模糊算法对电力变压器诊断

文摘

溶解气体分析(DGA)的变压器油一直是最可靠的技术来检测故障的初期。研制了许多常规DGA方法解释DGA从气相色谱分析结果。虽然这些方法在世界上被广泛使用,他们有时不能诊断,尤其是当DGA结果超出常规方法代码或存在多个故障时变压器。为了克服这些局限性,提出了模糊推理系统(FIS)。二百种不同的用例是用来测试各种DGA方法的准确性在解释变压器状态。

1。介绍

电力变压器是电力系统的重要设备。变压器可以在外部监控功能好,虽然一些初期的恶化可能发生内部引起致命的问题在以后的发展。近80%的故障初期恶化的结果。因此,故障应该尽早识别和避免一些预见性维护阶段的技术。溶解气体分析(DGA)是一种可靠的技术在油浸电力变压器早期故障检测。它类似于一个血液测试或者人体扫描仪检查;它能警告即将发生的问题,给早期诊断,提高的机会找到适当的治疗。工作原理(1- - - - - -4)是基于介质击穿的石油分子或纤维素分子的绝缘由于初期的缺点。当有任何类型的故障,如过热或变压器内部放电,它将产生相应的变压器油中气体的特征。这些气体检测到每一部分百万(ppm)级别上的气相色谱法(5- - - - - -10]是一种分离技术,识别和量化气体的混合物。广泛收集和分析气体氢(H₂),甲烷(CH₄),乙炔(C₂H₂)、乙烯(C₂H₄)、乙烷(C₂H₆)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(有限公司₂)。通过溶解气体浓度的分析,他们吹嘘,和某些气体的比例,DGA方法可以确定变压器的故障类型。甚至在变压器正常操作条件下,这些气体会形成。

因此,有必要建立集中规范从一个足够大的抽样评估统计数据。

2。DGA的解释

如果变压器的隐患存在,气体溶解在油浓度显著增加。给定气体体积可能是很长一段时间生成一个相对微不足道的过失或在很短的时间内由一个更严重的错误。一旦发现可疑的气体的存在,重要的是要确定是否生成气体的断层活动通过计算总溶解TDCG可燃气体(TDCG)和速度(10),是由 在哪里率(升/天),所以是TDCG ppm的首样,是第二次样品的TDCG ppm,油箱油量升,时间(天)。

代TDCG率大于2.8升/天表明,变压器有一个活跃的内部故障和DGA需要额外的检查方法。

很多解释的方法使用一个数组的某些关键的比率可燃气体作为故障类型指标。这五个比率 , , , , 。

罗杰斯的方法(13- - - - - -15利用三个比率,,。方法给错这些气体比例的特定组合。Dornenburg [13- - - - - -15)利用四个比率,,,。这个过程需要大量的气体存在的诊断是有效的。方法给出了故障后比较这些比率限制的值。

在比例方法,IEC标准60599 (11)是最广泛使用的。它还利用三比值,,。IEC的编码规则和分类错误的方法给出了表1和2。

可以可靠地确定初始缺陷目视检查(16)设备故障发生后的服务如下:(一)PD-possible X蜡形成和引发诱导小碳化穿刺。(b)D1-larger穿刺,跟踪,或在油碳颗粒。(c)D2-extensive碳化、金属融合,和可能的设备跳闸。(d)TL-for TL < 300°C,变成褐色,TL > 300°C,碳化。(e)TH-oil碳化、金属着色,或融合。

所得钱款三角(17- - - - - -19某些气体)方法利用三个%比例变压器DGA解释的矿物油。相对应的三角坐标DGA结果可以计算在ppm (2)如下: 在哪里,,是C的浓度₂H₂C₂H₄,CH₄分别在ppm。还有三个%比例由Duval三角形方法第四%比例(12)也可以用于故障诊断的 所有这些技术都是计算简单。然而,这些方法在某些情况下提供错误的诊断故障类型以及没有结论。

为了克服这些限制,FIS提出。

3所示。诊断程序

提出了系统的流程图如图诊断1。输入数据包括溶解气体浓度C₂H₂C₂H₄C₂H₆,CH₄H₂有限公司和有限公司₂的样本。信息,如油箱油量,取样日期、日期和变压器的安装要求进一步的推论。

在第一步,系统计算TDCG和比较标准允许的限制(IEEE标准,2008)。TDCG正常水平(< 720 ppm),允许限制个人检查气体。TDCG和个人气体的正常水平表示满意的操作的一个变压器。一旦异常TDCG水平和个人气体被检测到,下一步是确定代TDCG率(1)连续的分析样本。正常的速度TDCG(小于2.8升/天),进一步诊断是绕过。TDCG异常率,提出采用FIS诊断可能的缺点。在最后一步中,严重程度度分配给诊断错误。故障的严重程度的基础上,提出了适当的维护操作。

4所示。模糊推理系统(FIS)

例如,智能算法、专家系统(20.],FIS [21,22),人工神经网络(23- - - - - -25),概率神经网络(26),进化神经网络(27],人工神经FIS [28- - - - - -31日),小波网络(32),并结合神经网络和专家系统(33)被用来解释DGA的结果。这些算法并不完全令人满意。这些方法主要适用于变压器与单一故障。在多个故障的情况下,只显示这些方法主要断层。这些方法都是基于特定的代码定义对特定气体比率。此外,没有故障的严重程度的量化指标和维护由这些方法给出建议。

提出了模糊诊断方法是准备使用MATLAB模糊逻辑工具箱(34]。Sugeno FIS类型(35- - - - - -37)作为模糊推理方法。

下面的规则给出了零级Sugeno模型;如果输入和输入,然后输出常数。

输出水平每个规则的加权发射强度的规则。对于一个规则,给出发射强度 在哪里和的隶属度函数是输入1和2。系统的最终输出的加权平均产出提供了所有的规则 在哪里最终输出,是规则的数量。

FIS由3比率,,作为输入。率的编码规则是保持一样的IEC方法(表1)。IEC法的主要缺点之一是,当气体比例变化在编码边界之间的代码变更急剧0,1,2。事实上气体比例应该模糊边界。根据比例的相对价值,IEC代码0,1,2替换为模糊码低,中(地中海)和高。由于不确定性测量气体浓度的气体分析仪、气体比率会有正负10%的相对不确定性(38]。隶属函数的代码0比例是由线性下降函数: 隶属函数代码1的比率是由梯形函数 隶属函数的代码2比是由线性增加功能: 代码的比率和也fuzzified低、地中海和较高的变量的范围取决于比率为这些代码。隶属函数的比例如图2。

FIS由5故障类型的单一输出隶属度函数。重量的0到1的范围是分配给每个故障类型的故障严重程度的基础上。中使用的五种错误FIS TL,PD,D1,,D2。

IEC法的主要缺点是,16 IEC代码组合可能27不显示任何错误。只有11 IEC(表建议的推理规则227日)()可能的规则。为了克服这个限制,现有11规则修改的模糊变量和额外的16个新规则得到广泛磋商的结果与实用专家,现有文献,大约1500 DGA病历。每个规则包含两个组件的先行词(如果部分)和结果(部分)。这些规则有一个类似的输出呆在一起,在增值的故障的严重程度。下面给出了模糊规则。

规则1。如果=低,=低,=地中海,那么错= TL。

规则2。如果=低,=地中海,=低,那么错= TL。

规则3所示。如果=低,=地中海,=地中海,那么错= TL。

FIS输出来自判断所有的模糊规则找到所有27个模糊规则的加权平均输出。

5。案例研究,结果和讨论

FIS开发的基础上,提出了解释规则和整体系统的诊断过程。为了演示系统诊断的可行性,200 DGA天然气主要电力公司提供的记录在印度已经测试。

精度是两种不同的方法计算如下。(一)当只考虑数量的预测,精度是由百分比 在哪里是正确的预测和的数量吗是总数的预测。(b)当考虑总病例数,给出准确的百分比 在哪里总病例数。

总精度值不同的方法200例进行比较和总结在表3。结果从三个案例研究提出了这里。

5.1。案例的研究

10 MVA, 132千伏/ 11 KV变压器服务11年了。油箱油体积是12000升。在加载主油箱内抽头转换开关有间歇性引发的一些联系人。一颗钉子底槽的盾牌上,和一些烧伤观察指甲和螺栓。DGA在13/02/2009 ppm故障后获得的数据如下:C₂H₂4;C₂H₄-54;CH₄-09;H₂-78;C₂H₆-67;有限公司- 670;有限公司₂-1243年。

步骤1。TDCG ppm = 882。TDCG高于正常(> 720 ppm)。

步骤2。变压器是取样再次20/02/2009确定TDCG率。溶解气体浓度在ppm如下:C₂H₂6;C₂H₄-73;CH₄-14;H₂-158;C₂H₆-75;有限公司- 831;有限公司₂-1430年。
TDCG ppm = 1157;TDCG率= 4.71 /天,这是高于正常水平(2.8点燃/天)。

步骤3。金融中间人是故障诊断的应用。FIS的输出是由规则查看器如图所示3。规则查看器显示(低),(低)位于地中海的边界模糊的比率低,暗点。在第一和第八排错列显示规则1和8满意这表明可能的缺点TL和PD,分别。这个结果与实际匹配变压器的故障。这两个规则的加权平均是0.327。可以计算重量的缺点如下: 权重指向强劲的可能性故障PD和相对较少的可能性故障TL。该方法的主要特点是它可以多个故障与传统DGA诊断方法。

步骤4。严重错误的媒介。维护操作建议如下。(1)观察谨慎,(2)重新测试石油每月,(3)确定负载的依赖。

5.2。案例研究二

40 MVA, 220 KV / 11 KV变压器服务了23年。油箱油体积是28000升。这个变压器过热电路利用开关接触。DGA在11/06/2010 ppm故障后获得的数据如下:C₂H₂-31;C₂H₄-53;CH₄-304;H₂-163;C₂H₆-15;有限公司- 524;有限公司₂-786年。

步骤1。TDCG ppm = 1090。TDCG高于正常(> 720 ppm)。

步骤2。变压器是取样再次14/06/2010确定TDCG率。溶解气体浓度在ppm如下:C₂H₂-34;C₂H₄-69;CH₄-353;H₂-197;C₂H₆-22;有限公司- 618;有限公司₂-931年。
TDCG ppm = 1292;TDCG率= 18.85 /天,这是高于正常水平(2.8点燃/天)。

步骤3。金融中间人是故障诊断的应用。FIS的输出是由规则查看器如图所示4。规则查看器显示(地中海),(高)位于地中海的边界模糊的比率和高。暗点错列显示规则7和22满意这表明可能的缺点TL和TH,分别。这个结果与实际匹配变压器的故障。这两个规则的加权平均是0.636。可以计算重量的缺点如下: 权重指向强劲的故障的可能性和相对较少的可能性故障TL。

步骤4。故障的严重程度很高。维护操作建议如下。(1)观察极其谨慎。(2)每周测试油。(3)计划停机。

5.3。案例Study-III

25 MVA, 220 KV / 132 KV变压器在服务了15年。油箱油体积是20000升。这个变压器有一个X -蜡沉积。排放的痕迹被发现在纸上的高压电缆。DGA在18/03/2009 ppm故障后获得的数据如下:C₂H₂-15;C₂H₄-19;CH₄-172;H₂-1903;C₂H₆-14;有限公司- 180;有限公司₂-635年。

步骤1。TDCG ppm = 2303。TDCG高于正常(> 720 ppm)。

步骤2。变压器是取样再次21/03/2009确定TDCG率。溶解气体浓度在ppm如下:C₂H₂-26 C₂H₄-23;CH₄-2221;H₂-2257;C₂H₆-22;有限公司- 220;有限公司₂-821年。
TDCG ppm = 2769;TDCG率= 3.10 /天,这是高于正常水平(2.8点燃/天)。

步骤3。金融中间人是故障诊断的应用。FIS的输出是由规则查看器如图所示5。规则查看器显示= 1.13(地中海),= 0.0979,位于地中海的边界模糊的比率低,,和= 1.05位于边界模糊的比率低,地中海。暗点错列显示规则9,10,11和13满足这表明可能的错误和。这个结果与实际匹配变压器的故障。这两个规则的加权平均是0.529。可以计算重量的缺点如下: 权重指向强劲的故障的可能性和相对较少的故障的可能性。

步骤4。严重错误的媒介。维护操作建议如下:(1)观察谨慎(2)重新测试石油每月。(3)确定负载的依赖。

6。结论

拟议中的FIS开发使用MATLAB。它可以诊断疑似变压器的早期故障,建议合适的维护操作。提出了利用三比值法的模糊诊断多故障和错误,不能由传统的DGA诊断方法。提出金融中间人提供了故障诊断的病例。该方法的精度优于其他诊断方法。

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