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油中溶解气体电力变压器故障诊断专家系统

师瑞峰;史永锋;牟军;李慧;刘潇涵

【摘要】保证电力变压器可靠运行是电力系统安全稳定的重要研究课题,现有的油

中溶解气体分析方法存在编码涵盖范围小、不可扩展等不足,影响了其在实际工程

中的应用.为此,提出了一种可扩展的油中溶解气体成分的电力变压器故障诊断专家

系统,通过将传统三比值法、统计学习方法及实际经验法获得的故障判别规则进行

整合,建立了可增扩新规则的专家系统.为验证该方法的有效性,采用3类典型算例、

42条故障记录作为进行判别,研究结果表明,建立的专家系统较现有方法具有更好的

操作性和判别准确率.

【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》

【年(卷),期】2014(026)012

【总页数】6页(P49-54)

【关键词】电力变压器;溶解气体分析;故障诊断;体系构建;专家规则库

【作者】师瑞峰;史永锋;牟军;李慧;刘潇涵

【作者单位】华北电力大学控制与计算机工程学院,北京102206;华北电力大学控

制与计算机工程学院,北京102206;山东省临沂供电公司,临沂276000;山东省临沂

供电公司,临沂276000;山东省临沂供电公司,临沂276000

【正文语种】中文

【中图分类】TM411

电力变压器属于电力系统中的重要设备，其运行状态直接关系到整个电力系统的安

全与稳定。目前110kV及以上等级的大型电力变压器主要采用油纸绝缘结构，在

正常老化过程及故障初期，油纸绝缘劣化所形成的低分子烃、氢气以及碳的氧化物

等气态化合物绝大部分将溶解于油中。目前实际现场通过采用IEC61850标准所述

方法，从油样中分离出这些溶解气体，再利用色谱技术对其进行定量分析[1]。变

压器油中溶解的各种气体成分相对数量与形成速度主要取决于故障点能量的释放形

式及故障严重程度，因此根据色谱分析结果可进一步判断设备内部是否存在异常，

进而推断故障类型及故障能量等。

溶解气体分析DGA（dissolvedgasanalysis）技术是目前对油浸变压器进行故障

诊断最便捷、最有效的手段之一，它可以比较准确、可靠地发现逐步扩展的潜伏性

故障，预防可能由此引起的重大事故。在油中溶解气体诊断方面，主要采用IEC/

IEEE推荐的方法；一些国家结合自身实际情况，制定了符合各自国情的油中气体

“可接受水平”及故障判断规则[2]。我国沿用了国际电工技术委员会IEC

（InternationalElectrotechnicalCommission）三比值法在以往设备运行维护

中为发现变压器故障隐患、降低事故率发挥了巨大作用[3]。

IEC三比值法是利用DGA结果对充油电力设备进行故障诊断的基本方法。但长期

实践中发现IEC60599所提供的编码并不完备，实际应用中有相当一部分DGA结

果未能涵盖于此编码中，以至于无法对某些情况进行诊断[4]。目前许多国家采用

IEC60897提供的规则和编码对变压器故障进行诊断，一定程度上提升了诊断效果

[5]。此外，一些学者通过对油中溶解气体成分、含量以及各种气体比例进行综合

分析后，获得变压器故障结果[6-7]。

本文在现有研究变压器故障诊断文献综述基础上，结合三比值法编码的特点，提出

了一种构建变压器故障专家体系方法。通过对故障诊断系统的可扩展性和快速诊断

能力方面进行设计，达到改进现有诊断系统性能的目的。

目前大型变压器还是采用三比值法进行故障分析及判别，但由于三比值法本身存在

一定的缺陷，用人工智能方法编码进行故障诊断又可能存在过拟合等问题。因此本

文构建了一种基于IEC三比值法改进的结合启发式方法的诊断结果及现场专家经

验的变压器故障诊断专家系统。

1.1三比值法的基本原理

三比值法是一种采用变压器油中溶解的5种特征气体C2H4、C2H6、C2H2、

CH4、H2构成的三对比值C2H2/C2H4、CH4/H2和C2H4/C2H6对变压器故障

类型进行判别的方法。该方法通过对这3种比值不同范围的组合进行编码，建立

起组合对与相应故障之间的关联关系进而故障判别的依据。把这些比值以不同的编

码表示，如表1所示。根据测试结果计算得出编码，并把3对比值换算成对应的

编码组，然后查表对应得出故障类型和故障的大体部位，如表2所示[8]。

通过大量的实践，发现三比值法存在一些不足