李村煤矿供电变压器故障快速诊断方法

赵春洲，田锦绣，管智峰，付 昱

（1.潞安化工集团有限公司李村煤矿，山西 长治 046000；2.辽宁工程技术大学，辽宁 葫芦岛 125105）

引言

矿用供电变压器经长时间运行，很容易发生故障，变压器发生故障时会产生H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4等特殊气体，这些气体大部分会融入变压器油中。国际电工委员会推荐的油中溶解气体分析（dissolved gas analysis，DGA）已经成为油浸式电力变压器故障诊断最常用且有效的方法[1]。为了进一步提高故障判断的快速性，提出了一种可快速判断矿用变压器故障类型、故障位置的方法。

1 变压器故障信息的获取

变压器发生故障时，可通过甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等气体的参数变化来判断。选用MC101型气敏元件，当气体产生时，检测元件电阻会变大，电桥输出电压也会发生改变，该电压会根据气体浓度的改变成正比例变化[2]。

MC101型气敏元件的特点是桥路输出电压的线性度好，有较高的响应速度，具有良好的选择性和重复性，工作状态稳定可靠，抗干扰性强，可在复杂条件下完成对多种气体的检测。变压器故障检测电路如图1所示。

图1 变压器故障检测电路

该型传感器具有较高的灵敏度、较小的功率损耗、较高的检测精度、较宽广的线性范围和较高的抗干扰性，可以在复杂条件下完成变压器故障检测，其外形结构如图2所示。

图2 气体检测传感器外形结构（单位：mm）

气体检测传感器使用的是电化学敏感元件，气体发生电化学反应，其产生的电流与被检测的气体浓度成正比，通过对电流的大小进行测定，从而确定待测气体的浓度[3]。图3所示为气体检测传感器浓度线性特征关系曲线。

图3 传感器浓度线性特征曲线

2 变压器故障诊断算法

发生故障时一般使用特征气体分析法和浓度比值法来判断变压器的故障类型，但由于在特征气体中，大部分没有反映这种关系的特性，因此将多种方法相融合进行矿用变压器诊断和识别。

选择H2、CH4、C2H2、C2H6、C2H4这几种具有代表性的气体，与前述的特征气体浓度检测结果作对比，矿用变压器的故障与油中溶解气体的组成、特征气体的相对含量都有着重要关联。变压器绝缘油裂解程度与其温度有关，温度升高所产生的特征气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2，此外由于局部放放电所产生的离子相互摩擦、碰撞从而产生部分H2[4]。算法首先利用检测系统检测出来的五种特征气体乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、氢气含量的比值（V（C2H2）/V（C2H4）、V（CH4）/V（H2）、V（C2H4）/V（C2H6））来初步判断变压器故障类型。然后再采用三角故障诊断算法对检测的特征气体进行计算，算法可以包含一些落在阈值范围之外的特征数据，三角故障诊断算法如图4所示。

图4三角故障诊断算法示意图

图3 中：T1，小于300℃的低温过热；T2，300~700℃之间的过热故障；T3，700℃以上的过热故障；PD，局部放电；D1，低能放电；D2，高能放电。

具体计算公式如下：

式（1）（2）（3）中的单位均为μL/L，X=φ（C2H2），Y=φ（C2H4），Z=φ（CH4）。计算的比值落在图3中的那个区域，此区域所代表的故障就是该比值所对应的故障类型。若是比值不在故障判断临界值之内，而是处于临界值，这时就要依据其他方法进行判断分析。

3 变压器故障诊断实例分析

该方法在李村煤矿进行了实验，选取李村煤矿供电变压器实际运行过程中的200组DGA数据，将数据分为正常（N）、低能放电（LE-D）、高能放电（HE-D）、中低温过热（LM-T）、高温过热（HT）5种不同的状态[5]。故障样本数据如表1所示，由表可知所提出的方法具有良好的诊断效果。

表1 故障样本数据分配表

4 结论

通过对选取的变压器DGA数据进行测试，表明所提出的变压器故障诊断模型与算法能准确、高效地对变压器故障进行诊断。