率 10% /m時,應引起注意。3.3三比值法為更準確判斷設備故障,應用三比值法進行判斷:據c2h2、c2h4、ch4、h2、c2h4、c2h6的比值進行

32、編碼,并根據不同的編碼給出可能的診斷結果。根據5 種特征氣體h2 、ch4 、c2h2 、c2h4 、c2h6 在變壓器油中的含量,可計算出3 (c2h2) /4 (c2h4) 、5 (ch4) /2 (h2) 、4 (c2h4) /6 (c2h6) 的比值,不同比值的k 按表2 規(guī)則編碼,再據測試結果把3 組比值組成不同的編碼組合, 然后由dl/ t722 2000 的規(guī)定判斷變壓器故障類型和大體部位,如表3 所示。表2 及表3 中, 令k1 =3 ( c2h2 ) /4 ( c2h4 ) ; k2 =5 (ch4) /2 (h2) ; k3 =4 (c2h4) /6 (c2h6) 。k 分

33、別代表k1 、k2 、k3 。 表2 三比值法的編碼規(guī)則特征氣體的比值比值編碼k1k2k3k0.10100.1k11001k3121k3222表3 用三比值編碼對故障性質的判斷比值編碼故障性質故障部位k1k2k3000無故障正常老化010低能量密度, 局部放電含氣空腔中的放電110高能量密度, 局部放電含氣空腔放電已波及固體絕緣1-201-2低能量放電或固體材料間油隙擊穿102高能量放電有工頻續(xù)流的放電, 相間、對地或匝間擊穿001低于150 的熱故障通常是包有絕緣層的導線故障020150300 低溫過熱故障/021300700 中等溫度過熱故障鐵芯部過熱、鐵芯和外殼環(huán)流、鐵芯多點接地短路,裸

34、金屬過熱022高于700 高溫熱故障/變壓器故障點溫度的估算：通常在故障狀態(tài)下絕緣油溫度大于300 時開始裂解,產生ch4 、h2 ;到400 時產氣明顯,且有其他烴類氣體;油溫度超過800 時,產生c2h2 明顯。在超過400 溫度區(qū)域, 估算故障點溫度經驗公式是4: t = 322 lg 4 ( c2h4 ) /6 ( c2h6 ) + 525。3.4油色譜分析程序流程該軟件基于油色譜分析中氣體超過注意值判別法、相對產氣速率判別法和三比值法,三種方法綜合判斷,程序流程圖如圖1所示。圖1 軟件程序流程完成后軟件界面如圖2所示： 圖2 軟件界面3.5油色譜分析程序算法設計本軟件是筆者通過vc編

35、程實現(xiàn)，vc軟件相對于其他軟件來說，其可視化是其最顯著的特點，也是倍受廣大使用者青睞的原因所在。對此，我們首先新建一個mfc工程，輸入工程名，并選擇“基本對話框”編程模式。到此第一步建立工程完成，下面開始編輯軟件。通過設置“基本對話框”的控件，添加若干“靜態(tài)文本”“編輯框”“按鈕”等控件，設計版面，并排列成如圖2形式。接下來，是我們的軟件設計核心部分，即源代碼的設計。首先，按下“ctrl+w”打開mfc classwizard對話框，并選擇其第二項，設置好各編輯框所對應的變量類型，為以后計算服務。其次，我通過參考了一些vc編程的實例，設計了“瀏覽”按鈕，用于瀏覽數據文件，并通過“讀取數據”按鈕

36、，讀取數據文件中的各種特征氣體值。再通過“分析”按鈕，進行分析。下面重點介紹一下，“分析”按鈕的實現(xiàn)過程。vc中的按鈕控件所對應的函數中，有兩個非常重要的函數，updatedata(true)和updatedata(false)，其中前者代表輸入數據至各編輯框變量，后者則代表輸出個編輯框變量至個編輯框中。通常編寫按鈕控件函數都會將updatedata(true)和updatedata(false)分別放在函數的開始和結束位置，中間則會進行一些數據計算。而本軟件中間所進行的計算，根據3.1-3.3節(jié)的論述，最主要的是通過讀取文件中的數據數值，按照論文中所給公式，如速率公式r = (2 -1 )

37、/2 100，故障點溫度公式t = 322 lg 4 ( c2h4 ) /6 ( c2h6 ) + 525進行注意值，產氣速率及故障點溫度的計算，并根據k1 =3 ( c2h2 ) /4 ( c2h4 ) ; k2 =5 (ch4) /2 (h2) ; k3 =4 (c2h4) /6 (c2h6)進行三比值法的判斷，最終根據表2顯示診斷結果。m_vsl=(m_v2zt-m_v1zt)/m_v2zt/m_vjg*30*100;通過此段代碼計算產氣速率；m_vwd=322*log10(m_v2c2h4/m_v2c2h6)+525;通過此段代碼計算故障點溫度； k=m_v2c2h2/m_v2c2h4

38、;if(k=0.1&k=3)m_k1=2; k=m_v2ch4/m_v2h2;if(k=0.1&k=1)m_k2=2; k=m_v2c2h4/m_v2c2h6;if(k=1&k=3)m_k3=2;通過以上幾段代碼，計算出三比值方法中k1、k2、k3的值；cstring str,str1,str2,str3,ztstr,h2str,c2h2str,slstr;str1=rn故障性質:;str2=rn故障部位:;str3=超過注意值!;if(m_v1zt150) ztstr=總烴含量+str3;else ztstr=總烴含量沒有+str3;if(m_v1h2150) h2str=rn氫氣含量+st

39、r3;else h2str=rn氫氣含量沒有+str3;if(m_v1c2h25) c2h2str=rn乙炔含量+str3;else c2h2str=rn乙炔含量沒有+str3;if(m_vsl10) slstr=rn總烴相對產氣速率含量+str3;else slstr=rn總烴相對產氣速率沒有+str3;if(m_k1=m_k2&m_k1=0&m_k1=m_k3) str=str1+無故障+str2+正常老化; else if(m_k1=m_k3&m_k1=0&m_k2=1) str=str1+低能量密度, 局部放電+str2+含氣空腔中的放電;else if(m_k1=m_k2&m_k1=

40、1&m_k3=0) str=str1+高能量密度, 局部放電+str2+含氣空腔放電已波及固體絕緣;else if(m_k1=m_k3&m_k1=1)|(m_k1=m_k3&m_k1=2)&m_k2=0) str=str1+低能量放電+str2+或固體材料間油隙擊穿;else if(m_k1=1&m_k2=0&m_k3=2) str=str1+高能量放電+str2+有工頻續(xù)流的放電, 相間、對地或匝間擊穿;else if(m_k1=m_k2&m_k1=0&m_k3=1) str=str1+低于150 的熱故障+str2+通常是包有絕緣層的導線故障;else if(m_k1=m_k3&m_k1=

41、0&m_k2=2) str=str1+150300 低溫過熱故障+str2+;else if(m_k1=0&m_k3=1&m_k2=2) str=str1+300700 中等溫度過熱故障+str2+鐵芯部過熱、鐵芯和外殼環(huán)流、鐵芯多點接地短路,裸金屬過熱;else if(m_k2=m_k3&m_k2=2&m_k1=0) str=str1+高于700 高溫熱故障+str2+;m_jg=ztstr+h2str+c2h2str+slstr+str; 再通過上段代碼進行診斷鼓掌的判斷并顯示結果。其中原理就是通過if語句，根據表2中三比值法的判斷基準，判斷已經得出的k1、k2、k3的值，并顯示其所對應的

42、結果。3.6油色譜分析軟件的問題與改進由于無法得到有有故障的變壓器事物，且在公司中相應的數據庫文件過于龐大并屬于機密問題，所以只能在文本文檔中輸入小范圍數據，以簡化讀取數據的問題。但這樣的設計使得小數的錄入無法進行，并且代碼過于復雜，不夠簡潔。鑒于此，則若此軟件用于實物判斷，擁有實際數據庫后，再改動一下讀取數據的方式，問題即可解決。第四章診斷分析實例通過前一章所述的三比值方法，設計出了變壓器油色譜分析軟件。但在軟件的應用前，應對其的可靠性進行驗證。下面我們以參考文獻中一表格數據為例，驗證軟件的可靠性?；葜?10 kv馬莊2號主變容量40mva、油重18.6t,在2001年3月進行春季預防性試驗

43、,通過油樣色譜分析,發(fā)現(xiàn)色譜異常,跟蹤分析結果見表4。表4 實例數據表日期主變油氣體成分/10h2ch4c2h6c2h4c2h2coco22001-3-233612242245238762001-4-051332104933831501209從上表可看出, 變壓器油氣體的總烴值1(c1+ c2) 在大修前已超過150 的注意值, 且持續(xù)升高,可以判斷變壓器內部有故障。由于3 月23 日4 月5 日油的總烴分別為413，600均超標,且5(ch4) 、4(c2h4) 值很高,可初步判斷變壓器為內都過熱故障; 且k11;k33 ,按表2查得編碼組合是“0 ,2 ,2”,根據表3判斷為:內部高于70

44、0 的裸金屬過熱故障。由表5 可知,3(c2h2)并沒有明顯上升,故判斷故障點溫度不超過800 ,根據故障點溫度估算公式,該變壓器故障點局部溫度在770794。綜合油分子裂解順序及烴類組分含量的遞減關系,由于絕緣油需超過800才產生大量乙炔,可斷定鐵芯多點接地時,油中3(c2h2)值才可能較小或3(c2h2)值為0。下面讓我們來驗證分析軟件的可靠性。通過預先建立一記事本文件，輸入以上數據，保存做為數據庫文件。然后令編制的分析軟件，讀取數據庫文件，并進行分析，得出結果，如圖3所示：圖3 實例分析界面從軟件中可看出，得出兩次總烴含量分別為411和600，總烴相對產氣速率為78.75%/m，故障點溫

45、度為795.068。三比值法得出的比值分別為0，2，2。并且最終分析結果為故障性質高于700高溫熱故障?？梢钥闯觯绍浖治龅贸龅慕Y果與前述分析得出的結果完全相同，所以該軟件的可靠性得到了驗證。第五章 采用油色譜法分析法的注意事項變壓器油中溶解的特征氣體除與故障性質有關外，還與變壓器的結構特點、氣體產生的原因、故障的部位和故障嚴重程度有關，因此必須進行綜合的判斷分析。應注意以下幾個問題：1)首先要判定油中溶解的氣體，是否來自變壓器內部故障以外的原因，防止造成判斷錯誤。其原因一是變壓器箱體帶油補焊，焊接時產生的高溫使油分解產生大量的氫氣和烴類氣體，往往誤判為高溫兼放電故障。所以如確需帶油焊接，應

46、對變壓器油進行脫氣處理，并隨時檢測其特征氣體含量。二是補加了不合格的變壓器油，這是對貯存油管理不嚴造成的，所以補加的油應通過色譜分析確認合格后方可使用。三是對有載調壓變壓器，由于切換開關室滲漏，引起變壓器本體油中的ch、h、co、co等氣體含量高，需要認真區(qū)分。四是變壓器本體中殘存的氣體在運行過程中慢慢釋放。這一般是變壓器制造安裝過程中或故障處理后，未經脫氣或脫氣不徹底造成的。變壓器的安裝應嚴格遵守工藝規(guī)程，確保脫氣的時間和真空度。五是取油樣的容器不潔、色譜儀的系統(tǒng)誤差、操作方法不正確等因素造成檢測結果與實際不符，誤認為變壓器本體產生了可燃性的特征氣體。另外，變壓器受潮、制造中使用了不銹鋼等活

47、性金屬材料、油流帶電等外部的因素也會造成ch等特征氣體的升高。2)運行中的變壓器一旦發(fā)現(xiàn)色譜分析結果異常，應打破色譜檢測周期界限，及時進行跟蹤分析，并對檢測的數據進行比較，確定跟蹤分析的頻度和周期，找到歷次數據的變化趨勢和規(guī)律，以便確定變壓器是否立即停運，進行進一步的檢查。進行數據的對比分析是保證色譜對故障分析正確的重要環(huán)節(jié)，切不可僅憑一次的色譜分析檢測數據輕易做出判斷。3)放電性故障極易造成變壓器事故，引起供電中斷。ch是放電性故障的特征氣體，其一旦出現(xiàn)，即使小于規(guī)定的5ul/l注意值，也應加以高度重視。若ch的含量不斷上升或產氣速率高，在不能確定其產生的原因，并不危及變壓器安全運行時，應立

48、即停止變壓器的運行。4)變壓器在運行過程中一旦發(fā)生故障（輕瓦斯發(fā)信號、重瓦斯跳閘，差動保護跳閘等）或電氣試驗發(fā)現(xiàn)異常，也應立即取油樣進行色譜分析，判斷變壓器內部是否存在過熱或放電性故障。若為嚴重高溫過熱或放電性故障，應立即由運行轉為檢修。若為一般性過熱故障，可根據現(xiàn)場的負荷情況確定運行狀態(tài)，但必須加強跟蹤分析。5)氣相色譜法對變壓器故障的分析判斷，必須和電氣試驗的結果有機地結合起來，以便于準確定位。對于磁回路過熱性故障而言，一般情況下，其特征是其繞組的直流電阻合格，而變壓器空載損耗增大，鐵心絕緣電阻低等。對導電回路故障而言，其特征往往是繞組的直流電阻不平衡，繞組的電壓比異常。對于絕緣故障而言，

49、其特點是介損變化大，絕緣電阻低，繞組泄漏電流大等等。以上故障有時交叉并存，其故障特征也就復雜，特征氣體各組分的含量都可能較高和超出注意值。5)變壓器的故障分析判斷必須了解變壓器的運行歷史、環(huán)境條件、繼電保護動作情況，相關電氣聯(lián)結設備的故障情況，附件的運行狀態(tài)，外觀異常情況，故障瞬間的聲音，電氣量的變化情況，變壓器的負荷、運行電壓等。要結合變壓器本身的結構特點，積累現(xiàn)場的實踐經驗，借鑒和吸取同類故障的分析處理辦法。6)變壓器輕瓦斯動作、氣體繼電器油室內集有氣體。正常情況下變壓器氣體繼電器油室內充滿油，一旦輕瓦斯動作，應立即檢查和取油樣進行色譜分析，確認變壓器內部是否有故障及故障情況。若氣體繼電器

50、油室內氣體為無色無味且不可燃，說明該氣體是空氣。造成的原因和應采取的措施是：安裝或檢修后新注油或濾油將氣體帶入變壓器油箱，靜置期間未反復放氣或放氣不徹底。變壓器一經投運，溫度升高，氣體膨脹而逸出，進入氣體繼電器。為此應嚴格執(zhí)行變壓器注油規(guī)定要求并反復放氣。#油泵密封不良，將氣體帶入變壓器本體，所以應逐一對油泵檢查加以排除。若氣體含有異味，說明變壓器存在內部故障，應立即停止運行，結合電氣試驗和特征氣體含量，依據試驗規(guī)程和色譜導則，進行綜合分析，查明原因，再進行處理。7)實現(xiàn)變壓器故障的準確分析和判斷，色譜分析數據的準確可靠至關重要。從事油化驗分析的人員，應嚴格執(zhí)行預防性試驗規(guī)程和色譜分析導則的規(guī)

51、定要求，在溶解氣體組分含量有增長趨勢時，可結合產氣速率判斷，必要時縮短周期進行跟蹤分析?？偀N含量低的設備不宜采用相對產氣速率進行判斷，且新投運的變壓器應有投運前的測試數據。結束語課題使用vc設計軟件實現(xiàn)了參考論文提出的一個通過三比值法實現(xiàn)變壓器的油色譜分析。實驗結果驗證了參考論文所提出的三比值方法的可行性也驗證了參考論文給出的參考數據的正確性。此外在本次設計開發(fā)過程中還取得了以下一些收獲：1vc6.0編程軟件的熟練使用。2掌握了一種廣泛使用的變壓器油色譜分析方法即三比值法。3熟悉了軟件開發(fā)的一個主要過程，得到了很多開發(fā)經驗；4閱讀了大量的有關變壓器故障分析的中英文文獻，了解到多種消除變壓器故障

52、的方法的實現(xiàn)過程及其優(yōu)勢與弊端。盡管如此，通過在本次設計過程中對油色譜分析方法的進一步理解，本人也發(fā)現(xiàn)了色譜法這一方案的亟待改善之處。油中氣體分析對運行設備內部早期故障的診斷雖然靈敏，但由于這一方法的技術特點，使它在故障的診斷上有不足之處，例如對故障的準確部位無法確定；對涉及具有同一氣體特征的不同故障類型(如局部放電與進水受潮)的故障易于誤判。因此，在判斷故障時，必須結合電氣試驗、油質分析以及設備運行、檢修等情況進行綜合分析，對故障的部位、原因，絕緣或部件的損壞程度等作出準確的判斷，從而制定出適當的處理方法。所以色譜分析是電力設備絕緣試驗必不可少的試驗項目之一，尤其是對潛伏性故障的分析更為重要

53、。致 謝本研究及學位論文是在我的校外導師朱清華工程師及本校導師張穎老師的親切關懷和悉心指導下完成的。她們嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在此謹向張穎老師、朱清華老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有很多可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 最后，再次對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝。參考文獻1嚴莉,王維建,周東華.變壓器故障診斷的油色譜分析方法綜述m.北京:水利電力出版社,2001.2王立琦,李莉,李嵐.大型輸變電站電力變壓器故障診斷系統(tǒng)j.黑龍江商學院學報, 2000,16(4):70-73 ,78.3李寧先,章金謀,李鎵,張政,李建雄.變壓器油中氣體色譜分析方法和儀器發(fā)展現(xiàn)狀j. 中國電機工程學報.2005,23(4):13-19.4李雄剛. 故障診斷專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的運用j.廣東電力,1999,12(2):39-41.5宋斌,于萍,廖冬梅等.變壓器故障診斷中溶