電力變壓器優(yōu)質(zhì)絕緣熱老化的相關(guān)研究

鮑慶珍

【摘 要】本文綜述了電力變壓器油紙絕緣老化的研究現(xiàn)狀，在變壓器絕緣老化程度診斷和壽命評(píng)估方面應(yīng)用的可行性和有效性。電力變壓器最佳的經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越依賴于適當(dāng)?shù)睦匣癄顩r監(jiān)測(cè)、壽命評(píng)估和壽命延長(zhǎng)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】變壓器；絕緣老化；診斷技術(shù)

1 變壓器絕緣老化檢測(cè)

油浸式電力變壓器絕緣采用油紙（板）絕緣結(jié)構(gòu)形式，其中固體絕緣大部分由纖維素構(gòu)成。促使其最終損壞的主要因素包括維護(hù)工作差，運(yùn)行事故和超負(fù)載運(yùn)行等。由纖維素構(gòu)成的固體絕緣，其造成變壓器老化的原因，通?？蓺w結(jié)為熱老化和電老化。

DGA分析主要用于判斷油老化；HPLC分析用于判斷紙纖維老化；介質(zhì)損耗因數(shù)分析不僅用于判斷紙纖維的老化，而且還可以裂解信息。變壓器絕緣在熱老化過(guò)程中，將產(chǎn)生CO和CO2等氣體，由于油和紙?jiān)跓崂匣^(guò)程中都將分解產(chǎn)生CO和CO2，因此，僅靠DGA分析是不夠的。

1.1 油中氣體分析

變壓器通過(guò)油中氣體分析（DGA）定量測(cè)定的主要?dú)怏w是H2，CH4，C2 H6，C2H4，C2 H2，CO，CO2.由DL/TIEC60599《變壓器油中溶解氣體的分析和判斷導(dǎo)則》推薦的三比值法是建立在DGA數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，可用來(lái)判斷變壓器內(nèi)部故障的性質(zhì)。當(dāng)變壓器故障涉及固體絕緣材料時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生CO和CO2，CO和CO2作為絕緣老化的特征氣體，其含量在一定程度上反映了變壓器絕緣的狀況。變壓器絕緣老化狀況的診斷僅僅依靠CO和CO2含量、產(chǎn)氣速率、CO2或CO的比值來(lái)判斷將帶有很大的不確定性，在老化分析中的偏差較大，只能將其作為參考，若作為判據(jù)則是不靈敏、不確切和不可靠的。

1.2 高性能液相色譜分析

應(yīng)用高性能液相色譜分析（HPLC）技術(shù)確定變壓器油中溶解的糠醛（C5H4O2）含量（Furan）是十分迫切和必要的。用糠醛含量來(lái)判斷變壓器老化狀態(tài)，是目前變壓器老化最有效的在線檢測(cè)手段之一。

由于糠醛作為絕緣紙?jiān)跓崂匣^(guò)程中分解的特殊產(chǎn)物，成為變壓器老化的判據(jù)正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，因此，一般認(rèn)為油中糠醛含量達(dá)到0.5mg/L時(shí)，變壓器整體絕緣水平處于壽命中期；達(dá)到1～2mg/L時(shí)，絕緣劣化嚴(yán)重；達(dá)到4mg/L時(shí)，變壓器絕緣壽命終止。

HPLC方法所面臨的問(wèn)題是：當(dāng)對(duì)變壓器換油或進(jìn)行油處理后，由于糠醛含量隨油的更換而發(fā)生變化，因此，對(duì)溶解油中糠醛含量的分析已難以直接得到與聚合度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但紙的拉伸強(qiáng)度是不隨油的更換而改變的，這就需要對(duì)各次測(cè)量的數(shù)據(jù)、換油情況作記錄，以便綜合分析絕緣實(shí)際老化的程度。

1.3 絕緣紙聚合度的檢定

變壓器絕緣材料的聚合度（DP）是絕緣老化程度最準(zhǔn)確、可靠、有效的判據(jù)。 聚合度的測(cè)定在取樣后，須將紙中的油脂、金屬離子及其他充添劑提抽干凈，然后粉碎、硝化，使之溶解于乙酸乙酯溶劑中，并利用烏別洛得粘度計(jì)測(cè)定紙溶液的粘度，求得紙的聚合度（DP）。

聚合度的曲線表明，新紙板聚合度一般為1200～1800。

變壓器對(duì)絕緣紙老化壽命的判斷標(biāo)準(zhǔn)大致定為：當(dāng)平均聚合度下降到500時(shí)，變壓器整體絕緣處于壽命中期；當(dāng)平均聚合度下降到250時(shí)，可認(rèn)為變壓器絕緣壽命已終止；當(dāng)聚合度下降到150時(shí)，絕緣紙的機(jī)械強(qiáng)度幾乎為零。變壓器取紙樣部位的不同，將會(huì)導(dǎo)致聚合度數(shù)值的不同，由于聚合度具有一定的分散性，因此，要求在多個(gè)部位上取紙樣，以求得平均聚合度；或者要求每次在代表性部位取紙樣。取樣數(shù)應(yīng)該統(tǒng)一，以強(qiáng)調(diào)其可比性和同比性。

2 絕緣老化診斷的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

由于引起變壓器絕緣老化的原因相當(dāng)復(fù)雜，壽命估計(jì)不是要求預(yù)報(bào)變壓器將發(fā)生絕緣故障的確切時(shí)間，而是預(yù)報(bào)發(fā)生故障可能性的增加和工作可靠性的減少.當(dāng)可靠性下降到一定值時(shí)，變壓器老化程度對(duì)應(yīng)的壽命對(duì)于一定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)實(shí)際上已經(jīng)終止。用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)運(yùn)行中變壓器老化程度的判斷，對(duì)剩余壽命的定量估計(jì)，是建立在可靠性基礎(chǔ)上的。

2.1 TFDANN的結(jié)構(gòu)

變壓器絕緣老化診斷的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（TFDANN）實(shí)質(zhì)是用模擬人腦信息處理的功能.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種理想的模式分類器，它具有自組織、自學(xué)習(xí)的能力，能映射高度非線性的輸入、輸出關(guān)系。

來(lái)TFDANN輸入特征矢量為7個(gè)，分別對(duì)應(yīng)特征氣體H2，CH4，C2 H2，C2H4，C2H6，CO2/CO的比值和糠醛含量C5H4 O2.模塊采用雙隱層結(jié)構(gòu)，共設(shè)46個(gè)隱層節(jié)點(diǎn)，上下層節(jié)點(diǎn)間充分連接，同層、隔層間節(jié)點(diǎn)相互不連接.其輸出特征矢量為1個(gè)，輸出值的范圍為0～1。

輸出值對(duì)應(yīng)變壓器絕緣老化的程度∶趨“0”則表示變壓器絕緣狀況良好；趨“0.5”則表示變壓器絕緣老化處于壽命的中期；變壓器絕緣老化壽命終止的可靠性，取決于輸出值趨近于“1”的程度。

2.2 TFDANN的工作特點(diǎn)

在TFDANN軟件中，輸出矢量選取CO2/CO的比值，是由于CO和CO2包含了與纖維素狀態(tài)有關(guān)的信息，而它們的比值在一定程度上能反映變壓器內(nèi)部絕緣的狀況。選取糠醛含量作為特征矢量，是考慮到在節(jié)點(diǎn)函數(shù)中它與變壓器絕緣材料聚合度的對(duì)應(yīng)關(guān)系和糠醛含量自身與變壓器絕緣老化程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

結(jié)論是TFDANN軟件經(jīng)有限的數(shù)據(jù)訓(xùn)練后得到的樣本測(cè)出的結(jié)果。結(jié)論表明TFDANN在變壓器絕緣老化診斷中具有很高的準(zhǔn)確性，其結(jié)論與實(shí)際故障相吻合。

2.3 TFDANN的成功經(jīng)驗(yàn)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用少而清晰的知識(shí)來(lái)表示一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，可展現(xiàn)出可能連領(lǐng)域?qū)＜叶疾皇至私獾膹?fù)雜機(jī)制。在TFDANN開發(fā)過(guò)程中，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)眾多類型中，正確選用了反向傳播（BP）網(wǎng)絡(luò)，吸收了國(guó)內(nèi)外已開發(fā)的實(shí)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)，形成了本軟件系統(tǒng)合理的模塊結(jié)構(gòu)，能較好地處理變壓器絕緣老化診斷中的一些模糊問(wèn)題。 TFDANN設(shè)計(jì)、開發(fā)，包括輸入、輸出特征矢量的確定，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、節(jié)點(diǎn)權(quán)值的定義.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選樣、完善，即通過(guò)樣本的訓(xùn)練和預(yù)期精確度的比較，使隱層和節(jié)點(diǎn)數(shù)目逐步確定。

3 結(jié)論

變壓器絕緣老化診斷技術(shù)的研究是建立在DGA和HPLC等測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，更進(jìn)一步的研究是必須在發(fā)電廠、供電局、變電站等部門建立起聯(lián)合的數(shù)據(jù)庫(kù)，用代碼表示相關(guān)的信息。這些資源對(duì)診斷老化，以及壽命評(píng)估的提供是極有價(jià)值的財(cái)富，并促使診斷技術(shù)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助診斷，較長(zhǎng)期的目標(biāo)是建立和發(fā)展預(yù)測(cè)絕緣故障和剩余壽命的分析系統(tǒng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]路長(zhǎng)柏.電力變壓器絕緣技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.

[2]張海潮.糠醛濃度判斷變壓器絕緣紙壽命的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[J].高電壓技術(shù).

[責(zé)任編輯：湯靜]