基于现场油色谱数据的变压器诊断阈值精细化研究：理论、模型与实践.docxVIP

基于现场油色谱数据的变压器诊断阈值精细化研究：理论、模型与实践

一、绪论

1.1研究背景与意义

在现代社会，电力系统是支撑社会运转的关键基础设施，为工业、商业、居民等各个领域提供不可或缺的能源支持。而变压器作为电力系统中的核心设备，在电力传输和分配过程中扮演着举足轻重的角色，是连接发电站和最终用户的关键桥梁。

从电力传输角度来看，在长距离输电时，为减少线路损耗，通常需将发电站输出的低电压转换为高电压进行传输。例如，从大型水电站输出的电力，先通过变压器将电压升高至几百千伏甚至更高，然后经高压输电线路传输到远方的用电区域。在电力分配环节，当电力到达用户端之前，又需要变压器将高电压降低到适合家庭和商业用途的电压水平，一般家庭用电电压为220V，商业用电电压为380V，这都依赖于变压器的降压作用。此外，变压器还提供了电气隔离功能，确保操作人员和设备的安全，防止不同电压级别的电力系统之间的电气干扰。同时，某些类型的变压器，如电抗器，还能用于校正电力系统的功率因数，提高系统的效率；变压器也可用于滤除电力系统中的谐波，避免谐波对设备造成损害，保障电力系统的稳定运行。

然而，变压器在长期运行过程中，会受到多种因素的影响，如运行环境中的温度、湿度、灰尘等，以及设备自身特性，如绝缘老化、局部放电、电火花、过载和短路等，从而出现各种故障。当变压器发生故障时，可能会引发一系列严重的后果。比如，变压器绝缘故障可能导致内部电气设备损坏，甚至引发火灾事故；绝缘油故障会影响变压器的绝缘性能，导致油质劣化、油位降低、油质污染等问题；电流互感器故障会使测量数据失真，影响电力系统的运行判断；电压互感器故障同样会造成测量数据不准确，干扰电力系统的正常调控；温升故障若不及时处理，会导致变压器绝缘性能下降，严重时损坏设备；电压不平衡故障则会加剧设备损耗，缩短变压器使用寿命。这些故障不仅会导致变压器本身损坏，造成设备报废，还会影响电力系统的稳定性，引发电压波动、频率波动，甚至系统振荡，导致大面积停电事故，给社会生产和居民生活带来极大的不便和损失。例如，2003年美国东北部和加拿大东南部发生的大面积停电事故，起因之一就是变压器等设备故障，此次事故影响了约5000万人口，造成了巨大的经济损失和社会影响。

为了提前预警和检测变压器故障，保障电力系统的安全稳定运行，变压器故障诊断技术应运而生。目前，变压器故障诊断技术种类繁多，包括油液分析法、红外热像法、超声波检测法、振动检测法等。其中，油液分析法是一种较为成熟且应用广泛的技术，其基本原理是通过对变压器内部的油液进行检测和分析，来预测其运行状态和故障发生的可能性。变压器内部发生不同故障时，会产生不同的气体，这些气体溶解在变压器油中，通过分析油中气体的成分、含量、产气率和相对百分比，就可达到对变压器绝缘诊断的目的。几种典型的油中溶解气体，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析的特征气体。

在油液分析法中，确定合理的诊断阈值是至关重要的环节。诊断阈值就如同一个“警戒值”，当油中溶解气体的浓度、产气速率等指标超过这个阈值时，就意味着变压器可能存在故障隐患，需要引起运维人员的高度关注并进行进一步的检测和分析。然而，现阶段国内虽然在变压器故障诊断领域已经开展了大量研究工作，但基于现场油色谱数据来寻找变压器诊断阈值的研究相对较少。现有的一些诊断阈值设定方法存在一定的局限性，例如，部分阈值是通过大量实验数据和人工经验确定的，可能无法充分考虑不同变压器的实际运行工况，导致故障报警率低，为电网的安全稳定运行留下隐患。因此，深入研究基于现场油色谱数据的变压器诊断阈值具有重要的现实意义。

通过本研究，能够完善变压器的故障诊断体系，提高变压器运行的可靠性和安全性。基于现场油色谱数据寻找变压器故障诊断阈值，可以为变压器的实时监测和运行状态评估提供更可靠的数据支持，使运维人员能够更准确地判断变压器的运行状态，及时发现潜在的故障隐患。此外，通过建立基于诊断阈值的变压器运行状态监测模型和故障预警方法，能够提前发现和诊断变压器故障，采取相应的措施进行处理，从而减少故障损失和维修成本，保障电力系统的稳定运行，为社会经济的持续发展提供坚实的电力保障。

1.2国内外研究现状

变压器故障诊断技术一直是电力领域的研究重点，国内外众多学者和研究机构围绕这一领域开展了大量深入且富有成效的研究工作，在理论和实践应用方面均取得了显著进展。

在国外，美国、德国、日本等发达国家在变压器故障诊断技术领域处于世界前沿水平。美国电力科学研究院（EPRI）长期致力于电力设备的状态监测与故障诊断研究，研发出一系列先进的监测技术和诊断方法。例如，EPRI开发的基于油中溶解气体分析（DGA）的故障诊断系统，能够对变压器油中的多种特征气体进