變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)特征量的分析與應(yīng)用

馬榕嶸， 曾慶輝， 徐 鑫

（佛山供電局，廣東佛山 528000）

0 引言

變壓器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大小受到油中氣體含量、裝置廠家型號(hào)、運(yùn)行狀況以及數(shù)據(jù)采集軟件等多種因素的影響。在長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)中，盡管主設(shè)備沒有發(fā)生故障，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)同樣都會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。因此，對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)進(jìn)行分析，提取出波動(dòng)的特征量，并用特征量來判斷新出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是否真實(shí)可靠，從而判斷在線監(jiān)測(cè)裝置本身性能是否正常，是否能夠履行準(zhǔn)確預(yù)警職責(zé)[1-4]。

1 波動(dòng)特征量猜想

1.1 突變度

在主設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，油中氣體含量會(huì)發(fā)生巨大變化；但在主設(shè)備沒有故障而是在線監(jiān)測(cè)裝置發(fā)生故障時(shí)，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也會(huì)出現(xiàn)異常，出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變等情況。結(jié)合在線監(jiān)測(cè)裝置的工作特點(diǎn)，將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的突變度定義為，相鄰兩個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)差與前一個(gè)數(shù)據(jù)的比值百分比，可用式（1）計(jì)算。

式中：Xn為當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；Xn-1為前一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

以某220 kV 變電站#1 主變油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置（簡(jiǎn)稱1 號(hào)變電站#1 裝置）2021 年1 月至7 月監(jiān)測(cè)的氫氣數(shù)據(jù)為例，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，氫氣數(shù)據(jù)的變化幅值大致介于8 μL/L 至10 μL/L。根據(jù)式（1），對(duì)該時(shí)間段的氫氣在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的突變度進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果來看，1 號(hào)變電站#1 裝置數(shù)據(jù)的突變度在0%～20%之間，最大值為20%。該組數(shù)據(jù)產(chǎn)生于1月～7 月，主變負(fù)荷、環(huán)境溫度等影響因素都經(jīng)歷了從冬天到夏天的半個(gè)變化周期，因此認(rèn)為數(shù)據(jù)具有代表性，可以取20%作為該油色譜裝置氫氣在主設(shè)備無異常運(yùn)行情況下的突變度上限值，即突變度特征量。對(duì)1 號(hào)變電站#1 裝置的其他組分以及其他8臺(tái)試點(diǎn)主變裝置各組分的突變度進(jìn)行分析，得到突變度上限值。

1.2 穩(wěn)定度

在主設(shè)備和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備沒有故障或其他異常的情況下，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)該是在均值上下波動(dòng)的離散值。為了表征這種離散值的大小，提出穩(wěn)定度特征量的猜想。在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定度（S）可由式（2）計(jì)算。

其中，xn為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)第n個(gè)數(shù)據(jù)。

以1 號(hào)變電站#1 裝置2021 年1 月至7 月監(jiān)測(cè)的氫氣數(shù)據(jù)為例，根據(jù)式（2）對(duì)這七個(gè)月的氫氣數(shù)值進(jìn)行穩(wěn)定度計(jì)算，1 號(hào)變電站#1 裝置氫氣的穩(wěn)定度是介于1%～8%的波動(dòng)數(shù)值，其中最大值為7.54%。對(duì)1 號(hào)變電站#1 裝置的其他組分以及其他8 臺(tái)試點(diǎn)主變裝置各組分的穩(wěn)定度進(jìn)行分析，得到穩(wěn)定度上限值。

1.3 相關(guān)性

油中溶解氣體主要有3 個(gè)來源，即變壓器油的分解、固體絕緣材料的分解以及其他來源。在電或熱故障下，某些C-H 鍵和C-C 鍵斷裂，生成H2和低分子烴類氣體，如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等。如果主設(shè)備正常運(yùn)行，未發(fā)生故障，則油中各氣體組分的來源會(huì)比較穩(wěn)定，各組分的含量可能存在一定的相關(guān)性，據(jù)此，提出油中溶解氣體中各組分的相關(guān)性猜想，即推測(cè)某些組分之間的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)具有一致性。相關(guān)性可由式（3）計(jì)算。

其中：xn、yn分別是用于計(jì)算相關(guān)性的兩種組分在試點(diǎn)時(shí)段內(nèi)的第n個(gè)數(shù)據(jù)，xˉ、yˉ分別為兩種組分在試點(diǎn)時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)平均值。

以1 號(hào)變電站#1 裝置2021 年1 月至7 月監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)為例，通過統(tǒng)計(jì)各組分的數(shù)據(jù)，并計(jì)算其相關(guān)性。除甲烷和總烴之外，各氣體組分之間并無明顯的相關(guān)性。甲烷和總烴之間相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.93，是因?yàn)榧淄楹棵黠@高于其他烴類氣體，故在總烴計(jì)算中占據(jù)主要因素。因此，1 號(hào)變電站#1 裝置在線監(jiān)測(cè)所得各組分含量的變化無明顯相關(guān)性。同樣計(jì)算可得，其他8 臺(tái)裝置在線監(jiān)測(cè)所得各組分含量的變化也無明顯相關(guān)性。

2 波動(dòng)性猜想驗(yàn)證

2.1 突變度猜想驗(yàn)證

以1 號(hào)變電站#1 裝置2021 年8 月至10 月監(jiān)測(cè)的氫氣數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計(jì)三個(gè)月的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，其幅值大致介于8 μL/L 至10 μL/L，與1 月～7 月的變化幅值一致。對(duì)該時(shí)段的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的突變度進(jìn)行計(jì)算。8 月～10 月裝置數(shù)據(jù)的突變度是0%～20.3%，最大值為20.3%，與1 月～7 月份的最大值20%比較接近。同樣，對(duì)8 月～10 月1 號(hào)變電站#1裝置的其他組分以及其他8臺(tái)試點(diǎn)主變裝置各組分的突變度進(jìn)行分析，得到突變度上限值。計(jì)算1 月～7月和8月～10月的突變度差異，如表1所示。

表1 兩個(gè)時(shí)間段突變度變化表

如表1 所示，1 號(hào)變電站、5 號(hào)變電站、6 號(hào)變電站的油色譜裝置突變度較穩(wěn)定，大部分變化在3%以內(nèi)。其他的站突變度變化幅度較大，查看1月～7月的運(yùn)行日志發(fā)現(xiàn)，突變度變化大的站在1月～7月間開展了油色譜的校驗(yàn)，使數(shù)據(jù)偏離較大。

2.2 穩(wěn)定度猜想驗(yàn)證

以1 號(hào)變電站#1 裝置2021 年8 月至10 月監(jiān)測(cè)的氫氣數(shù)據(jù)為例，對(duì)數(shù)值進(jìn)行穩(wěn)定度計(jì)算,可以看到，裝置氫氣的穩(wěn)定度是介于2%和9%之間的波動(dòng)數(shù)值，其中最大值為8.23%。對(duì)8月～10月1號(hào)變壓器裝置的其他組分以及其他8臺(tái)試點(diǎn)主變裝置各組分的穩(wěn)定度進(jìn)行分析，得到穩(wěn)定度上限值。計(jì)算1月～7月和8月～10月的突變度差異，如表2所示。

表2 兩個(gè)時(shí)間段穩(wěn)定度變化表

表2 中，仙溪和旭升6 臺(tái)裝置穩(wěn)定度較穩(wěn)定，大部分變化在1%以內(nèi)。紫洞3 臺(tái)裝置穩(wěn)定度變化幅值較大，源于1 月～7 月份紫洞站開展了油色譜校驗(yàn)，數(shù)據(jù)偏離較大?？紤]裝置運(yùn)行的特點(diǎn)，可以提出一套基于穩(wěn)定度的數(shù)據(jù)診斷機(jī)制，比如近一年的長(zhǎng)期穩(wěn)定度和近一周的短期穩(wěn)定度，用以判斷將要出現(xiàn)的下一組數(shù)據(jù)是否存在異常，從而決定是否發(fā)出警報(bào)。

3 結(jié)論

通過穩(wěn)定度、突變度、相關(guān)性三個(gè)數(shù)據(jù)波動(dòng)特征量的猜想，發(fā)現(xiàn)在同一廠家的油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置上，穩(wěn)定度和突變度都有一定的波動(dòng)范圍。因此，可以通過對(duì)穩(wěn)定度、突變度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)分析，對(duì)裝置的運(yùn)行狀態(tài)診斷有一定的參考意義。而且，通過油色譜在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的細(xì)化管理，可以優(yōu)化絕緣油預(yù)試工作，找到精簡(jiǎn)工作量的運(yùn)維策略。