電力變壓器的綜合分析與診斷

1、電力變壓器的綜合分析與診斷變壓器的故障類型很多，可能由于設(shè)計、制造、工藝、運輸、安裝、原材料等方面的缺陷，在運行中產(chǎn)生局部放電、局部過熱等問題，從而導(dǎo)致貫通性擊穿、匝間短路、絕緣損壞、燒損爆炸等嚴重事故。因此，應(yīng)加強對變壓器的日常維護，完善常規(guī)的預(yù)防性試驗試驗手段，提高對各種故障的及時檢測和預(yù)報能力。電力變壓器是供配電系統(tǒng)中廣泛使用的重要且昂貴的高壓電器設(shè)備，在運行中變壓器一旦發(fā)生損壞性故障，則將直接影響電網(wǎng)的供電，除修復(fù)費用大外，還會造成更大的直接經(jīng)濟損失。因此選用高質(zhì)量的變壓器，提高運行維護水平，使用有效的故障診斷技術(shù)，具有十分重要的實際價值。一、變壓器故障種類及分析1、導(dǎo)電回路過熱故障主

2、要有引線接觸不良（包括將軍帽接線裝置過熱）、線圈導(dǎo)線接頭焊接質(zhì)量差以及虛焊、過負荷運行等都會引起導(dǎo)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(zhì)不良(如介損偏大、有微生物、含水量高等)，變壓器內(nèi)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、導(dǎo)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(chǎn)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(gòu)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(yīng)產(chǎn)生低分子烴類氣體。絕緣

3、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(chǎn)生熱分解。絕緣紙熱分解時，因分子鏈反應(yīng)將產(chǎn)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120150也會裂解而產(chǎn)生碳酸氣。其他絕緣物的熱分解物大體和絕緣油相似，但各有特點。金屬材料在絕緣物的熱分解過程中會起到催化作用，當(dāng)有水分存在時，還會產(chǎn)生氫氣。3、產(chǎn)氣故障常見的產(chǎn)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(dǎo)體故障；磁路故障；接點或連接不良。熱點溫度的高低、產(chǎn)氣組分的相對濃度特征有所不同，熱點與

4、局部放電、電弧放電時的產(chǎn)氣組分濃度特征也不相同，詳見表519。表519 絕緣油熱解產(chǎn)氣組分比與故障源溫度關(guān)系故障性質(zhì)溫度范圍（）4種組分比值CH4/H2C2H6/ CH4C2H4/ C2H6C2H2/ C2H6局部放大冷態(tài)0.1局部過熱150115020011200300130070011370013電弧100030.14、調(diào)壓開關(guān)故障調(diào)壓開關(guān)主觸頭沒有到位，調(diào)壓開關(guān)抽頭引線松動，調(diào)壓開關(guān)觸頭燒毛，調(diào)壓開關(guān)觸頭接觸壓力不夠；還有有載調(diào)壓開關(guān)中的切換開關(guān)接觸不良，切換開關(guān)觸頭燒毛，過渡電阻斷線、調(diào)壓時滑檔等；另外還有滲油，即切換開關(guān)中油滲到本體中引起本體油色譜異常等。5、變壓器繞組變形在運輸過程

5、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(dāng)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(zhì)量比較差內(nèi)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。二、變壓器故障分析與診斷方法變壓器故障的種類多種多樣，包括外部附件的缺陷直到繞組的絕緣擊穿等等。按故障發(fā)生的部位可分為外部故障和內(nèi)部故障；按故障

6、發(fā)生的過程可分為突發(fā)性故障和長年累月逐步擴展而形成的故障，這些故障可能相互影響、轉(zhuǎn)化，使故障更趨嚴重。變壓器故障分析和診斷的方法很多，主要有直觀檢查方法、電氣預(yù)防性試驗方法、油中溶解氣體分析法（DGOA）、專家系統(tǒng)（TFDES）及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（TFDANN）、智能型系統(tǒng)法（TFDAI）幾種。1、直觀檢查方法對于運行中的變壓器，通過日常的巡檢對發(fā)生下列異?，F(xiàn)象，可直觀地診斷出一些比較明顯的故障性質(zhì)。（1）溫度過高或聲音異常其原因可能是過負荷運行、環(huán)境溫度超過40、冷卻系統(tǒng)故障、漏油引起油量不足等。（2）振動、響聲異常及有放電聲其原因可能是電壓過高或頻率波動，緊固件松動，鐵芯緊固不良，分接開關(guān)動

7、作機構(gòu)異常，偏磁現(xiàn)象等，外部接地不良或未接地的金屬部分出現(xiàn)靜放電，瓷件、套管表面粘附污穢引起局部火花、電暈等。（3）氣味異常或干燥劑變色其原因可能是套管接線端子不良或接觸面氧化使觸頭過熱產(chǎn)生異味和變色，漏磁通、渦流使油箱局部過熱，風(fēng)扇、潛油泵過熱燒毀產(chǎn)生的異味，過負荷造成溫升過高，外部電暈、閃絡(luò)產(chǎn)生的臭氧味，干燥劑受潮變色等等。（4）油位計指示大大低于正常位置其原因可能是閥門、密封圈部位焊接不好或密封不良漏油，油位計損壞漏油，以及內(nèi)部故障引起噴油（5）瓦斯繼電器的氣室內(nèi)有氣體或瓦斯動作其原因可能是內(nèi)部局部放電，鐵芯不正常，導(dǎo)電部分過熱。（6）防爆裝置的防爆膜破裂、外傷及有放電痕跡其原因可能如瓦

8、斯、差動等繼電器動作，一般為內(nèi)部故障。（7）瓷件、瓷套管表面出現(xiàn)龜裂、外傷和放電痕跡其原因可能是過電壓或機械力引起。幾乎所有的故障一開始都是經(jīng)直觀檢查發(fā)現(xiàn)的，它是發(fā)現(xiàn)故障的最開始和必經(jīng)的步驟。但要進一步分析原因，必須利用有效的檢測手段來診斷。2、電氣預(yù)防性試驗方法電氣預(yù)防性試驗是變壓器故障最主要的診斷方法，其有效性對診斷結(jié)果的準確性有著確定性影響，通過各種有效的試驗，獲取可靠、準確的試驗結(jié)果是正確診斷變壓器故障的基本前提。根據(jù)DL/T596-1996的規(guī)定，電力變壓器試驗項目共有32項。試驗項目次序基本上是按照項目的重要性排列的。在總共32個試驗項目中，有些是在變壓器解體后才能進行的，有些是與

9、其它項目同時進行或附帶進行的，有些是變壓器投運前或投運后的例行檢查、試驗項目，有些項目在特殊情況下進行，而交流耐壓試驗是一種破壞性試驗，對試驗設(shè)備的要求很高，現(xiàn)場條件一般很難滿足，所以是變壓器絕緣水平的一種考核項目。（1）絕緣試驗和油務(wù)試驗繞組直流電阻的測量是一個很重要的試驗項目，次序排在變壓器試驗項目的第二位。在變壓器的所有試驗項目中，這是一項方便而有效的考核繞組縱絕緣和電流回路連接狀況的試驗，它能夠反映繞組匝間短路、繞組斷股、分接開關(guān)以及導(dǎo)線接頭接觸不良等故障；實際上也是判斷各相繞組電壓比是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔位是否正確的有效手段。長期以來，繞組直流電阻的測量一直被認為是考查變壓器縱絕緣的主

10、要手段之一，有時甚至是判斷電流回路連接狀況的唯一辦法。該試驗的判斷標準“三相繞組直流電阻不平衡系數(shù)不大于1%或不大于2 %”（適用于不同聯(lián)結(jié)組別和不同容量）是恰當(dāng)?shù)?。通過繞組分接頭電壓比試驗，能夠檢驗分接開關(guān)檔位、變壓器聯(lián)結(jié)組別是否正確，對于匝間短路等故障也能靈敏地反映，但對于繞組變形故障則無能為力。可以這樣認為，電壓比試驗是一種常規(guī)的帶有檢驗和驗證性質(zhì)的試驗。其實，上述兩項試驗不是“名副其實”的絕緣試驗，絕緣電阻及吸收比或極化指數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)tan和泄漏電流試驗等才是真正的絕緣試驗。吸收比或極化指數(shù)能夠反映絕緣受潮，至今仍然是診斷受潮故障的有效手段。相對來講，單純依靠絕緣電阻絕對值的大小對

11、繞組絕緣作出判斷，其靈敏度、有效性比較低。這一方面是因為測量時試驗電壓太低，難以暴露缺陷；另一方面也是因為絕緣電阻值與繞組絕緣的結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣材料的品種、繞組溫度等有關(guān)。有資料表明，同一電壓等級、同樣容量、同一規(guī)格的變壓器，其絕緣電阻值有時會相差比較大，這并不能說明這些變壓器絕緣水平有差距，而往往是因為變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計、絕緣材料選用的不同所致。但是，對于鐵芯、夾件、穿心螺栓等部件，測量絕緣電阻往往能反映故障、說明問題。這主要是因為這些部件的絕緣結(jié)構(gòu)比較簡單、絕緣介質(zhì)單一，正常情況下基本上不承受電壓，絕緣更多的是起“隔爆”作用，而不象繞組絕緣要承受高電壓。介質(zhì)損耗因數(shù)tan和泄漏電流試驗的有

12、效性正隨著變壓器電壓等級的提高、容量和體積的增大而下降。可以說，單純靠tan和泄漏電流來正確判斷繞組絕緣狀況的可能性也很小。這主要是因為這兩項試驗存在先天不足，即試驗電壓太低，絕緣缺陷難以得到充分暴露。對于10kV、35kV、110kV電壓等級的變壓器，10kV和40kV的試驗電壓下獲得的數(shù)據(jù)有說服力；設(shè)想一臺500kV的變壓器，正常情況下繞組承受的相對地電壓已經(jīng)達到了500/kV（約90kV），而10kV或40kV的試驗電壓又能使多少缺陷或故障得以“曝光”呢？從原理來講，tan不是很有價值的。實踐表明，對于電容性設(shè)備，如電容型套管、電容式電壓互感器、耦合器電容器等，測量tan和電容量Cx（實

13、際上是根據(jù)Cx的變化量Cx進行判斷）仍然是故障診斷的有效手段。不僅如此，tan和電容量Cx已經(jīng)從離線測量發(fā)展到了在線監(jiān)測階段。絕緣油試驗、油中含水量、油中含氣量以及油中糠醛含量測量都屬于油務(wù)試驗或油化驗的范疇。而作為一種故障診斷方法，油務(wù)試驗似乎沒有得到應(yīng)有的重視。造成這種狀況的原因之一在現(xiàn)場，在實際工作中，有時會發(fā)生這樣的事情：對同一臺設(shè)備取油樣，高壓試驗班的結(jié)果與油化驗班的結(jié)果有較大出入；也發(fā)生過這樣的事情:對110kV少油斷路器做泄漏電流試驗時發(fā)現(xiàn)，泄漏電流值超標，初步判斷絕緣拉桿受潮。而這時，油化驗的結(jié)果也顯示，油中含水量超標。最后的檢查結(jié)果是，斷路器頂部將軍帽有砂眼，下雨時進水。油化

14、驗的結(jié)果有一定分散性，這種分散性來源于取樣、送檢、化驗全過程。其實，油中溶解氣體分析也有類似的問題，例如分析CO2的含量時，要防止油中特征氣體的逸出、回溶、外界氣體的侵入。因為空氣中本來就含有約0.3%的CO2?？偟恼f來，油化驗在變壓器故障診斷中還是有較大價值的。比如：糠醛含量的大小能夠反映絕緣的老化程度；絕緣油的耐壓試驗?zāi)苷f明油質(zhì)的好壞等等。（2）局部放電測量和繞組變形檢測隨著變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展，人們越來越認識到，局部放電（PD）是變壓器諸多故障和事故的根源，因而PD測量也越來越受到重視。近幾年，PD測量技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種測量方法和試驗裝置，有離線測量的，有在線監(jiān)測的，有基

15、于超聲波原理的，還有利用紅外線進行PD測量的。只是在基于PD測量結(jié)果進行故障診斷方面，還缺少較成熟的經(jīng)驗和全面的、合適的判定標準，這還有待于在今后的實踐中逐步積累和建立?？梢灶A(yù)測，PD測量將會成為電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷極為有利的方法。通過對發(fā)生故障或事故的變壓器進行檢查和事后分析，發(fā)現(xiàn)繞組變形是許多故障和事故的直接原因。一旦變壓器繞組已嚴重變形而未被診斷出來，仍繼續(xù)投入運行，則極有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，輕者造成停電，嚴重者燒毀繞組和線圈。導(dǎo)致繞組變形的原因主要有：繞組絕緣和機械結(jié)構(gòu)強度先天不足，繞制工藝粗糙，承受正常容許的短路電流沖擊能力差；變壓器出口短路，出口短路形成的巨大的短路沖擊電流

16、產(chǎn)生的電動力使繞組扭曲、變形。變壓器繞組變形檢測正成為一個研究熱點，同時也是一項必須突破的故障診斷技術(shù)。根據(jù)資料介紹，可以采用頻譜法等來檢測變壓器繞組變形，但目前還沒有形成相應(yīng)的判斷標準和規(guī)范。在現(xiàn)有的條件下，對變壓器繞組嚴重變形故障的診斷可以通過變壓器空載試驗、短路試驗及阻抗測量實現(xiàn)。當(dāng)繞組發(fā)生變形時，變壓器內(nèi)部的磁路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，空載電流及損耗、短路損耗及阻抗會發(fā)生一定的變化，通過橫向相間比較、縱向歷史數(shù)據(jù)比較，有可能判斷。3、油中溶解氣體分析法油中溶解氣體分析（DGOA）方法源于Halstread的試驗發(fā)現(xiàn)。通過試驗發(fā)現(xiàn)：任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度變化，在特定的溫度下，有某一

17、種氣體的產(chǎn)氣率會出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。漢斯的工作證明了在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應(yīng)關(guān)系。過熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中故障特征氣體產(chǎn)生的主要原因，這些故障特征氣體主要有：H2、CO、CO2 、CH4 、C2H2、C2H6、C2H4、O2和N2?？偀N是指CH4、C2H2、C2H6、C2H4這4種氣體的總量。由于分接開關(guān)接觸不良，鐵芯多點接地和局部短路，導(dǎo)線過電流發(fā)熱和接頭不良等變壓器內(nèi)部裸金屬過熱引起油裂解的特征氣體，主要是CH4、C2H4，其次是C2H6。由于線圈匝、層間絕緣擊穿，引線斷裂或?qū)Φ亻W烙和分接開關(guān)飛弧等電

18、弧放電、火花放電等變壓器內(nèi)部放電性故障產(chǎn)生的特征氣體是C2H2，正常變壓器油中不含有這種氣體組分。變壓器內(nèi)部發(fā)生各種性質(zhì)的故障都要產(chǎn)生H2，當(dāng)H2含量偏高時，可能是變壓器中進水。變壓器主要的絕緣材料是絕緣油、絕緣紙和板等，在運行中將逐漸老化。絕緣油分解產(chǎn)生的主要氣體是氫、烴類氣體，而絕緣紙等固體材料分解產(chǎn)生的主要氣體是CO和CO2。變壓器發(fā)生低溫過熱性故障，因溫度不高，往往油的分解不劇烈，因此烴類氣體的含量并不高。而CO、CO2含量變化較大，故而用CO和CO2的含量判斷變壓器固體絕緣老化狀況?；谟椭腥芙鈿怏w類型與內(nèi)部故障性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系，提出了多種以油中特征氣體為依據(jù)的判斷設(shè)備故障的方法。19

19、70年道奈堡提出了區(qū)分熱性故障和電性故障的C2H2/C2H4與CH4/ H2的兩比值法；1974年大衛(wèi)斯提出了氫氧碳化素三角圖判斷法；同年杜威提出了以CH4、C2H4、C2H2三組分的相對含量為基礎(chǔ)的三角圖法，又稱PEM法；1977年羅杰斯提出了三比值法；1979年日本提出了電協(xié)研法；我國提出了改進電協(xié)研法等。油中溶解氣體分析方法是充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障早期診斷的有效方法，這不僅為IEEE 所認可，而且被實踐所證實。對于電氣設(shè)備中充油量最大的電力變壓器，油中溶解氣體分析自然是非常有效的故障診斷方法。（1）特征氣體判別法特征氣體可反映內(nèi)部故障點引起的油、紙絕緣的熱分解本質(zhì)，氣體特征隨著故障類型、故

20、障能量及其涉及的絕緣材料不同而不同，故障點產(chǎn)生烴類氣體與故障源的能量密度之間有密切的關(guān)系，見表520。表520 判斷故障性質(zhì)的特征氣體法故障性質(zhì)特征氣體的特點一般過熱性故障總烴較高，C2H2510-6嚴重過熱性故障總烴較高，C2H2510-6，但未構(gòu)成總烴主要成分，H2含量較高局部放電總烴不高，H210010-6，CH4占烴中的主要成分火花放電總烴不高，C2H21010-6，H2含量較高電弧放電總烴高，C2H2高，H2含量高按變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則（GB7252 87）中，運行中變壓器油中溶解氣體含量超過下列任何一項值時應(yīng)引起注意：總烴15010-6；H215010-6；C2H251

21、0-6，表明設(shè)備處于非正常狀態(tài)下運行。特征氣體判斷法對故障性質(zhì)有較強的針對性，比較直觀方便，缺點是沒有明確量的概念。要對故障性質(zhì)作進一步的探討，估計故障源的溫度范圍等，還必須找出故障產(chǎn)氣體組分的相對比值與故障點溫度或電應(yīng)力的依賴關(guān)系及其變化規(guī)律，即組分比值法。目前常用的是IEC三比值法。（2）IEC三比值法三比值法是IEC推薦的一種方法，它實際上是羅杰斯比值法的一種改進。該方法是通過計算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三種比值，根據(jù)已知的編碼規(guī)則和分類方法，查表確定故障性質(zhì)。編碼規(guī)則和分類方法及相關(guān)列表分別如表521和表522所示。表521 三比值法的編碼規(guī)則特征氣體的比值

22、比值范圍編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.10100.11100131213222三比值法在變壓器故障診斷中發(fā)揮了重要作用，但是該方法在應(yīng)用中存在以下幾個問題：只有根據(jù)各組分含量的注意值或產(chǎn)氣速率的注意值有理由判斷可能存在故障時，才能進一步用三比值法判斷故障性質(zhì)。換言之，當(dāng)油中特征氣體含量或產(chǎn)氣速率未達到注意值時，不宜應(yīng)用三比值法進行判斷；在實際診斷過程中，有時會出現(xiàn)編碼缺損的情況，即根據(jù)編碼規(guī)則和分類方法得到的編碼超出了已知的編碼列表，因而無法確定故障性質(zhì)；當(dāng)多種故障同時發(fā)生時，三比值法難以區(qū)分。針對特征氣體法中的語義表達、三比值法中的編碼缺損等問題，已經(jīng)有人在這方面做

23、了不少工作。其中，有代表性的處理方法是采用模糊數(shù)學(xué)方法，并且已取得一定效果。此外，隨著DGOA方法的深入應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，變壓器油中的溶解氣體CO和CO2能夠反映一定的故障，一些氣體的產(chǎn)氣速率也能反映故障的發(fā)展情況，并且部分比較成熟的內(nèi)容已經(jīng)被列入相關(guān)的規(guī)程和導(dǎo)則中。表522 判斷故障性質(zhì)的三比值法序號故障性質(zhì)比值范圍編碼典型例子C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H61無故障000正常老化2低能量密度的局部放電0510含氣空腔中的放電，是由于不完全浸漬、氣體過飽和、空吸作用或高濕度等原因造成的3高能量密度的局部放電110已導(dǎo)致固體絕緣的放電痕跡或穿孔4低能量放電112012不同電位的不

24、良連接點間或者懸浮電位體的連續(xù)火花放電，固體材料之間油的擊穿5高能量放電102有工頻續(xù)流的放電，繞組、線餅、線匝之間或繞組對地之間油的電弧擊穿，有載分接開關(guān)的選擇開關(guān)切斷電流6低于150的熱故障2001通常是包有絕緣層的導(dǎo)線過熱7150300低溫范圍的過熱故障3020磁通集中引起的鐵心局部過熱，熱點溫度依下述情況為序而增加；鐵心中的小熱點、鐵心短路、由于渦流引起的銅過熱、接頭或接觸不良（形成焦炭）、鐵心和外殼的環(huán)流8300700中等溫度范圍的熱故障0219高于700高溫范圍的熱故障4022注：1、隨著火花放電強度的增長，特征氣體的比值有如下趨勢：C2H2/C2H4從0.13增加到3以上，C2H

25、4/C2H6從0.13增加到3以上；2、氣體主要來自固體絕緣的分解，這說明了C2H4/C2H6比值的變化； 3、通常由氣體濃度的不斷增加來反映，CH4/H2的值通常為1，實際值大于或小于1，這與很多因素有關(guān)，如油保護系統(tǒng)的方式、實際的溫度水平和油的質(zhì)量等；4、C2H2含量的增加表明熱點溫度可能高于1000；5、C2H2和C2H4的含量均未達到應(yīng)引起注意的數(shù)值。盡管油中溶解氣體分析方法在變壓器故障診斷中暴露出來一些缺陷和不足，但是這些不足和缺陷正在逐步解決和克服，其中的內(nèi)容不斷得到修補和擴充。如何進一步發(fā)揮DGOA診斷方法的優(yōu)勢，及時、快速地分析診斷出絕緣早期故障，已成為高壓電氣設(shè)備故障診斷研究

26、的一個熱點。DGOA方法是目前診斷與溫度有關(guān)的故障的最重要的方法。同時，DGOA方法已經(jīng)實現(xiàn)了在線監(jiān)測。4、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（1）專家系統(tǒng)（TFDES）1）TFDES的知識庫結(jié)構(gòu)變壓器故障診斷專家系統(tǒng)（TFDES）由變壓器故障診斷的知識庫、數(shù)據(jù)庫、解釋機制、推理機和人機接口5部分組成。知識庫是專家系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)的知識庫建成模塊化結(jié)構(gòu)，如圖515所示。TFDES著重圍繞氣體色譜分析，根據(jù)油中溶解氣體色譜分析的數(shù)據(jù)，采用三比值法和特征氣體法對變壓器運行狀況進行初步分析，判斷變壓器是正常、正常老化、局部放電，還是過熱故障。同時結(jié)合外部檢查、絕緣油特性試驗、絕緣油預(yù)防性檢查等檢測手段建立知

27、識庫。圖515 TFDES知識庫模塊圖綜合分析模塊根據(jù)氣體色譜分析、外部檢查、絕緣油特性、絕緣預(yù)防性試驗?zāi)K分析的結(jié)果，對變壓器的運行狀況進行分析判斷，并向運行人員作出“變壓器運行”或“停機、進行電氣試驗和內(nèi)部檢查”等建議。協(xié)調(diào)器是TFDES的主模塊，它控制、協(xié)調(diào)其它模塊的工作。2）TFDES的特點TFDES的知識表達采用目前專家系統(tǒng)中最廣泛使用的產(chǎn)生式系統(tǒng)，知識庫為模塊式結(jié)構(gòu)。各模塊相互獨立，從而有利于知識庫的修改、擴充和更新，這給知識庫的維護帶來很大方便。充分利用了TURBOPROLOG語言的特點，實現(xiàn)目標驅(qū)動的反向推理，并引入了模糊邏輯，成功地處理了某些模糊問題。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫由氣體分析

28、與絕緣預(yù)防數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫兩部分組成。前者可將各種氣體數(shù)據(jù)和絕緣預(yù)防數(shù)據(jù)作為歷史資料存檔，以便用戶隨時查詢、管理。最后得出的結(jié)論，不但根據(jù)當(dāng)前的輸入數(shù)據(jù)，而且還綜合歷史變化的趨勢進行縱向分析，以及對有關(guān)試驗數(shù)據(jù)進行橫向分析。動態(tài)數(shù)據(jù)庫存放中間推理結(jié)果和最終判斷結(jié)論，在用戶需要解釋時，以便由解釋機制調(diào)用。（2）變壓器故障診斷的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（TFDANN）1）TFDANN的結(jié)構(gòu)TFDANN的實質(zhì)就是用來模擬人腦的信息處理功能，它具有自組織、自學(xué)習(xí)的能力，能映射高度非線性的輸入、輸出關(guān)系。TFDANN工作過程由學(xué)習(xí)期和工作期兩個階段組成。學(xué)習(xí)期：在學(xué)習(xí)過程中，氣體分析數(shù)據(jù)及其它各種測試數(shù)據(jù)來源于變

29、壓器歷史數(shù)據(jù)的計算后的結(jié)果，接著數(shù)據(jù)集被讀入網(wǎng)絡(luò)，通過反向傳播學(xué)習(xí)計算法，計算權(quán)值和閾值。工作期：在診斷過程中，計算來自不同變壓器的測試樣本，從而得到網(wǎng)絡(luò)的實際輸出，最后將這些值與所期望的輸出值進行比較。TFDANN采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模塊化結(jié)構(gòu)，其各模塊樣本訓(xùn)練是獨立進行的。結(jié)構(gòu)如圖516所示。其中BP1是特征氣體法模塊，輸入特征元素X1X6分別為H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO等6種氣體在TCG中的含量，其輸出Y1Y4分別對應(yīng)變壓器故障診斷正常、過熱、電暈、電弧4種情況，其結(jié)構(gòu)如圖517所示。圖516中BP2為三比值法模塊，其中X7X9分別為C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的比值數(shù)據(jù)特征元素，輸出Y5Y12分別對應(yīng)變壓器的故障性質(zhì)。BP3為絕緣油特性試驗?zāi)K，輸入特征元素X10X15分別對應(yīng)酸值、電阻率、含水量、表面張力、介損、擊穿電壓，輸出Y13Y15分別對應(yīng)絕緣油良好、要注意和不良3種狀態(tài)。BP4為變壓器外部檢查模塊，輸入特征元素X16X20分別為變壓器運行的油溫、油位、各種噪聲等數(shù)據(jù)，其輸出Y16、Y17對應(yīng)變壓器外部及內(nèi)部是否異常。圖516 TFDANN模塊結(jié)構(gòu)圖圖517 BP1模塊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖TFDANN主模塊根據(jù)各分模塊輸出的結(jié)果進行歸納，最后輸出TFDANN診斷結(jié)論。2）TFDANN的特點采用反向傳播BP網(wǎng)絡(luò)，具有良好的模