[发明专利]一种基于灰色关联方法的换流变压器故障诊断方法及装置

说明书

本发明公开一种基于灰色关联方法的换流变压器故障诊断方法及装置，其中换流变压器故障诊断方法包括：获取历史色谱数据，采集换流变压器油；对所述换流变压器油进行气相色谱分析，得到当前色谱数据；基于所述历史色谱数据和所述当前色谱数据，采用灰色关联方法，得到灰色关联度，对所述灰色关联度进行排序，得到换流变压器故障类型。换流变压器故障诊断装置包括：CPU、微型桥式检测器、人机接口、气源系统、气路控制系统和锂电池。本发明可以实现快速找出故障点，从而保护换流变压器在安全工作裕度下运行，提高换流变压器绝缘性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及电气工程领域，特别涉及一种基于灰色关联方法的换流变压器故障诊断方法及装置。

背景技术

换流变压器在运行过程中，会在各结构上产生放热，不同的电换流变压器设计结构以及采用的材料会影响各部分热的产生。换流变压器主体从结构上分为由铁心柱、拉板、夹件、垫块、肺叶等结构组成的换流变压器铁心部分；由高压线圈、低压线圈、调压线圈、上压板、撑条、以及各线圈绝缘结构组成的换流变压器线圈部分；以及由箱盖、箱壁、箱底、外套管以及磁屏蔽等结构组成的换流变压器油箱部分。换流变压器各结构的材料以及功能不同，产生热量的来源也不同。其中，高压线圈与低压线圈因其材料为铜，结构为匝式结构，会产生阻抗，加上交流激励后会产生一定的铜损，这种损耗除了小部分来自线圈产生的电磁力作用在线圈匝间以外，大部分损耗都来自线圈产生的热量。当换流变压器的初级线圈组受到交流电的激励，线圈受到电磁力作用，在铁芯中产生交变磁场，从而使次级绕组受到感应，产生感应电动势。在此过程中，换流变压器的铁心主要由硅钢片叠制而成，在交变的磁场中会产生磁滞损耗以及涡流损耗，这些最终都会转化为热量。另外，换流变压器的铁心会因为其接缝处阶叠制方法、采用的硅钢片饱和等问题会出现漏磁通，这种漏磁会流过拉板、夹件以及油箱等换流变压器的结构件，从而使得各结构件产生局部过热现象。对于换流变压器，局部过热会导致其整体运行温度升高，长时间高温运行会对换流变压器的绝缘产生影响，大大降低绝缘强度、绝缘老化程度以及绝缘的使用寿命。换流变压器绝缘老化后有可能会出现绕组间的绝缘击穿放电，这种短时间局部强放电会产生大量能量作用在变压器油上会引起变压器油产生大量气体，严重会导致变压器整体的爆炸事故。

换流变压器运行时的局部放热会向外辐射，使得变压器整体运行温度升高，各研究机构组织对变压器的运行温度进行了研究以及相关规定。国际电工委员会(IEC)认为在:80-140℃的温度范围内，温度每增加6℃，变压器绝缘有效使用寿命降低的速度会增加一倍，这就是变压器运行的6℃法则。在其IEC354《变压器运行负载导则》指出变压器热点温度达到140℃时，变压器油中就会产生气泡，气泡会降低绝缘或引发闪络，造成变压器损坏。国标GB1094中规定：油浸变压器绕组平均温升限值是65℃，顶部油温升是55℃，铁芯和油箱是80℃.IEC还规定线圈热点温度任何时候不得超过140℃，一般取130℃作为设计值。

对换流变压器各结构件热场数据的采集，目前主要应用气体分析法、红外线测温法以及探针法。2021年国网宁夏电科院联合沈阳工业大学对运行状态下换流变压器油中的特征气体进行了研究，在换流变压器出现故障时，主要表现为热和电故障，当放电性故障发生于变压器内部时，由于放电能量密度不同，所以绝缘油分解出的气体组分也不尽相同：低放电能量故障时，如油纸绝缘局部放电，产生气体的主要组分是H₂，其次是CH₄；而发生火花放电时，产生气体以C₂H₂、H₂为主，但因故障能量较小，总烃含量不高；而发生电弧放电时，产生气体的主要组分是C₂H₂、H₂；此外当油纸绝缘发生电弧发电时，C₂H₂、H₂也是产生气体的主要组分。这种办法只需要定期对换流变压器油进行采样测试就可以分析出上一周期内变压器内部局部发热放电的类型从而推导出大致的热故障部位，这种方法能够评估出换流变压器各部分的运行状态以及绝缘能力，但不能做到局部放热部位的精准确定和实时监测。