变电站变压器异常状态监测数据可视化方法

变电站变压器异常状态监测数据可视化方法

郭蓉

国网山西省电力公司超高压变电公司  山西省太原市030000

摘要:在长时间的负载下，变压器不可避免地会产生各种不正常现象，甚至发生故障。为了防止大停电，对变压器进行不正常的检测是非常有实际意义的。在此基础上，本文介绍了一种电力系统中的变压器故障监测数据的可视化技术。结果显示，在本研究中，最大的机率代表了较高的异常，而最大的票数代表了较高的能量，这意味着变压器出现了较高的能量放电问题，而且这种问题已经发展到了需要检修的地步。

关键词:变电站;变压器;异常状态;油色谱;振动信号;监测可视化方法

目前变压器异常监测方法主要有三种,即基于电气量的异常监测方法､基于振动的异常监测方法以及基于油中溶解气体分析的异常监测方法｡以上这三种方法虽然都能在一定程度上判断出变压器的状态,但是由于所依靠都是变压器某一项状态数据进行展开的,导致监测结果具有片面性,可靠性不足｡针对上述监测方法存在的缺陷,提出一种变电站变压器异常状态监测数据可视化方法｡通过该方法以期提高变压器的监测可靠性,为变压器故障监测提供参考和借鉴｡

1变电站变压器异常状态监测数据可视化方法研究

1.1变电站变压器状态数据获取

过去，电力系统中的变压器状态判定多依赖于一种状态数据，其可靠性较低。为了解决这一问题，本文采用两种不同的资料进行判定，以避免单一资料所含的资料数量有限。选取的状态类型资料是油层析组分及变压器振荡讯号。以下是关于这两种指数的收集工作。

1)变压器油的层析组成资料变电站变压器中有一种主要材料，叫做绝缘油。增加绝缘强度，对线圈进行保护，消除电弧。变压器工作时，绝缘油会汽化并生成气体。通常情况下，不同于异常状况时，会出现不同的气体，具体见表1。根据这些差别特征，从某种意义上说，可以从某种意义上对变压器进行油色谱分析。通过气相色谱技术，获得了油层组分的资料，其程序如下：

步骤1:选择气相色谱设备类型,并设置相关参数;步骤2:通过不锈钢管与变压器绝缘油进出口相连;步骤3:启动变压器内部油泵,将绝缘油导入到气相色谱设备的油室当中;步骤4:利用分离萃取装置进行油气分离;步骤5:通过载气(氦气)将气体带入到气相色谱仪色谱柱中,进行分离处理,得到若干组分气体;步骤6:组分气体逐一进入检测器处理,检测出气体的类型,并转换成电信号;步骤7:将电信号传入记录仪当中,绘制各组分的色谱图,进行气体含量定量分析｡

气体定量的分析如式(1)所示:

其中,ψ为气体含量;α为峰面积数值;β为外标工作曲线的截距;x为稀释溶剂的用量;是外标工作曲线的斜率;φ为样品质量｡通过上述过程的处理和分析,得到变电站变压器状态的一部分数据｡

2)变压器振动信号变压器在正常运行时，会产生一定的振动，并通过传导通路逐步传导到变压器的表面。当某一部位出现异常时，这种震动的频率也会随之变化。根据这种特性，对变压器的振动信号进行分析，可以在某种程度上对变压器的工作状况进行判断。根据变压器的振动信号，采用了加速度传感器进行测量。

步骤1：选取加速传感器，设定有关的参数；第二步：在变压器上布置加速度传感器；第三步：利用加速度传感器对变压器的振幅进行分析，并对其进行放大、滤波；第四步：把振动量转化为输出的电波。通过以上步骤，完成了变电站变压器的相关基本资料，为以后的分析打下了坚实的基础。

1.2变电站变压器状态特征提取

基于变压器油色谱成分数据和振动信号,从中提取特征指标,用于后续状态监测分析｡

1)变压器油色谱成分数据特征提取针对采集到的变电站变压器油色谱成分数据,采用三比值法来提取特征,即用比值来表示特征｡原理是用五种气体的三对比值,通过编码规则对异常类型进行赋值,以此来判断变压器的运行状态｡编码规则具体如下式所示：

在上述式子中,S1是C2H2和C2H4之间的比值;S2是CH4和H2之间的比值;S3是C2H4和C2H6之间的比值｡变电站中不同的变压器异常类型,产生的气体含量三比值不同｡

2)变压器振动信号特征提取针对变电站变压器振动信号,采用小波能量的方法进行特征提取｡变压器振动信号能量计算公式如式(5)所示:式(5)中,Sij代表第j阶次第i频段振动信号的能量;Xij代表第j阶次第i频段振动信号频率｡振动信号能量均值计算公式如式所示:

式中,Sij代表能量均值;n代表频段数｡基于上述提取到的特征,组成特征集合,记为S={S1,S2,S3,S4},分别代表气体C2H2与C2H4之间､CH4与H2之间､C2H4与C2H6之间的比值和振动信号的能量均值｡

2变电站变压器可视化监测与分析

2.1测试对象选择

本测试选以一个存在的高能量放电异常的SGB11-RL变电站变压器为例,进行所研究方法的测试｡测试对象如图2所示｡

图2测试对象现场示意图

2.2变压器状态数据采集设备选型

1)气相色谱仪采用GC-7900气相色谱仪采集变压器油色谱成分数据｡该仪器具有超大液晶蓝屏､中文显示､中文键盘输入,显示内容丰富､信息量大,能对温度､流量等各种参数实时监控｡该仪器采集油色谱成分数据时设置的工作参数如表3所示｡表3GC-7900气相色谱仪工作参数。

2)加速度传感器采用ACC345加速度传感器变压器振动信号,具有体积小､功耗低､一致性和稳定性很高的特点｡此外由于是数字型传感器,线性度更容易得到修正,提高了检测精度｡

2.3特征提取结果

基于之前章节从采集到的变压器状态数据中提取状态特征,结果如表5所示｡

表5变压器状态特征提取结果

注:小波分解层数设置为5,即分解后得到5个频段｡

综合上述章节监测结果,变压器的异常监测结果如下:变压器发生高能量放电问题,并且该问题已经发展到高程度,亟需进行维修｡

3结语

综上所述,针对变压器异常问题,提出一种变电站变压器异常状态监测数据可视化方法｡该方法结合两种类型的状态进行监测,避免了单一类型数据可靠性不足的问题｡最后通过方法应用测试证明了该方法的有效性,实现了异常状态的可视化监测｡

参考文献:

[1]钱宇骋,甄超,季坤,等.变压器在线监测数据异常值检测与清洗[J].哈尔滨理工大学学报,2020,25(05):15-22.

[2]何尧,梁宏池,连鸿松,等.基于滑动窗口和多元高斯分布的变压器油色谱异常值检测[J].高压电器,2020,56(01):203-209.

[3]刘林青,葛云龙,李梦宇,等.基于量测数据和数据驱动技术的配电变压器状态监测与故障诊断[J].高压电器,2020,56(09):11-19.