电力变压器绝缘故障的分析与诊断

论文摘要

在我国实施的“西电东送、南北互供、全国联网”能源战略中,电力变压器是变电站的核心设备,也是互联电网安全运行的最重要和关键设备之一,它的运行状况直接关系到电力系统的安全运行。绝缘油和绝缘纸是变压器的主要绝缘材料,在外界应力作用下,容易老化,导致事故的发生。油进行滤油处理或更换即可解决,影响变压器长期运行可能出现的问题是绝缘纸。经证实,大多数变压器故障是由绝缘事故造成的。因此,确保运行变压器的正常运转,对电力变压器故障诊断技术进行研究十分必要。本文选择电力变压器的绝缘故障为研究对象,从高压变压器绝缘油硫腐蚀、油中糠醛含量测定、油中溶解气体分析及神经网络在故障诊断中应用三个方面展开分析与研究:（1）国外涉及到与硫腐蚀相关的大多数变压器事故中,在油中检测到了二苄基二硫（DBDS）这种有机物。国内有关变压器绝缘油的硫腐蚀故障报道较少,本文通过实验模拟二苄基二硫的存在对油性能的影响,具体分析了变压器绝缘油硫腐蚀产生的原因和应对措施。从分析结果来看,加入DBDS的油样,在一定程度上也降低了油的绝缘性能,其体积电阻率、介质损耗均略有降低。经电镜扫描发现,加入DBDS的试样铜片表面沉积物与预期的硫化亚铜有着相似的原子结构分布,有理由相信这些沉积物是硫化亚铜类似物。导电物质硫化亚铜在受污染的纸带层间隙发生电荷堆积时,将引起整个介质损耗（tanδ）的额外增加。增加的热量导致绝缘纸电导率增长,绝缘强度变得越来越弱,以致不能支撑油浸纸带边缘的电压,导致邻近导线间电击穿。模拟实验中试样铜片处于静态腐蚀,而实际运行变压器和电抗器内部油处于循环状态,发生硫腐蚀引起绝缘纸上硫化亚铜沉淀的机理更加复杂。另外,温度的影响十分显著,在铜绕组的高温部位,铜钝化剂很快被消耗掉了,就失去了原有保护作用。即便是向油中加入铜钝化剂,也不能从根本上解决硫腐蚀这个问题。（2）变压器油中糠醛浓度ρ（C5H4O2）是绝缘纸老化程度的重要指标,测定糠醛含量可快速判断油浸式变压器绝缘材料的老化情况。采用高效液相色谱测定油中糠醛含量,通过试验得出了液相色谱法的最佳检测条件:选用甲醇作油中糠醛的萃取剂,检测波长271 nm,流动相为体积比（1:1）的甲醇和水,检测流量0.8mL/min。并对湖南省多台不同运行年限和不同电压等级的变压器,采用液相色谱法就油中糠醛含量展开了检测。结果表明:油中糠醛含量随变压器运行年限增长而增大;补油、漏油、换油等油处理过程会造成部分糠醛损失,这对于正确反映固体绝缘情况有一定影响。因此,对油纸绝缘设备定期进行油中糠醛含量测定是必要的。（3）油中溶解气体分析方法（DGA）是诊断变压器故障的一种有效方法,该技术在诊断变压器内部潜伏性绝缘故障类型,预测故障发展程度等方面得到广泛应用。分析了变压器油中气体的形成机理,用特征气体法和改良三比值法来判断电力变压器绝缘故障,探究了故障类型与油中气体含量的关系。湖南省超高压输变电公司所管辖一台变压器的监测数据出现异常,采用DGA技术进行跟踪分析,发现该主变压器存在潜伏性故障,吊罩检查结果证实了基于油中溶解气体为特征量的变压器故障诊断方法的准确性。在油中溶解气体分析技术基础之上,采用粒子群算法和反向传播神经网络建立了一种新型故障诊断网络模型。与传统的三比值法相比较,该网络模型的诊断方法达到了较好的故障识别与分类,诊断准确率显著提高,预期在电力设备故障诊断中有良好应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 变压器故障诊断的重要意义
• 1.2 变压器绝缘材料的化学组成及故障产生的原因
• 1.3 电力变压器绝缘故障诊断技术的国内外研究现状
• 1.3.1 绝缘油硫腐蚀故障诊断
• 1.3.2 绝缘油中糠醛含量与绝缘纸老化的关系
• 1.3.3 绝缘油中溶解气体分析诊断电力变压器故障
• 1.3.4 综合评估手段
• 1.3.5 人工智能在变压器故障诊断中的应用及国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 创新点
• 第二章 二苄基二硫对绝缘油腐蚀的研究
• 2.1 油中腐蚀性硫的来源
• 2.2 测试腐蚀性硫的材料与方法
• 2.3 实验方案设计
• 2.3.1 实验仪器与材料
• 2.3.2 前期准备
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 二苄基二硫对介质损耗的影响
• 2.4.2 二苄基二硫对体积电阻率的影响
• 2.4.3 二苄基二硫对油中铜片形态的影响
• 2.5 油硫腐蚀诱导机理分析
• 2.6 腐蚀硫的缓解
• 2.7 小结
• 第三章 电力变压器油中糠醛含量测定条件的研究
• 3.1 糠醛测定方法
• 3.2 检测条件和参数的选择试验
• 3.2.1 样品和仪器
• 3.2.2 紫外吸收波长的选择
• 3.2.4 流动相流速选择
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 流动相的准备
• 3.3.2 样本的预处理
• 3.3.3 标准曲线的绘制
• 3.3.4 实例样品的测试
• 3.4 小结
• 第四章 油中溶解气体分析技术与故障诊断
• 4.1 油纸绝缘材料分解产气的机理
• 4.1.1 绝缘油的老化机理分析
• 4.1.2 绝缘纸的老化机理分析
• 4.2 故障诊断
• 4.2.1 故障类型与油中气体含量的关系
• 4.2.2 故障诊断步骤
• 4.2.3 故障诊断方法判断
• 4.2.4 实例分析
• 4.3 神经网络在故障诊断中的运用
• 4.3.1 人工智能与变压器故障诊断
• 4.3.2 BP 网络设计
• 4.3.3 PSO-BP 优化基本原理
• 4.3.4 PSO-BP 优化的步骤
• 4.3.5 基于PSO-BP 网络的变压器故障诊断
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文）
• s 与[η]· c 的函数对应关系值表'>附录B η_s 与[η]· c 的函数对应关系值表
• 附录C PSO-BP 混合编程代码