變壓器過(guò)熱故障的油色譜診斷方法可靠性評(píng)估研究

國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司 田 姍

中國(guó)石油華北油田公司第五采油廠 李新良

華北石油管理局水電廠 張曉強(qiáng)

國(guó)網(wǎng)河北省電力公司物資分公司 郭路遙

變壓器過(guò)熱故障的油色譜診斷方法可靠性評(píng)估研究

國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司 田 姍

中國(guó)石油華北油田公司第五采油廠 李新良

華北石油管理局水電廠 張曉強(qiáng)

國(guó)網(wǎng)河北省電力公司物資分公司 郭路遙

針對(duì)目前用于變壓器過(guò)熱故障的各種油色譜診斷方法特點(diǎn)，給出了診斷方法的評(píng)估指標(biāo)和注意值，結(jié)合診斷方法的正確率和靈敏度兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行比較分析，對(duì)診斷方法的可靠性進(jìn)行了評(píng)估，確定了診斷方法的適用性。

油色譜；可靠性；評(píng)估

1. 引言

在變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，目前國(guó)內(nèi)普遍采用超注意值診斷報(bào)警的方式[1]，而對(duì)超出注意值卻未導(dǎo)致變壓器故障停運(yùn)的運(yùn)行狀態(tài)，并未細(xì)分狀態(tài)的等級(jí)。由于實(shí)際中變壓器故障多為緩慢發(fā)展的潛伏性故障，憑單一閾值的方式進(jìn)行區(qū)分，顯然不夠合理。國(guó)際上IEEE曾將正常運(yùn)行狀態(tài)劃分為4個(gè)等級(jí)[2-3]，但采用的僅是等距劃分的方式。對(duì)于故障診斷，目前常用的油色譜診斷方法包括特征氣體法、簡(jiǎn)化杜威法、IEC三比值法、改良電協(xié)研法等[4-5]，由于具有使用簡(jiǎn)單、診斷過(guò)程清晰易懂等優(yōu)點(diǎn)，以上各方法得到了廣泛應(yīng)用，但是這些方法也存在著一些缺陷和不足。為此，評(píng)估各診斷方法針對(duì)不同的變壓器油種類的適用性，研制一套更加細(xì)化的變壓器油色譜診斷方法和標(biāo)準(zhǔn)顯得尤為重要。

2. 診斷方法的評(píng)估指標(biāo)

對(duì)于某類故障的診斷，診斷的結(jié)果通?？梢苑譃槿?，一是正確診斷為該類故障，即確診；二是實(shí)際中不是該類故障而錯(cuò)誤診斷為該類故障，即誤診；三是實(shí)際中是該類故障但診斷為其它故障類型，為漏診。這三者之間并不是孤立的，之間的關(guān)系可通過(guò)正確率和靈敏度聯(lián)系起來(lái)。如1所示，圖中A、B、C區(qū)域分別表示確診、誤診和漏診，則紅色圓圈區(qū)域A+B表示診斷為該故障的案例總體，黑色圓圈區(qū)域A+C表示所處理的案例數(shù)據(jù)庫(kù)中該類型故障總體。一般地，正確率的定義為：正確診斷的案例個(gè)數(shù)與診斷為該故障的總體案例個(gè)數(shù)之比，則第i類故障診斷正確率可表示為：

其中，N(Ai)為第i類故障正確診斷的個(gè)數(shù)，N(Bi)為第i類故障誤診的個(gè)數(shù)。與此類似，靈敏度的定義為：正確診斷的案例個(gè)數(shù)與所處理的案例數(shù)據(jù)庫(kù)中該類型故障的總個(gè)數(shù)之比，則第i類故障診斷靈敏度可表示為：

其中，N(Ci)為第i類故障漏診的個(gè)數(shù)。

診斷方法的綜合可靠性為：n類故障正確診斷的案例個(gè)數(shù)之和與總體案例個(gè)數(shù)之和的比值，可表示為：

此時(shí)，故障的綜合正確率和靈敏度是一致的。

在以往針對(duì)色譜診斷方法的比較中，主要是基于正確率的統(tǒng)計(jì)，通過(guò)比較正確率的大小來(lái)評(píng)估方法的優(yōu)劣，但這僅是考慮了誤診因素，而忽略了漏診對(duì)診斷方法的影響。為了更好地應(yīng)用于工程實(shí)際且為后續(xù)的綜合診斷方法服務(wù)，本項(xiàng)目在油色譜診斷方法的可靠性評(píng)估中，除了綜合可靠性比較外，還對(duì)每類典型故障的結(jié)果分別進(jìn)行比較，且以正確率和靈敏度兩個(gè)概率的形式給出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各診斷方法可靠性的全面準(zhǔn)確評(píng)估。

圖1 正確率與靈敏度關(guān)系圖

3. 診斷方法注意值的選取

采用比值法等方法對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須首先判斷變壓器是否存在故障，否則，若利用診斷方法處理正常數(shù)據(jù)往往會(huì)導(dǎo)致誤判。目前判斷是否存在故障的方法，主要根據(jù)氣體的注意值以及氣體的增長(zhǎng)速率。由于本項(xiàng)目所處理的案例均是單一時(shí)間的數(shù)據(jù)序，并無(wú)歷史數(shù)據(jù)，無(wú)法計(jì)算氣體的增長(zhǎng)速率，此處以氣體注意值進(jìn)行判斷。

氣體注意值并不是故障的準(zhǔn)確閾值，僅表示超過(guò)該值后故障的概率較大。對(duì)于氣體注意值的大小，各國(guó)制訂的標(biāo)準(zhǔn)不一，目前尚無(wú)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。由于中國(guó)的注意值較IEC的標(biāo)準(zhǔn)分散性小，且也在IEC的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，為此，氣體注意值以表1為準(zhǔn)。

表1 GB/T 7252-2001溶解氣體含量的注意值（μl/l）

4. 診斷方法的可靠性評(píng)估

從圖2中可以看出，國(guó)內(nèi)外變壓器故障類型的比例分布有較大差異，國(guó)內(nèi)變壓器故障以熱性故障的高溫過(guò)熱比例最大，其次是電性故障的電弧放電，而國(guó)外以電性故障的電弧放電比例最大，其次是熱性故障。

分別采用杜威三角圖法、氣體解釋表法、羅杰斯法、IEC三比值法、電協(xié)研法5種國(guó)外典型故障診斷方法和國(guó)內(nèi)常用的改良三比值法、HAE法共7種故障診斷方法對(duì)故障案例進(jìn)行診斷。針對(duì)每種故障類型，各診斷方法的正確率和靈敏度比較如圖3-圖5所示，綜合可靠性比較如圖6所示。

圖2 故障案例的分布比例

圖3 各方法正確率和靈敏度對(duì)比--低溫過(guò)熱故障

圖4 各方法正確率和靈敏度對(duì)比--中溫過(guò)熱故障

圖5 各方法正確率和靈敏度對(duì)比--高溫過(guò)熱故障

圖6 各方法正確率和靈敏度總體對(duì)比

5. 小結(jié)

綜合考慮方法的正確率和靈敏度，從上述圖表的數(shù)據(jù)可以看出，所采用的7種診斷方法中，對(duì)應(yīng)于每種故障類型，其有效性有所差別。對(duì)低溫過(guò)熱診斷可靠性較好的是IEC法和改良三比值法，盡管電協(xié)研法正確率可達(dá)75%，但靈敏度僅為15%；對(duì)中溫過(guò)熱診斷可靠性較好的是羅杰斯法、IEC法、電協(xié)研法和改良三比值法，其正確率和靈敏度均在55%左右；對(duì)高溫過(guò)熱診斷，除HAE法無(wú)法區(qū)分過(guò)熱故障以及氣體解釋表法的靈敏度較低之外，其余方法的正確率和靈敏度均較高，可靠性好。

[1]敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2]IEEE guide for the interpretation of gases generated in oilimmersed transformers[S].IEEE Std C57.104-2008, 2009.

[3]Michel Duval.Calculation of DGA Limit Values and Sampling Intervals in Transformers in Service[J].IEEE Electrical Insulation Magazine,2008,24(5): 7-13.

[4]International Standard Norme Internationale[S].IEC CEI 60599,2007.

[5]郝建,廖瑞金.變壓器油紙絕緣熱老化酸類及銅類產(chǎn)物生成規(guī)律分析[J].高電壓技術(shù),2010,36(9):2160-2166.

[6]廖瑞金,顧佳.銅對(duì)不同組合變壓器油紙絕緣系統(tǒng)熱老化特性的影響[J].高電壓技術(shù),2011,37(4):817-822.

[7]孫才新,郭俊峰,廖瑞金.變壓器油中溶解氣體分析中的模糊模式多層聚類故障診斷方法的研究[J].電機(jī)工程學(xué)報(bào),2001,21(2):38-48.

[8]高駿,何俊佳.量子遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在變壓器油中溶解氣體分析中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010,30(30):121-127.