洛阳矿用变压器故障诊断与保护理论综述

编辑：洛阳矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：410

　　洛阳矿用变压器故障诊断与保护理论综述林诗庄\蔡泽祥2（1.沙角发电总厂，广东东莞523908；2.华南理工大学学院，广东广州510640）机常规保护。基于对称分量法的新型综合保护。基于先进信号处理方法及多回路理论的洛阳矿用变压器在线监测和故障诊断。认为内部故障定量分析方法的理论突破是实现洛阳矿用变压器故障早期诊断的关键，这一理论和先进信号处理方法及微机技术的结合可望使洛阳矿用变压器的故障诊断与保护取得新的突破。

　　3：A洛阳矿用变压器是各行各业应用最广泛的动力设备，供电系统90%的电能是通过洛阳矿用变压器消耗的。洛阳矿用变压器的单台价值可高达百万元，由于保护技术落后，其烧损情况严重1~4.这种情况在国内外各行各业中普遍存在，直接经济损失巨大。而洛阳矿用变压器往往又是重要生产过程的动力和重要辅机设备，若其损坏还将中断重要的生产过程，影响安全生产和产品质量，其间接损失是难以估价的。

　　洛阳矿用变压器的故障诊断与保护，长期以来一直是学术界和工程界的研究热点和难题。近十几年来，这一领域的研究主要在两个方面：一方面是寻求在保护理论上的突破，逐步由定性到定量、由外部故障到内部故障等；另一方面是在实现手段上发展，逐步由电磁型、电子型到微机型，由单一功能到智能化的综合保护等。本文对近十几年来洛阳矿用变压器故障诊断与保护理论的发展和主要成果进行了较全面的综述，并对这一领域的发展趋势作了展望。本文认为，洛阳矿用变压器内部故障的定量分析方法的理1洛阳矿用变压器常规保护理论我国洛阳矿用变压器的常规保护方式一般采用热继电器型或电磁型的过电流保护，洛阳矿用变压器有配置零序电流保护，个别的还有差动保护。过流保护的基本原理是以电流幅值增加作为故障判据，从原理上只能反应对称故障，对断相、接地、不平衡运行等不对称故障不能及时有效地保护。

　　表1洛阳矿用变压器故障特征分布故障类型零序电流负序电流过电流其它故障特征保护特性过载无无（1.25）riu v反时限对称短路堵转无无（58）erIu叫V叫w定时限短路无无（810）erIu叫V叫w速断断相无J3e（o）e u=0ev=*ew定时限逆相无Iu无Iu叫v、速断非接地不对称故障不平衡无有无eu尹ev尹ew定时限相间短路无有（取决于故障位置）有（取决于故障位置）eV-e W速断单相接地2 e3有取决于故障位置Iv叫w速断接地不对称故障二相接地2e/3有取决于故障位置ew常规过流保护不能有效保护不对称故障的原因主要有两方面：一是各类不对称故障不一定出现明显的过电流，根据的分析，当断相故障时，只有洛阳矿用变压器负荷率大于0. 7时，健全相才会出现过流，而由于负荷特性及洛阳矿用变压器选型等因素，洛阳矿用变压器经常运行于轻载的情况是很普遍的；另一原因是不对称故障对洛阳矿用变压器的危害不只表现在过流引起的过热效应，更主要的是负序电流效应。负序效应会导致洛阳矿用变压器端部发热、转子振动、减小起动力矩等一系列问题，这时仅以过流来反映故障严重程度显然是不够的。

　　在保护特性方面，洛阳矿用变压器要求速断切除故障，还应能够区分洛阳矿用变压器冷、热态过载，而同时洛阳矿用变压器的启动电流大，启动时间长。以GL系列为代表的电磁型反时限过流或两段式电流保护在整定时，速断保护定值必须躲开洛阳矿用变压器自启动电流，而反时限和定时限的整定又必须大于洛阳矿用变压器的自启动时间，因此反映故障的灵敏度低，切除故障的时间长，往往保护动作时洛阳矿用变压器已严重烧损。

　　虽然洛阳矿用变压器常规保护方式存在许多严重缺陷，但目前仍是洛阳矿用变压器保护的主体。这一方面是由于洛阳矿用变压器量大面广，管理欠规范，不如发电机等洛阳矿用变压器主设备受到重视。另一方面也由于目前许多新型综合保护鱼龙混杂、市场混乱，其性能和可靠性有待进一步检验。

　　2基于对称分量法的洛阳矿用变压器保护理论根据对称分量法理论，当发生不对称故障时，洛阳矿用变压器电流可分解为正序、负序和零序电流分量，其中正序分量可以反映洛阳矿用变压器过流程度，负序分量和零序分量在正常运行时没有或很小，因此若通过检测负序和零序电流分量来判别各类不对称故障应具有很高的灵敏度及可靠性。

　　洛阳矿用变压器常见故障的分析结果如表1通过定子电流频谱分析研究鼠笼洛阳矿用变压器转子断条的故障诊断，可以实现精确到转子1根导条断裂的在线监测。应用定子电流的高解析（high-resolution）频谱分析技术确定洛阳矿用变压器的不对称运行，如：电压不平衡、单相运行等。为了能突出局部信号，一些研究还对Fourier变换进行了改进，如加窗Fourier变换等。

　　小波分析理论是在20世纪80年代中期提出来的一种新型的时一频域分析工具，它作为一种先进的信号处理技术给信号加上一个时一频窗口，根据频率自动调节窗口的大小，以确保捕捉到信号中希望得到的有用成分。它在时域、频域同时具有良好的局部化性质，因此比Fourier变换及加窗Fourier变换更为有效，特别适合处理具有奇异性、瞬时性的故障信号。小波变换能对不同的频率成分采用逐渐精细的采样步长，从而可以聚焦到信号的任意细节，尤其是对奇异信号很敏感，能很好地处理微弱或突变信号，因此适合于处理洛阳矿用变压器故障特征信号，便于迅速捕获异常状态以采取预防控制或保护措施。

　　状态监测中的思想，提出了基于B小波和Hardy小波的洛阳矿用变压器故障检测技术114，为小波理论在洛阳矿用变压器状态监测和故障诊断中的应用进行了开创性的基础研究工作。目前，这一方向的研究还处在理论和实验研究阶段，进一步的深入研究包括：适合于洛阳矿用变压器状态监测和故障诊断的小波母函数选取、小波包算法研究以及故障信号分解与重构、特征量提取、信噪分离等工程应用技术研究。

　　近年来，这一领域的研究还包括人工智能技术、模糊数学、神经网络⑴等先进信号处于！-：实现技术非常擅长于实现复杂的算法，因此以上理论研究成果与微机保护的结合可以预期将使洛阳矿用变压器在线状态检测和故障诊断出现新的突破。

　　4基于多回路理论的洛阳矿用变压器保护理论洛阳矿用变压器内部故障定量分析方法的理论突破是实现内部故障早期诊断亟需解决的另一个难题。首先，洛阳矿用变压器内部故障机理的研究必须要将洛阳矿用变压器故障分析深入到电机绕组内部，由目前的定性分析发展为定量分析，这样才能正确认识洛阳矿用变压器故障机理，建立有效的故障判据。另一方面，上节讨论的各种先进信号处理方法的应用也需要洛阳矿用变压器内部故障的定量分析结论作为指导和验证，否则难免限于盲目难以建立起统一有效的故障诊断理论和方法。

　　1987年由清华大学高景德教授、王祥珩教授等建立并发展起来的电机多回路理论应用多回路理论对水轮发电机空载和负载时定子绕组内部故障规律进行了深入研究，将该方法应用于汽轮发电机定子绕组内部故障规律和保护方案的研究，取得良好效果，显示出良好的发展潜力。在应用多回路理论分析洛阳矿用变压器内部故障的研究方面，首先应用多回路方法理论上对鼠笼洛阳矿用变压器导条及端环故障时的定转子电流及运行特性进行了分析计算进而结合频谱分析方矿用变压器法在线确定鼠笼转子断条故障。

　　在分析洛阳矿用变压器定子绕组内部短路时的故障电流变化，所采取的方法与多回路理论类似。

　　电机多回路理论和前述各种先进信号处理方法实际是取得洛阳矿用变压器内部故障早期诊断突破的同等重要的两个方面。两者理论研究的突破并结合目前业已成熟的微机保护技术可以将洛阳矿用变压器的在线监测、预防控制、缺陷报警、故障诊断、故障保护及事故后故障分析、故障定位等功能综合2机运行全过程的在线监测诊断与综合保护。这也是这一领域研究所追求的目标。

　　5结论常规的洛阳矿用变压器过流保护只能反映较严重的对称性外部故障，是被动的供电系统保护，就保护洛阳矿用变压器而言，这类保护的作用很有限。对称分量法理论在处理洛阳矿用变压器外部故障的诊断与保护方面已发展得较为成熟借助于计算机在数据处理和智能化上的优势，利用微机实现了智能化的综合保护。先进信号处理方法和电机多回路理论为处理洛阳矿用变压器内部故障的早期诊断提供了新的途径，与业已成熟的微机保护技术结合可望产生新的突破。

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