基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究.docx

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基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究

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基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究ii…………………….……………….…………………山东农业大学毕业论文基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究院部机械与电子工程学院专业班级电气班届次学生姓名学号指导教师年月日装订线……………….…….………….………….………目录摘要IAbstractII1前言11.1电力变压器故障诊断的重要意义11.2电力变压器故障诊断背景21.3变压器故障诊断技术的发展21.3.1专家系统21.3.2人工神经网络31.3.3变压器DGA技术32变压器的故障类型及诊断方法42.1电力变压器的类型与结构42.2电力变压器的绝缘结构52.3变压器故障的原因与种类62.3.1变压器故障的原因62.3.2变压器故障的种类62.4电力变压器油中溶解气体分析72.4.1电力变压器内气体析出的原因72.4.2变压器内部故障类型与油中溶解气体含量的关系82.4.3三比值法82.5意义103人工神经网络113.1人工神经网络概述113.1.1人工神经网络理论113.1.2人工神经网络的特点113.1.3人工神经网络基础113.2神经网络的分类123.3BP人工神经网络的学习过程133.3.1BP人工神经网络的拓扑结构133.3.2BP网络的训练过程概述144变压器故障诊断中的BP网络设计174.1引言174.2基于BP网络的诊断方法的设计174.2.1输入层设计174.2.2输出层设计174.3样本的收集184.4隐含层层数和节点数的确定204.5BP网络结构中参数的确定214.6结果分析215今后待研究的问题21参考文献22致谢23iiiContentsChineseAbstractIEnglishAbstractII1Introduction11.1Theimportanceofpowertransformerfaultdiagnosis11.2Faultdiagnosisofpowertransformersbackground21.3Developmentofthefaultdiagnosistechnologyoftransformer21.3.1ExpertSystem21.3.2Anartificialneuralnetwork31.3.3DissolvedGasAnalysis32Transformerfaulttypeanditsdiagnosismethod42.1Typesandstructuresofpowertransformer42.2Powertransformerinsulationsystems52.3Faultcausesandtypes62.3.1Causetransformerfailure62.3.2Transformerfaulttype62.4Analysisofdissolvedgasesintransformeroil72.4.1Powertransformersinthegassingbecause72.4.2Transformerfaultswithdissolvedgascontentoftherelationship82.4.33-ratiomethod82.5significance103Artificialneuralnetwork113.1Overviewofartificialneuralnetwork113.1.1Theoryofartificialneuralnetwork113.1.2Characteristicsoftheartificialneuralnetwork113.1.3Thebasisofartificialneuralnetwork113.2Classificationofneuralnetworks123.3BPartificialneuralnetworksforlearning133.3.1ThetopologyofBPartificialneuralnetwork133.3.2BPnetworktrainingcourseoverview144DesignofBPnetworkintransformerfaultdiagnosis174.1Introduction174.2DesignofdiagnosismethodbasedonBPnetwork174.2.1Theinputlayerdesign174.2.2Outputlayerdesign174.3Samplecollection184.4Determinationoflayersandthenumberofnodesinthehiddenlayer204.5ThestructureparametersofBPnetworkstodetermine214.6Analysisofresults215Issuestobestudiedinthefuture21References22Acknowledgment23基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断研究作者：

指导教师：

（山东农业大学机械与电子工程学院）摘要：

电力变压器是电力系统中核心设备之一，它的安全稳定运行将直接影响供电可靠性和系统正常运行。

电力变压器承担着电压变换、电能分配的重要作用。

电力变压器正常运行保证电力系统安全、可靠、优质、经济的运行，必须最大限度避免和减少电力变压器故障和事故的发生。

对电力设备进行在线监测与故障诊断，是实现设备预知性维修的前提，也是保证设备安全运行的关键。

变压器油中溶解的气体含量和成分可以有效体现运行中变压器内部的绝缘故障情况。

关键词：

电力变压器溶解气体分析故障诊断神经网络BasedontheAnalysisofGasesDissolvedinTransformerOilPowerTransformerFaultDiagnosisResearchAuthor：

HaixiangMaSupervisor：

Liuping（Mechanicaldissolvedgasanalysis;faultdiagnosis;neuralnetworkII1前言1.1电力变压器故障诊断的重要意义随着国民经济的持续快速发展，各行各业对供电需求的不断增加，我国的电网建设已经从城市孤立电网发展成为大区电网、西电东送、南北互供、全国联网的格局，电力系统正在向超高压、大电网、大容量和自动化的方向发展[1]。

近些年，由于电网容量的与日俱增以及大部分用电用户对供电可靠性要求的提高，电力设施维修费用也在逐年增加。

如何采取合理的维修策略，制定科学的维修计划，以保证在较高可靠性的前提下降低维修费用，已经变成我国电力行业面临的主要研究课题。

状态维修是以设备的实际工况为依据，通过状态监测、可靠性评价及寿命预测等先进技术手段来判断设备的当前状态，对故障的部位、危害水平以及发展趋势做出判断，识别故障的早期征兆，并依据分析和诊断结果，在设备性能条件下降到一定程度或故障将要发生之前进行维修。

通过对电力变压器进行定期预防性维护，实时监测高压设备的实际运行情况，检测与诊断其潜伏性故障或缺陷，提高诊断水平，努力做到具有针对性的检修及维护，以期达到早期识别并预报故障，避免恶性事故发生的目的。

电力变压器是电力系统最重要也最昂贵的设备，其安全运行直接关系到电网的供电可靠性。

变压器故障诊断技术研究是电力变压器状态维修的首要工作。

鉴于电力变压器老化和故障机理繁杂难懂，电力变压器故障诊断技术的研究是一项必要而且相当繁重的任务。

电力变压器不同运行工况或不同历史运行记录，即便是同类电力变压器，其状态也有可能不同；相同运行工况下，不同类型的变压器，其状态也有可能不同。

研究电力变压器的状态与运行工况、历史运行记录的关系，把握其规律，对变压器状态做出准确评估，这对变压器实施状态维修、降低变压器维修费用和提高变压器可靠性具有重要的理论意义和实际应用价值[2]。

运行中的变压器发生的故障不同，产生的现象或信息也就不同。

变压器的故障诊断就是根据变压器故障的征兆，对变压器故障的类型、部位及危害做出判断。

变压器绝缘状态监测与故障诊断的作用：

（1）判断运行设备当前处于正常状态还是异常状态；

（2）若有故障，则判断故障的性质、种类和原因，例如是绝缘故障还是过热故障或机械故障，若是绝缘故障，则需分辨是绝缘老化、受潮；若是放电性故障，则需要判断是哪种类型的放电等等；（3）根据故障信息或根据其处理结果，预测故障的可能发展，即对故障的严重程度，发展趋势做出诊断；（4）提出控制故障的措施、防止和消除故障的方法；（5）提出设备维修的合理方法和相应的反事故措施；（6）对设备的设计、制造、装配等提出改进意见，为设备的现代化管理提供科学依据和建议[3]。

国内外许多的资料表明，开展故障诊断的经济效益是明显的，据日本统计，在采用诊断技术后，事故率减少75%，维修费降低25%-50%，英国对2000个国营工程的调查表明，采用诊断技术后每年节省维修费3亿英镑，用于诊断技术的费用仅为0.5亿英镑，净获利2.5亿英镑。

如果在在我国将故障诊断技术推广，每年可减少事故50%-70%，节约维修费用10%-30%，效益相当可观。

1.2电力变压器故障诊断背景最近几年，我国电力行业积极应用在线监测技术开展状态检修，加强设备的常规测试，及时消除了部分设备的安全隐患，避免了一些重大事故的发生。

根据国家电力监管委员会发布的电力可靠性指标，全国电网2004年供电可靠率为99.82%，2005年供电可靠率为99.766%，2006年供电可靠率为99.849%，这与发达国家的供电可靠率99.99%相比仍有非常大的差距。

长期以来，我国电力系统的电力设备检修策略主要采用以时间为标准的定期维修。

虽然定期维修一般可在维修时发现设备存在的缺陷，对保证设备的安全和经济运行发挥重大作用，但是，定期维修存在“过剩”和“不足”的缺陷，导致了维修费用的浪费和设备可靠性的下降，因此，国内对从定期维修制到状态维修制的转变表现出了普遍的关注[4]。

从以停电进行预防性试验为基础的预防性维修逐步过渡到以在线监测为基础的状态维修，是电力系统发展的必然趋势，而能否对电力变压器的运行状态进行在线监测及故障诊断则是实现状态维修的关键。

虽然在设计大型电力变压器时，要求它具有相当高的耐热等级、足够的电气强度、优良的机械性能及良好的工艺性，但制造过程中的偶然因素加上运行过程中的电磁力、热应力、湿热环境、环境污染等会造成其性能逐渐劣化，而且这种劣化过程具有不可逆和不断加速的特性。

大量资料表明，变压器绝缘性能的劣化是导致事故发生的主要原因。

据1984年至1986年间我国110kV及以上的电力变压器事故分析表明，由于绝缘劣化引起事故的台数占事故总台数的68%，事故容量为总事故容量的74%，而1990年的统