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　　国内图书分类号：ＴＰ２７７国际图书分类号：６２１．３专业硕士学位论文学校代码：１００７９密级：公开智能变压器自适应运行的研究硕士研究生：导师：**导师：申请学位：专业领域：培养方式：所在学院：答辩日期：授予学位单位：朱海峰王伟教授蒋永平高工工程硕士电气工程在职电气与电子工程学院２０１华北电力大学ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：ＴＰ２７７Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２１．３ＴｈｅｓｉｓＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＲｅｓｅａｒｃｈＳｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅＯｐｅｒａｔｉｏｎＳｍａｒｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣａｎｄｉｄａｔｅ：Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：Ｓｃｈｏｏｌ：ＤａｔｅＤｅｆｅｎｓｅ：ＺｈｕＨａｉｆｅｎｇＰｒｏｆ．ＷａｎｇＷｅｉＤｏｃｔｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｎｉｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒＪｉａｎｇＹｏｎｇｐｉｎｇＳｃｈｏｏｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎｅ，２０１３Ｄｅｇｒｅｅ．Ｃｏｎｆｅｒｒｉｎｇ．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ：ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔＹ华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《智能变压器自适应运行的研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期问独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名．荜缛听华北电力大学硕士学位论文使用授权书《智能变压器自适应运行的研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于（请在以上相应方框内打“＂）：保密口，在年解密后适用本授权书不保密作者签名：导师签名：摘要摘要智能电网是指融合了自动控制、能源电力、传感监测、信息通信及分析决策技术的新型现代化电网。而变压器，作为电网的核心，其智能化是整个电网智能化的关键。为了研究智能变压器的智能化实现方式，本文分别从智能变压器的的在线监测功能、继电器保护功能、状态预测及故障诊断功能、电能质量调节功能和信息管理功能五大方面进行分析，清楚了其自适应运行的实现原理。在研究方法上，首先对智能变压器进行功能模块分解。再分别对五个功能模块进行分析。结合电力电子技术，从电路层面上对智能变压器的控制部分进行详细的分析，设计了ＰＩ调节器算法，通过在ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＩＬＩＮＫ上搭建模块进行仿真，模拟电压扰动、欠压和三相不平衡等干扰，对电能质量的调节能力进行分析，验证了控制算法和电路设计的正确性，以及对电能质量调节的有效性；结合计算机网络与通信技术，对智能变压器的通信层进行分层，进而研究信号流向，分析流向对效率的影响，确立了信息流在各功能间的纽带地位；运用电路原理知识，从电路层面分析了各继电保护装置的原理及功能，绘制原理图，以实例分析各保护功能的联合作用。运用神经网络模型，用Ｃ语言编写控制算法，对电力负荷进行预测并对误差进行分析，验证了神经网络ＢＰ模型对短期电力负荷的有效性，并分析了对长期电力负荷误差较大的原因；分别研究基于事例推理和基于规则推理的专家系统的优缺点，尝试将两种算法合并，由此提出了一种混合型专家系统，并以具体实例对其诊断功能进行可靠性验证。最后，以美国ＡＰＣ电力公司的统一潮流控制器为研究对象，分析了其潮流控制功能和电能品质调节功能，并提炼出其关键技术，对日后的发展进行了展望。本文的创新点体现在对预知性故障分析的原理性依据的提出，对电能质量控制算法的设计，以及对混合型专家系统的研究。通过对电能质量的三级调控，对三相的独立控制，实现了抗干扰性很强的电能调节功能；通过对专家系统的整合，实现了对规则库和事例库的扩充和更新，并且提高了专家系统的诊断速关键词：智能变压器；继电器保护；电能质量；在线监测；专家系统ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＳｍａｒｔＧｒｉｄａｎｅｗｍｏｄｅｍｇｒｉｄｗｈｉｃｈｈｉｇｈｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｄｖａｎｃｅｄｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｎｅｒｇｙｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｇｒｉｄｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｓｐｏｗｅｒｇｒｉｄ，ａｎｄｉｔｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｅｎｔｉｒｅｐｏｗｅｒ班ｄ’Ｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉａｌｉｚｅｄｍｅｔｈｏｄｓｍａｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｆｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｓｍａｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｈｅｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｔａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｍａｋｅｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｌｅａｒ．Ｄｕｒｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ５ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｌａｔｅｒ．Ｗｉｔｈｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐａｒｔＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｄｅｅｐｌｙｃｉｒｃｕｉｔｌｅｖｅｌ．ＡＰＩｒｅｇｕｌａｔｏｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｕｉｌｄｉｎｇａｍｏｄｕｌｅＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｅｄｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｖｏｌｔａｇｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ，ｕｎｄｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｍｂａｌａｎｃｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．Ｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｉｖｉｄｅｓｍａｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒｓ，ｔｈｅｎｓｔｕｄｙ ｓｉｇｎａｌｆｌｏｗａｎａｌｙｚｅｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｆｌｏｗ ａｂｏｎｄａｍｏｎｇ ａｌｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｕｓｅ ｃｉｒｃｕｉｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎａｌｙｚｅ ｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｒｏｍ ｃｉｒｃｕｉｔｌｅｖｅｌ，ａｎｄ ｄｒａｗ ｃｏｍｂｉｎｅｄｅｆｆｅｃｔｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｕｓｅｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ，ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｐｏｗｅｒｌｏａｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎａｎａｌｙｚｅ ＢＰｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍｐｏｗｅｒ １０ａｄ，ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｐｏｗｅｒ ｌｏａｄ’Ｓ ｅｒｒｏｒ．Ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｔｕｄｙｔｈｅ ｗｅａｋｎｅｓｓ Ｃａｓｅ．ｂａｓｅｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｋｎｏｗｎ ＣＢＲ，ａｓｗｅｌｌ Ｒｕｌｅ－ｂａｓｅｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｋｎｏｗｎ ＲＢＲ．Ａｆｔｅｒｔｒｙｉｎｇ ｔｗｏａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｈｙｂｒｉｄ ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｖｅｒｉｆｙ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙｔａｋｅ ｕｎｉｆｉｅｄｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＡＰＣｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐａｎｙ ｅｘａｍｐｌｅ，Ａｂｓｔｒａｃｔ ａｎａｌｙｚｅ ｉｔｓ ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｅｘｔｒａｃｔ ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙｐｒｏｐｏｓｉｎｇｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．ＳｅｃｏｎｄｌｙＤｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｓ，ｓｕｃｃｅｅｄ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｉｎｇａｖｅｒｙ ｓｔｒｏｎｇ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｗｅｒ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｔｈｅ ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍ，ａｃｈｉｅｖｅｄ ｒｕｌｅｌｉｂｒａｒｙ ｃａｓｅｌｉｂｒａｒｙ ｗｈａｔ’Ｓ ｍｏｒｅ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｐｅｅｄ ｅｘｐｅｒｔｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｍａｒｔ ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＲｅｌａｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｐｏｗｅｒ ＱｕａｌｉｔｙＯｎｌｉｎｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， Ｅｘｐｅｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ 目录 目录 摘要………………………………………………………………………………………………………………．．Ｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ………………………………………………………………………………………………………．．ＩＩ 第１章绪论……………………………………………………………………………ｌ １．１课题背景及研究的目的和意义……………………………………………．１ １．２智能变压器结构与功能……………………………………………………．．２ １．２．１智能变压器定义………………………………………………………２ １．２．２智能变压器结构………………………………………………………２ １．２．３智能组件柜……………………………………………………………３ １．２．４智能变压器功能………………………………………………………４ １．３智能变压器自适应及潮流控制国内外发展现状…………………………一４ １．４本论文的主要工作……………………………………………………………９ 第２章智能变压器在线监测与信息管理…………………………………………．１０ ２．１在线监测的必要性分析……………………………………………………ｌＯ ２．１．１故障检修分析………………………………………………………．１１ ２．１．２ 状态检修…………………………………………………………．１３ ２．２在线监测的方法……………………………………………………………１３ ２．２．１状态分析方法………………………………………………………．１４ ２．２．２故障分类……………………………………………………………．１４ ２．２．３故障位置判定………………………………………………………．１４ ２．３在线监测系统………………………………………………………………１４ ２．３．１变压器局部放电监测………………………………………………．１５ ２．３．２变压器油中气体监测………………………………………………．１ ６２．３．３变压器铁芯多点接地电流检测……………………………………．１８ ２．４智能变压器信息管理结构…………………………………………………１８ ２．４．１测量信息流…………………………………………………………一２０ ２．４．２监控信息流…………………………………………………………一２１ ２．４．３控制信息流…………………………………………………………．．２１ ２．４．４保护信息流…………………………………………………………。２２ ２．５本章小结……………………………………………………………………２２ 第３章智能变压器状态预测及故障诊断…………………………………………．２４ ３．１神经网络状态预测…………………………………………………………２５ ３．１．１神经网络算法………………………………………………………．２５ ３．１．２．神经网络预测………………………………………………………。３０ ３．１．３预测结果分析………………………………………………………．．３３ ３．２专家系统故障诊断…………………………………………………………３４ ３．２．１混合型专家系统的提出……………………………………………．．３４ ３．２．２混合型专家系统模型………………………………………………．３４ ３．２．３混合型专家系统实例分析…………………………………………．３５ ３．３智能变压器保护功能………………………………………………………３６ ３．３．１差动保护……………………………………………………………．．３７ ＩＶ ３．３．２过流保护……………………………………………………………．．３８３．３．３接地保护……………………………………………………………一４０ ３．３．４瓦斯保护……………………………………………………………．．４０ ３．３．５过负荷保护…………………………………………………………．４ｌ ３．４本章小结……………………………………………………………………４２ 第４章电能质量调节………………………………………………………………．４３ ４．１电能质量控制原理…………………………………………………………４３ ４．２电能质量仿真模型…………………………………………………………４９ ４．３仿真结果分析………………………………………………………………４９ ４．４电能质量调节对智能变压器的意义………………………………………５２ ４．５本章小结……………………………………………………………………５３ 第５章结论与展望…………………………………………………………………。５４ ５．１研究成果及创新点…………………………………………………………５４ ５．２展望与设想…………………………………………………………………５５ 参考文献……………………………………………………………………………．５６ 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果………………………………………．５８ 攻读硕士学位期问参加的科研工作………………………………………………．５９ 致ｊ射……………………………………………………………………………………………………………一６０ 作者简介……………………………………………………………………………．６１ 第ｌ章绪论第１章绪论 １．１课题背景及研究的目的和意义 智能变压器因其在发输配电系统中对潮流控制、电能输送调节的不可取代性， 理所当然的成为了智能电网的几种最重要的核心设备之一。在全球智能电网高速 发展的今天，智能变压器的生产、运行、维护方法及措施也得到越来越多的行业 研究者和电力专家的重视。 智能电网变电站的核心工作是采用先进、智能、可靠、高效的智能化设备， 通过数字化、可视化的控制平台和网络化的信息交互方式，实现高程度自动化的 电力输送控制。变压器的运行状态、负荷情况及潮流输送状态作为变电站配电情 况最重要的信息，是保证一切智能电网变电站正常运行的根本依据和一手资料， 因此其各项运行参数和运行状态的实时监控也就成为了智能电网变电站合理、协 调运作的基础。 输电系统的潮流分布情况对电能的合理调度及整个电力系统的协调高效运 行有着极其重要的意义，对无功功率控制的不合理会给电力设备带来大量额外的 高压负担，同时过多的无功功率分布会导致系统中视在电能总量超出电力设备额 定容量值，造成设备的损坏。有功功率调度的不协调则可能导致系统中输电频率 偏离工频５０Ｈｚ，在这种频率下，电网中极有可能发生预料之外的谐振，从而造 成输配电或用电设备的损坏。因此，合理及时的调度对整个电力系统的正常稳定 运行有着无以伦比的重要性。 变压器作为潮流检测及电力调度的重要环节之一，其运行状态及合理的控制 对电网的协调运行和稳定性有着非常重要的意义。电能从发电到用电各个环节中， 变压器都起着能量传递和电压等级变换的枢纽作用。对变压器电力参数值的实时 监测可以最直观地获取其所在输电子系统的运行情况，以此为依据进行变压器的 自适应调节可以在一定程度内从第一线对电网潮流分布进行修正。一方面保证了 系统中潮流调度的迅速性和准确性，另一方面避免了对上一级电网进行操作可能 造成的调度过度，从而影响到其他输变电子系统的正常运行。大大提高了电能控 制的高速性、准确性、指向性和可靠性。 不仅如此，因为变压器价格非常昂贵，意外停运代价比较高，所以变压器本 体的正常运行也有着非常重要的意义。变压器如果长时问运行在过负荷或散热不 良等状态下，会大大降低变压器寿命，由此导致的潜伏性故障还可能带来额外的 附加损失。对变压器内部各组件非电量参数，如温度、油面高度、制冷系统运行 状态的监测，结合电流电压情况，可以及时获取变压器负荷运行状态，避免变压 器长时间持续工作在过负荷状态或故障状态下，造成变压器损坏或带来不必要的 第ｌ苹绪论 损失。 针对电力系统对潮流调度的高要求和变压器长时间可靠运行的重要性，智能 变压器自适应运行及潮流控制系统可以有效的解决电能分布调节、潮流初步调度， 并保证变压器本体的稳定可靠运行。 １．２智能变压器结构与功能 形象地来讲，智能变压器既有眼睛的功能，可以对数据进行观测；又有大脑 的功能，可以对电信号和非电信号进行分析；更有手的功能，可以对参数进行测 量，对故障进行处理。 虽然从原则上讲，智能变压器可以应用在电力系统的发、输、变配、用和调 度的各个环节，但是受限于使用现场的环境，以及智能变压器目前的抗干扰性较 弱，其主要应用于发电厂和各类分类分布式变电站的自动化、低压配电网自动化 及其电能质量管理。在输电和高压配电系统中的馈电线路自动化方面，智能电器 的应用已经开始，但在国内还不够成熟，需要进一步研究。 以下对智能变压器的组成和功能进行简要的概述，阐述智能变压器与普通变 压器的不同点，并介绍其“智能化”的体现。 １．２．１智能变压器定义 智能变压器的定义在各个国家、企业略有不同，但究其本质是在传统变压器 上增加智能组件，从而实现使变压器状态的自我感知、智能评估和智能控制，变 压器状态的参数数字化、控制网络化及状态可视化【ｌ】。 具体说来，智能变压器的核心是通过装备必要的传感器，采集更多有关其运 行状态、控制状态和可靠性状态的信息，通过其智能组件，对采集信息进行自主 地处理，形成智能化的结果信息，为变压器的智能控制、电网优化运行以及变压 器的优化检修提供不可替代的信息支撑。 １．２．２智能变压器结构 智能变压器的构成包括：变压器本体，内置或外置于变压器本体的传感器和 控制器，实现对变压器进行测量、控制、计量、监测和保护的智能组件【２１。 变压器的冷却控制器和有载分接开关控制器具有可连接智能组件的接ＩＳＩ，并 可以响应智能组件的控制。图１．１是智能变压器的结构示意图。 第１章绪论 图１．１智能变压器的结构示意图 图中： Ｓｌ，Ｓ２——顶层油温传感器，用于测量顶层油温并发出警报信号； Ｓ３，Ｓ４＿底层油温传感器，用于测量底层油温并发出警报信号； Ｓ５，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１卜电流和电压传感器，传递电流和电压信号； Ｓ７，Ｓ８——检测局部放电； Ｓ１１——气体继电器，用于发出轻瓦斯报警和重瓦斯跳闸两种信号； Ｓ１２——检测油中溶解气体； Ｓ１３——检测油中水分； Ｓ１４—一检测铁芯接地电流； Ｃ＿冷却系统，同时可以输出风扇（或油泵）的电压、电流值； ＯＬＴＣ——有载调压系统，是跳闸及报警接点。 除此以外，智能变压器还安装有油位表，负责发出上、下限报警信号；安装 有在线监测仪的套管，电子式电流互感器，具有自动电压调整功能的分接开关等 组件。特别要强调的是，对于以上各组件，都可以提供４ｍＡ．２０ｍＡ的信号输出， 供远方监测使用。 １．２．３智能组件柜 智能组件柜是智能变压器不可或缺的一部分，其柜体材质可采用冷轧钢板或 不锈钢板，经过严格的表面处理和防腐蚀措施，有足够的机械强度，并且预留出 了足够的扩展和维护空间。 第ｌ章绪论 智能组件柜有两路工作电源，一主一副。柜体能够满足运行环境要求，内部 有良好的电磁屏蔽措施，因此可以保证内部的电磁环境满足各智能电子组件的长 期可靠运行要求。 １．２．４智能变压器功能 在电网系统的众多设备中，变压器可谓是最为重要的设备之一。因为它直接 和用电设备链接，不仅数量多，应用场合广，而且总损耗也占电网中的较大部分。 因其功能和应用的特殊性，对智能电压器进行智能化就显得十分重要。智能变压 器可以为电网人员提供精确的状态信息，实现远程控制，延长运行周期，降低运 行和维护费用【３１。智能变压器相比于普通变压器，除了传输电能和稳定电压的基 本功能外，还有诸如传感监测、状态预测、故障诊断、信息通信等高级功能。智 能变压器的智能化体现在很多方面，简单来说，就是模拟人工操作，来实现自动 控制，或称之为自适应运行。为了达到自适应运行的目的，需要一个智能的处理 器，处理采集到的信息，反馈给控制系统，进行智能化管理。智能变压器的功能 有很多方面。首先，也是最基础的功能，就是实现远程测量、通信和控制。传感 器监测到的电压、电流等电信号和温度、油中气体等非电信号，需要经过处理， 如果发现数据异常，则会发出故障预警，然后进行自动保护——这也是变压器的 另一个功能。智能变压器的保护系统较传统的变压器更加完善，更加可靠，而且 可以与上位机系统进行实时通信。智能变压器的故障报警系统也很完善，不仅可 以对故障类型进行判断，还可以准确判断故障位置，这样就十分便于维护人员排 查和检修。智能变压器强大的信息通信和管理功能，也使得智能化水平大大提高。 它具有类似于人脑的记忆功能，存储变压器的运行及检修数据，从而推算变压器 使用寿命，这样一来，就给资产管理带来了很大便利。 除了以上功能外，智能变压器还设置了ＲＳ２３２／ＲＳ４８５、光纤口和ＧＰＲＳ接口 等，以实现与主控室和配电网的实时通信。另外，还有智能控温、负荷控制、运 行控制等高级功能。尤其是其良好的自适应能力，更是智能化的一个最重要体现。 １－３智能变压器自适应及潮流控制国内外发展现状 智能变压器运行与控制的核心工作可以分为五个主要流程。第一步，通过配 备多种必要的传感器，实时采集与变压器运行状态相关的各种信息，包括电压电 流等电力参数信号和温度位置等非电力参数信号。第二步，传感器所采集的信息 按照一定的重要性优先级进入智能电网通信网络。第三步，由通信网络将状态信 息分别传递到近端或远端电力控制上位机。第四步，由上位机电力工作人员对所 收集到的信息进行汇总和分析，获取变压器的实时运行状态。第五步，也是构建 智能电网及智能变压器的最终目的和意义，由上位机电力工作人员根据所获取的 第１章绪论 变压器运行状态情况，发出相应的变压器维修、维护或其他运行指令。整个系统 的工作需要三个子系统的配合，监测系统、通信系统、上位机处理系统。 １、传感器及监测系统。电力变压器运行状态实时监测的方法很多，以监测 信号是否反映电力参数情况为依据进行分类，可分为电压电流监测系统和非电力 参数信号监测系统。 （１）传感器【４】技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展 的高新技术，是进入２ｌ世纪以来，各国优先发展的十大顶尖技术之一。传感器 技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的 发展紧密联系。 各种不同的传感器中，非电力信号传感器中的温度传感器是最早开发，应用 最为广泛的一种传感器。世界上第一个非电力信号传感器是１９５３年伽利略发明 的一支空气温度计，从那之后人们开始利用温度进行测量。真正把温度信号变为 电信号是的传感器是１８２１年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶 传感器。五十年之后，另一名德国人西门子发明了铂电阻温度计。后来在半导体 技术的支持下，人们相继开发了半导体热电偶传感器、ＰＮ结温度传感器和集成 温度传感器。 电压电流传感器最早始于１９１２年俄国人洛高夫斯基发明的洛高夫斯基线圈， 并在之后的电力系统监测中得到了高速迅猛的发展。电力行业的研发者们依靠电 磁感应原理研发制造了多种不同容量的电压电流传感器，利用变压器原副边耦合 的方式将所监测的电力信号转化为控制系统级别的电信号，并以此为依据对电力 系统进行监控。ＩＥＣ．ＴＣ３８工作组在仪用互感器的基础上，考虑了传感器技术电 磁兼容性的特殊要求，草拟了ＩＥＣ６００４４．７标准，并与１９９９年１２月发表， ＩＥＣ６００４４－８也与２０００年中发表，规范了电压电流传感器的行业标准。 事实上，英、美、日、德等发达国家对传感技术十分重视。早在八十年代， 美国在传感器领域已经较为先进了，并成立了名为国家技术小组的专门组织，来 从事传感器的相关研究工作。在美国所列出的重大技术中，与传感器有关的高达 ２７．３％。特别在美国的军事领域，有八项技术涉及到传感器。因此，在美国空军 ２０００年所做的最有助于提高军事能力的关键技术中，传感器名列第二。日本也 十分重视传感器技术的研究，并将其列为所有待研究的技术之首。而且，在日本 科学技术厅制定的重大课题中，有２５．７％涉及到传感器，仅次于美国。总之，在 过去几年的时间里，传感器技术得到了迅猛地发展。现在，传感器技术已经成为 了科技发展的一个标志性技术，并与通信和计算机构成了信息产业的三大支柱。 在环境监测和保护方面，英特尔研究实验室的研究人员曾将３２个小型传感 器安置于缅因州“大鸭岛”上，其中包括温度传感器、湿度传感器等，用以读出 该地气候条件，以评价海燕筑巢的可能性。医疗护理方面，同样是英特尔公司推 第１章绪论 出了传感器网络家庭护理技术。作为探讨应对老龄化社会的技术项目Ｃｅｎｔｅｒ ＡｇｉｎｇＳｅｒｖｉｃｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＣＡＳＴ）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家 具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海 默氏病患者以及残障人士的家庭生活。军事领域中，传感器技术的应用显得更为 重要，美国国防部远景计划研究局已几千万美元，帮助大学进行”智能尘埃” 传感器技术的研发。 国外的传感器厂商以美国的霍尼韦尔为行业龙头，霍尼韦尔传感与控制部提 供超过５万种的产品，包括快动、限位、轻触和压力开关，以及位置、速度、压 力、温湿度、电流和气流传感器，是传感与开关产品涵盖范围最广的厂商之一， 以最广泛的产品覆盖度满足市场需求。 我国国内工业领域，早在２０世纪６０年代开始涉足传感器制造业，那时在上 海、四川、重庆等地成立了一系列的传感器生产企业。由于半导体行业发展水平 的限制，各种必需传感器和控制芯片无法满足实时监测的要求，直到７０年代末， 相关监测技术才在实际应用中得以真正的发展。但当时的发展水平是与国外相比， 依然非常滞后。２ｌ世纪之前，国产传感器的应用范围非常窄，更多的停留在航 天航空以及工业测量与控制上。据有关资料显示，我国最大的传感器公司的年产 值也仅有５５０００只。而且，高、精、尖传感器和新型传感器的市场，几乎全被国 外品牌或合资企业垄断了。但随着国家对传感器行业的重视程度日益加深，２０ 世纪末２１世纪初，我国的传感器获得了高速的发展。在第十届中国国际传感器、 测试测量展览会上，国内的沈阳传感器中心和北京青鸟元芯公司在压力芯片制造 中取得了重大的突破。昆山双桥传感器测控技术有限公司、西安中星测控有限公 司、宝鸡麦克传感器有限公司等开始集中力量攻克专项技术问题，并取得了一定 的成绩。 （２）电力变压器监测系统的研发最早始于二十世纪六十年代，一些发达国家 就开始对此进行研究。Ｎ－－十一世纪初期，电力变压器监测系统已经有了较为显 著的发展，进入了实用阶段。国外最早的电力设备监测系统主要以油色谱监测为 研究核心，美、德、日等发达国家对油中溶解气体监测做了较为深入的研究。经 过一段时间的探索，油色谱已经应用到了一些监测设备上，例如，三菱公司出品 的ＴＣＧ自动监测仪、加拿大ＳＹＰＲＯＴＥＣ公司的ＨＹＤＲＡＮ产品、美国ＡＶＯ公 司的ＴｒｕｅＧａｓ监测仪等【５】。在油中溶解气体监测方法中，应用最为广泛也是最基 本的方法就是ＩＥＥＥ推荐的三比值法，后来出现的改良的三比值法，也是基于此 而改进的。三比值法的理论根据涉及到热动力学理论，在此不做详述。后来，针 对三比值法存在一些诸如编码短缺和边界过于绝对等问题，Ｒ本电器协同研究会 对此又做了进一步的改进和补充【６，。７１。油中溶解气体检测方法经过了大量的实践 证明，目前已经成为油浸电力设备监测最为重要的方法。它不仅能够及时发现变 第１章绪论 压器等设备潜在的故障，还能够达到其他电力检测方法达不到的效果。然而，由 于油中气体监测的故障类型和故障点没有办法准确定位，还需要借助其他方法作 为辅助监测手段。例如国外研究人员已尝试利用半导体吸收式光纤温度传感器实 现对大型电力设备的温度状况进行监测，而且取得的较好的效果。 我国电力行业从上世纪七十年代木开始对相关的变压器在线监测进行研究， 八十年代末开始实现数字化测量，九十年代末二十世纪初开始采用多功能上位机 系统对变压器运行状态进行在线《电力设备预防试验 规程》【ｌ】规定，常用的监测方法有绝缘试验、局部放电试验ＩＳ９】、绝缘油电气试验、 油中溶解气体分析（ＤｉｓｓｏｌｖｅｄＧａｓｅｓＡｎａｌｙｓｉｓ），简称ＤＧＡｔｍｒ７１，工程中还被称为色 谱分析）及其他预防性试验等。目前投入使用的主要有变压器油色谱监测系统、 光纤局放监测系统［ＩＳ１９］、超高频局放监测系统、变压器温度监测系统、有载调压 开关监测系统等。其中同样以油色谱监测系统为主要监测方式，国内研制的油色 谱监测系统产品主要有思源电气股份有限公司的ＴＲＯＭ．６００型、宁波理工监测 设备有限公司的ＴＲＡＮ．Ｂ型、河南中分仪器有限公司的中分３０００型，这些装置 按不同的标准可以有多种分类方式，其功能由测单组分氢气、测可燃气总量发展 为分别监测多组分的单独含量的设备【２０１。还有一些目前正在研究且尚未投入使用 的监测系统，例如变压器振动监测系统【２旧】。 ２、通信网络方面。电力系统通信网络的稳定运行和数据传输的高速性、准 确性是整个电网正确合理监控的基础，电网的通信系统在不同的通信等级中采用 不同的通信方式和协议。 （１）骨干网采用基于ＳＤＨ的多业务传送平台（Ｍｕｌｔｉ．Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ＰｌａｔｆｏＩＴｎ， ＭＳＴＰ［２３￣２５】）、ＡＳＯＮ、ＯＴＨ、同步数字体系（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ，ＳＤＨ） 等通信方式。其中，ＭＳＴＰ可以实现ＴＤＭ、ＡＴＭ、以太网等业务亿博电竞 亿博官网的同时接入、 传送和处理，从而进行统一管理。ＭＳＴＰ的传输速度很高，可以实现大量数据的 高速传输。ＭＳＴＰ的发展经历了三代。第一代ＭＳＴＰ的缺点较多。比如，不能提 供流量控制，无法主动调节信息量，宽带资源不能共享，硬件利用率较低等。第 二代较第一代有了很大改进，已经可以支持二层交换，即可以实现以太网链路层 的数据交换。而且，第二代ＭＳＴＰ还可以进行流量控制，从而保证里数据的完整 性。但是，第二代仍然无法进行宽带资源共享。到第三代，通过增加智能适配层 和一些调整机制，已经可以实现多点到多点的连接和宽带共享功能。而且，其扩 展性也非常强。因此，第三代ＭＳＴＰ已经十分成熟了，不仅全面支持以太网技术， 还解决了信息高速传输等问题。 可以将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合 信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（ＳＯＮＥＴ）。国 际电报电话咨询委员会（ＣＣＩＴＴ）（现ＩＴＵ．Ｔ）于１９８８年接受了ＳＯＮＥＴ概念并 第１章绪论 重新命名为ＳＤＨ，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技 术体制。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备 问的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现 灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的 发展和应用的热点。 （２）变压器端配电网采用光通信、中压载波通信和无线通信等方式。主要有 光纤通信、ＲＳ２３２通信、ＲＳ４８５通信和Ｚｉｇｂｅｅ【２啦７】通信等方式。配电端通信网络 由于总的信息量相对稍小，只需要传递本变压器相关的数据信息，所以在进入骨 干通信网络之前，通信协议均采用低容量、低成本的通信模块，以实现配置简便、 经济运行的目的。现代光纤通信始于１ ９６６年，英籍华裔学者高锟（Ｃ．Ｋ．ＫＡＯ）和 霍克哈姆（Ｃ．Ａ．ＨｏｃｋＨａｍ）发表的关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤 （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂ砷进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光纤通信的基础。 １９７０年，美国康宁＜Ｃｏｒｍｎｇ）公司成功研制了损耗为２０ｄＢ／ｋｍ的石英光纤，把光 纤通信的研究开发推向了一个新的阶段。１９７２年，康宁公司高纯石英多模光纤 损耗降低到４ｄＢ／ｋｍ。１ ９７３年，美国贝尔实验室将光纤损耗降低到２．５ｄＢ／ｋｍ，７４ 年降低到１．１ｄＢ／ｋｍ。在之后的发展历程中，日本、美国等国家对光纤通信进行 了大量的改进和研究，１９８６年，世界上最低损耗的光纤通信是０．１５４ｄＢ／ｋｍ，接 近了光纤通信最低损耗的理论极限。 电力行业领域，最早将光纤通信引入应用的是日本，１９７４年，东京电力公 司于关西电力公司密切合作，着手研究将光纤通信引入到电力系统通信网络中。 １９７５年，又同另外十家电力公司合作，在中央电力公司的技术开发委员会内组 织了一个工作组，进行具体目标为建立电力系统用的光通信的广泛研究。类似的 研究工作也在九州电力公司和丘布电力公司相继开展。我国也与二十世纪末，二 十一世纪初开始将光纤通信引入到电力系统通信网络的应用中，十一五和十二五 计划也分别将电力系统通信网络的各项技术要求列入国家发展战略。以衢州电力 通信网络【２８】发展为例，衢州电力局光纤通信发展已经经历了近１０年时间。至２００７ 年底，衢州电网通信系统投入运行的通信光缆共７２８．１Ｋｍ，全局投入运行的光纤 通信站为６１个。２０１ １年９月１４日，国家电网青藏联网工程配套光纤通信工程 通过验收，全面竣工，工程范围横跨西藏、青海、甘肃、宁夏四省（区）。工程 新建光纤复合架空地线多千米，新建刚察中继站、海 西开关站、巴隆中继站、换流站等１１个光通信站，新安装调试光传输设备 ２９套。工程竣工后，形成三级通信电路：国家电网一级骨干通信电路ｌ条、西 北电网通信电路１条、省网通信电路１条，是国内首条可应用于电力工程建设的 电视电话会议指挥系统。电力系统大规模光纤通信网络【２９】的铺设，为电力系统稳 定高效的运行奠定了基础，极大程度的防止因信息不通畅、数据传输滞后等问题 第１章绪论 带来的电力故障。光纤通信已经在全国各级电力公司通信网络中得到了大规模的 普及，确保了电力系统信息的畅通，数据传输的准确高速性，在很大程度上促进 了智能电网的发张，为电力系统自动化、智能化、高效化提供了保证。 ＲＳ２３２和ＲＳ４８５协议是目前应用及其广泛的本地网络通信协议，其特点是 成本低，通信距离相对较短，使用与少量设备之间的信息汇总与传输。 ３、上位机处理系统方面。随着计算机技术和软件技术的飞速发展，电力系 统上位机处理系统也得到了高速的发展和进步。大部分上位机软件是基于ＶＣ或 ＶＢ语言开发的，具有直观性、图形化的特点，很大程度上降低了系统控制的复 杂性。但由于客观条件的限制，暂时还没有找到一种合适的算法实现系统自动控 制运行，因此现有的电力系统上位机软件依然需要有电力从业人员２４小时不问 断监控，并及时做出相应的操作。 １．４本论文的主要工作 本文将对智能变压器自适应运行及潮流控制方法进行深入研究，从在线监测 与信息管理、状态及负荷预测、故障诊断与电压器保护、电能质量与统一潮流控 制几大方面进行讨论分析。 通过不同的在线监测系统采集变压器各方面数据，将各电压电流等电力参数 和非电力参数进行整合，结合神经网络模型和灰色数据理论，对变压器的运行状 态进行综合分析和预测。具体研究内容如下： 根据在线监测系统所采集智能变压器所处的变配电网的历史性负荷波动情况，以及变压器实时的电压电流输出数据，对下一个供电时 间段的电能需求进行预测，所采用的方式为神经网络算法。 研究现有的专家系统的种类及优缺点，尝试整合各种故障诊断方法的优点，提出一种更符合实际的、应用范围更加广泛的新型专家系 通过建模，尝试建立一种可以大大改善电能质量，具有防止过压、欠压等故障的的模型。并在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ上仿真，模拟故障和干 扰，验证方法的正确性。 通过分析国外成功的统一潮流控制器模型，研究其成功的原因以及模型的优越性。探讨智能变压器在其中的应用。 第７章智能变压器信息管理 第２章智能变压器在线监测与信息管理 随着科技的进步，人们已经成功地将微电子、传感器和计算机技术应用到电 力系统高压设备的状态检测技术中了。因而，随之衍生的各种在线监测技术也丌 始逐步应用于智能变电站。 对于在线监测系统的在整个智能电网中的作用，图２．１可以形象地说明。 在线智能电网中在线监测系统的作用示意图 可见，智能电网是一个闭环控制系统，在线监测系统不仅负责了对输出信号 的采集，还担负着处理信号以及反馈给电网已达到自适应控制的作用。 所谓自适应控制，是指不论外界发生巨大变化或系统产生不确定性，控制系 统能自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态 的一种控制方法。 针对智能变压器，就是指，可以根据在线监测系统的诊断结果和对电力负荷 的预测，调整变压器的各项参数，使其输出高品质的电能。 因此，可以说，在线监测系统在整个闭环控制中，起着最为关键的作用。 ２．１在线监测的必要性分析 由于变压器需要长时间连续第运亿博电竞 亿博官网行，不可避免地发生各种故障，不仅会破坏 供电的持续性，还会造成自身和其他设备的损坏。也『Ｆ因为如此，减少变压器故 障就可以切实地提高电网的经济效益。事实上，多年来，如何对变压器的故障进 行分析，如何设计变压器以及如何维护和检修，都是十分困扰电力工作人员的的 问题，也是他们关注的焦点。如何建立一种预知性的检修，“当修必修’’，而非“到 第７章智能变压器信息管理 期必修”，已成为电力变压器检修方式的必然发展趋势【３０】。 ２．１．１故障检修分析 为什么要实现预知性检修呢？这是由变压器的故障曲线决定的。 由于安装质量方面的问题、设备本身存在的薄弱环节等缺陷，变压器的故障 和缺陷在开始投运的一段时间内暴露的比较多；而随着运行时间的增长，日后便 趋于平缓；然而，运行一定的时间后，随着设备的陈旧老化，逐步暴露缺陷的概 率又开始增加，它和电力设备的绝缘性能一样，是时间的增函数，趋近于一条“浴 盆曲线”，随着时间的故障缺陷曲率如图２．２所示。 ３．０４．５ ６．０ ７．５ ９．０ 投运时间／年 图２－２故障缺陷“浴盆曲线” 那么，是不是定期检修，就可以维持或延长故障曲线的平缓区呢？事实并非 如此。经过实践经验发现，由于维修时的误操作等问题，“到期必修”的定期检 修方式，可能使常规的设备运行“浴盆曲线】＂规律发生变化，反而会增加设 备发生故障的概率，从而形成如图２．３的故障缺陷曲线章智能变压器信息管理 １．５ ３．０ ４．５ ６．０ ７．５ ９．０ 投运时间／年 图２－３定期检修故障曲线 此外，从经验上讲，能够识别设备的早期征兆对故障检修具有至关重要的意 义。因为，一般情况下，电力设备不会在瞬间发生，而是遵循电力设备退化的规 律曲线。在故障发生后，通常要退化到潜在故障Ｐ点后 才逐步发展成能够探测到的故障。由曲线可以看到，如果没有检测到潜在故障点 并采取措施进行补救，就会加速退化过程，直到功能故障的Ｆ点而发生事故。 伯葵地魁姆蜊幽２．４电力设备功能退化Ｐ．Ｆ曲线 Ｆｔ因此，预知性的检修就显得十分重要。在众多预知性检测方法中，状态检修 ［３２１最为有效。 第７章智能变压器信息管理 ２．１．２状态检修 状态检修是指以设备当前的实际状况为依据，通过高科技监测手段，对设备 进行纵向（历史和现状）和横向（同类设备的运行状况）的比较分析，来识别故 障的早期征兆，并对故障部位、故障严重程度和发展趋势做出判断，以确定其最 佳检修时机。与定期检修相比，状态检修有以下优势，首先，就是节省大量人力 物力；其次，状态检修有助于延长变压器使用寿命；第三，状态检修可以增加输 变电的可靠性；第四，状态检修可以降低检修成本和检修难度；最后，状态检修 可以大大减小检修风魁３３Ｊ。 状态检修分为监测和诊断两个部分。监测就是指发现问题。诊断，顾名思义， 就是把在线监测到的信息传送给专家系统，经过专家系统的处理分析后，给出变 压器运行状态的评估，然后进行状态预测，从而确定最佳检修时间。而能够最大 限度地发现故障及其来源，是在线是变压器诊断专家系统示 意图。 一油中气体卜 一局部放电卜一 光纤碾机设 －－１，超声波卜一程ｌ备所在地 一负荷电流一制网环境温度 器计算机研 ｜ｕＬｈ卞肥｝ 一ｏＬＴｃ动作卜—一２．２在线变压器诊断专家系统 一般来讲，在线监测判定系统是根据测量参数的实时变化趋势来进行判定的。 判定系统通过计算机联网，在高度自动化的条件下，收集、存储并实时处理所测 得的数据，做出趋势预测。在线监测的基本程序是：数据收集和存储一状态分析 一故障分类一故障位置判定一提出维护方案【３４】。 第７章智能变压器信息管理 ２．２．１状态分析方法 状态分析一般以神经网络分析为基础。神经网络的自学习功能和并行运行能 力可以提高推理速度，从而解决知识的组合爆炸问题。对于来自各个监测子系统 的十分繁杂的数据，例如铁心绕组、负荷电流、油温，以及故障机理不清的问题， 经过人工神经网络预处理单元的特征分析，都可以将预分析结果转变成人工神经 网络适宜处理的形式。 ２．２．２故障分类 故障分类大多采用快速傅里叶变换或小波变换方法。主要是区分故障性质。 例如：电气或者磁路过热故障、与纤维有关或无关的放电、机械故障、局部放电 故障或其他故障。 ２．２．３故障位置判定 故障位置的判定是由智能专家系统完成的。其依据是数据库存储的知识和经 验。也就是根据故障的现象，确定故障性质，进而从原理上或历史记录经验上找 到引起故障的位置。在线监测数据库可以存储电气设备的全面信息。例如：被监 测的各种运行及故障参数、变压器的运行状况以及历史数据等。此外，还可以存 储诊断判定结果。所有信息和资料都可以通过联网进行查询，不仅可以作为一个 经验的积累，也可以存储在本文后续介绍的混合专家系统的事例库中。总之，它 为电网维护和检修人员的工作带了了很大方便。 ２．３在线显示了在线监测系统在智能变压器中的位置。可以说，在线监测系统 是智能变压器的核心部件，种类很多，监测方向也有所不同，但尽管如此，不论 什么类型的在线监测系统，都需要经过三个步骤： １）采集设备数据信号； ２）对数据进行传输； ３）分析处理数据及诊断 通常在搭建在线监测系统时，需要三个子系统，如图２－６所示。 １４ 第７章智能变压器信息管理 现场信号检测 信号调理传输 处理决策 ｝变压器传感器 信号调理图２－６在线监测系统结构框图 以下依次对几个主要系统进行说明。 ２．３．１变压器局部放电监测 由于很多故障都会产生局部放电，故变压器局部放电是反映高压电气设备状态的一个重要标志。常用的监测方法有脉冲电流法、超高频监测法、超音频监测 法以及红外监测法等。其中，脉冲电流法应用最为广泛。 所谓脉冲电流法，是指利用电流传感器在出现脉冲电流信号的出线端、管套 末屏接地线、铁芯接地线等处测量局部放电脉冲电流信号并进行分析的方法。脉 冲电流法主要利用局部放电频谱的较低频段部分，一般为数千Ｈｚ到数百千Ｈｚ。 目前的在线监测采用的是无直接电联系的磁耦合方式来作为电流传感，如罗戈夫 线圈。 脉冲电流检测系统的原理图如图２．７所示。 ｌＩｊＩ反相器 检测器图２．７脉冲监测电路原理图 第７章智能变压器信息管理 其工作原理如下：比较进入测量系统的两个信号，一个来自变压器中性点传 感器，另一个来自变压器铁芯接地传感器。当变压器内部产生局部放电信号，它 在变压器中性点及铁芯接地传感器上，产生两个方向相反的电流脉冲。而当变压 器外部存在干扰信号时，它在这两个传感器上产生的电流脉冲方向相同，适当选 择测量频率，可用软件实现差动平衡，从而实现共模干扰抑制。应用小波变换等 现代信号处理技术可滤除检测信号中的周期干扰以及随机干扰，准确区分内外放 电脉冲。 ２．３．２变压器油中气体监测 由于油具有非常好的绝缘和散热特性，故目前，对于大型电力变压器，基本 都是利用油来进行绝缘和散热的。变压器油中的固体有机绝缘材料在运行电压下 因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用，会经过一系列的化学反应，产生低 分子烃类，例如甲烷（ＣＨ４），乙烷（Ｃ２Ｈ６），乙烯（Ｃ２Ｈ４），乙炔（Ｃ２Ｈ２），一氧 化碳（ＣＯ），二氧化碳（Ｃ０２）和氢气（Ｈ２）等气体。这些气体溶解在油中，监 测油中这些气体的含量，就可以知道变压器的运行状态，如果气体的含量或比例 异常，则预示着故障的发生。 油中气体在线监测装置，目前主流的监测方法有两种，一种是电化学法，即 通过监测油中溶解气体与氧气发生电化学反应的反应速率，得到一个与之正比的 电信号，从而监测特征气体的含量。另一种是色谱法，即采用物理学中的色谱原 理，将油中溶解气体从变压器油中分离后，进入在线监测装置的定量管并通过其 中的色谱柱，分离出各组份气体，到达传感器，从而监测各组份气体含量。 油中特征气体产生的原因见表２．１，故障形式产生的特征气体见表２．２ 表２．１油中特征气体产生的原因 气体 产生的原因 Ｈ２ 水分、电晕、绝缘热分解 ＣＯ 固体绝缘受热及热分解 Ｃ０２ 固体绝缘受热及热分解 油和固体绝缘热分解、放电Ｃ２Ｈ６ 同体绝缘热分解、放电 Ｃ２Ｈ４ 高温热点’卜．绝缘热分解、放电 Ｃ２Ｈ２ 电弧放电、油和Ｉ司体绝缘热分解 表２—２故障形式产生的特征气体

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