王佼，劉釗，胡新超，趙海霞

(1.國(guó)網(wǎng)保定供電公司，河北 保定 071000；2.國(guó)網(wǎng)淶水供電公司，河北 保定 071000)

電流互感器狀態(tài)診斷方法的研究

王佼1，劉釗1，胡新超2，趙海霞1

(1.國(guó)網(wǎng)保定供電公司，河北 保定 071000；2.國(guó)網(wǎng)淶水供電公司，河北 保定 071000)

介紹了電流互感器的各種預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，并將其運(yùn)行狀態(tài)劃分為四種?；谀：碚?，確定了狀態(tài)診斷所需的狀態(tài)信息，建立了一種模糊診斷模型，并通過實(shí)例驗(yàn)證了所提方法的正確性、實(shí)效性。

電流互感器；預(yù)防性試驗(yàn)；狀態(tài)診斷；模糊理論

0 前言

電流互感器是電力系統(tǒng)中非常重要的一次設(shè)備，對(duì)電流互感器進(jìn)行狀態(tài)診斷可以有效緩解設(shè)備的當(dāng)前狀況，在出現(xiàn)某些故障征兆的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行檢修，可以避免突發(fā)事故的發(fā)生。

1 電流互感器的狀態(tài)診斷

1.1 狀態(tài)信息的分析與確定

電流互感器的狀態(tài)診斷就是利用各種離線的和在線的檢測(cè)乎段對(duì)反映互感器運(yùn)行狀態(tài)的物理、化學(xué)量進(jìn)行檢測(cè)，從而判明互感器是否處于正常狀態(tài)。

通常情況下，無法直接得到電流互感器的狀態(tài)模型，只能通過分析設(shè)備運(yùn)行過程中表現(xiàn)出的現(xiàn)象或?qū)δ芊从吃O(shè)備狀態(tài)的參數(shù)的測(cè)量來間接得出當(dāng)前的狀態(tài)。對(duì)電流互感器進(jìn)行狀態(tài)診斷需要依據(jù)許多信息，這些信息統(tǒng)稱為狀態(tài)信息[1]。電流互感器的狀態(tài)信息有預(yù)試數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備歷史數(shù)據(jù)等。選擇合適的狀態(tài)信息可以更好的反映油浸式電流互感器的運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)診斷提供判據(jù)。表1為對(duì)電流互感器進(jìn)行狀態(tài)診斷時(shí)采用的狀態(tài)信息量。

表1 電流互感器的狀態(tài)信息量

介損測(cè)試能有效地發(fā)現(xiàn)電流互感器的普遍老化、受潮、油質(zhì)劣化、油泥臟污等整體缺陷；絕緣電阻測(cè)量能發(fā)現(xiàn)絕緣受潮、臟污、貫穿性裂紋或其他嚴(yán)重的絕緣缺陷；局部放電試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)互感器主絕緣中潛在的缺陷靈敏有效；絕緣油試驗(yàn)可直接反映油質(zhì)本身的質(zhì)量問題 (如油質(zhì)劣化等)。

1.2 電流互感器狀態(tài)分類

按有無缺陷或缺陷對(duì)安全運(yùn)行的影響程度可將電流互感器狀態(tài)診斷的結(jié)果劃分為正常狀態(tài)、一般狀態(tài)、注意狀態(tài)、嚴(yán)重狀態(tài)。正常狀態(tài)表示電流互感器運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常[3-6]，故障發(fā)生的可能性極低，可接受長(zhǎng)期運(yùn)行；一般狀態(tài)表示電流互感器已運(yùn)行一定時(shí)間，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)正?；蚱渲袀€(gè)別狀態(tài)量表明可靠性稍有下降，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可繼續(xù)運(yùn)行，故障可能性低；注意狀態(tài)表示在試驗(yàn)周期內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有偏離正常狀態(tài)，某些狀態(tài)量反映電流互感器內(nèi)部可能有異常現(xiàn)象，但仍有很多不確定因素的變壓器，發(fā)生故障的可能性也在增大，互感器可繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)縮短試驗(yàn)周期并跟蹤觀察；嚴(yán)重狀態(tài)表示電流互感器整體工作性能欠佳，通過試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)量多數(shù)超標(biāo)，分析可能存在故障，要通過檢修才能使其恢復(fù)到健康狀態(tài)。

1.3 電流互感器的狀態(tài)診斷流程

一般來說電流互感器的狀態(tài)和征兆之間不存在簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一種狀態(tài)可能對(duì)應(yīng)多種征兆，而一種征兆也可能對(duì)應(yīng)著多種狀態(tài)，這就為狀態(tài)的判別增加了難度[7]。因此通常電流互感器的狀態(tài)診斷有一個(gè)反復(fù)實(shí)驗(yàn)的過程，如圖1所示。

圖1 電流互感器狀態(tài)診斷流程圖

2 電流互感器狀態(tài)診斷算法

2.1 模糊診斷原理

模糊診斷的方法[8]是通過某些征兆的隸屬度來求出各種故障原因的隸屬度，然后通過閾值原則或者最大隸屬度原則來確定對(duì)象的故障原因。

設(shè)觀測(cè)到某設(shè)備的一征兆群樣本X=(x1，x2…xm)，同時(shí)得出此樣本中各分量元素xi對(duì)征兆的隸屬度，則將各元素轉(zhuǎn)換成隸屬度，就構(gòu)成了故障征兆模糊向量：

假設(shè)該征兆樣本是由故障云因yi產(chǎn)生的，yi對(duì)各種故障原因的隸屬度為Y(yi)，則構(gòu)成了故障原因模糊向量：

Y與X具有模糊關(guān)系為：

式 (3)是故障原因與征兆之間的模糊關(guān)系方程。式中·是模糊算子，R是體現(xiàn)診斷專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的模糊診斷矩陣。

其中，0≤rij≤1，1≤i≤m，1≤j≤n。

模糊診斷矩陣R是m×n矩陣，其中行表示故障征兆，列表示故障原因，矩陣元素rij表示第i種征兆對(duì)第j種原因的隸屬度。當(dāng)rij=0時(shí)，表示故障征兆i對(duì)故障j的發(fā)生不起作用，rij的值越大，表示征兆的存在對(duì)故障的發(fā)生起的作用越大，即故障發(fā)生的可能性越大。

模糊診斷的原理框圖如圖2所示。

圖2 模糊診斷的原理框圖

2.2 建立診斷模型

2.2.1 因素集和判斷集的建立

從影響電流互感器工作狀態(tài)的眾多因素中，選擇具有代表性的參數(shù)作為評(píng)判電流互感器工作狀態(tài)的因素，建立因素集 (即故障原因集)：

主要評(píng)判因素有：

1)電氣試驗(yàn)參數(shù)：繞組及末屏的絕緣電阻、介損及電容量、一次繞組直流電阻、局部放電量；

2)油中溶解氣體狀態(tài)參量 (包括多種油中氣體)；

3)絕緣油特性參數(shù)：油中微水含量、油介損、油擊穿電壓；

4)其他因素：工作環(huán)境、運(yùn)行資料、檢修記錄。

在確定了電流互感器的評(píng)判因素后，需要?jiǎng)澐蛛娏骰ジ衅鞯臓顟B(tài)，也就是建立模糊診斷中各評(píng)判因素的判斷集。本文將電流互感器分為 “正常”、“一般”、“注意”、“嚴(yán)重”四種運(yùn)行狀態(tài)。判斷集為：V={正常，一般，注意，嚴(yán)重}=

2.2.2 單因素模糊評(píng)判

單因素模糊評(píng)判是指單獨(dú)從一個(gè)因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)估，以確定評(píng)估對(duì)象對(duì)判斷元素的隸屬程度。

設(shè)電流互感器按因素集中的第i個(gè)因素ui進(jìn)行評(píng)估，對(duì)判斷集中第j個(gè)元素vj的隸屬程度為rij，則按第i個(gè)元素ui評(píng)估的結(jié)果，可用模糊集合Ri=來表示。Ri稱為單因素評(píng)判集。

同理可求出相應(yīng)于每個(gè)因素的單因素評(píng)判集，并將其構(gòu)成以各單因素評(píng)判集為行向量的矩陣R，R稱為單因素評(píng)判矩陣?？梢砸暈橐恍衜列的模糊矩陣，＆為廣義模糊算子。文章采用的權(quán)重集A和評(píng)判矩陣R的合成算法是加權(quán)平均型的綜合評(píng)判，即：

2.2.4 評(píng)判指標(biāo)的處理

經(jīng)過模糊運(yùn)算后，得到了評(píng)估指標(biāo)bj=(1，2……p)，必須對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行處理，以得到最終的診斷結(jié)果。一般采用最大隸屬度原則和閾值原則來處理評(píng)估指標(biāo)[13]。本文采用的是最大隸屬度法來處理評(píng)估指標(biāo)，即取與最大評(píng)估指標(biāo)bmax= max{bj，j=(1，2……p)}相對(duì)應(yīng)的評(píng)判集元素vk作為診斷的結(jié)果。

3 實(shí)例分析

2.2.3 模糊綜合評(píng)判

從單因素評(píng)判矩陣R可以看出，R的第i行，反映了第i個(gè)元素對(duì)評(píng)判對(duì)象取各個(gè)判斷集元素的影響程度；R的第j列，反應(yīng)了所有因素對(duì)評(píng)估對(duì)象取第j個(gè)判斷集元素的影響程度。

文章利用評(píng)判矩陣R的各項(xiàng)乘上相應(yīng)評(píng)估因素的權(quán)數(shù)αi(i=1，2……m)，來描述所有因素的綜合影響。

模糊綜合評(píng)判可表示為：B=A＆R。權(quán)重集A

某110 kV變電站的電流互感器，分析其2012年的預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷其運(yùn)行狀態(tài)為“嚴(yán)重”，存在缺陷或故障。為了尋找可能的故障原因，利用獲取的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)對(duì)電流互感器進(jìn)行狀態(tài)診斷，具體步驟如下：

1)計(jì)算電流互感器繞組的狀態(tài)信息診斷矩陣R，如表3所示。

表3 繞組狀態(tài)信息診斷矩陣

2)確定電流互感器狀態(tài)信息的權(quán)重

計(jì)算繞組狀態(tài)信息的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重。綜合權(quán)重是主觀和客觀權(quán)重的平均值，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 繞組狀態(tài)信息的組合賦權(quán)

3)計(jì)算各個(gè)故障原因的故障概率，所求結(jié)果如表5所示。

表5 繞組故障原因及其概率

根據(jù)最大隸屬度原則，繞組絕緣受潮是最有可能的故障原因。對(duì)電流互感器停電檢修，發(fā)現(xiàn)繞組表面不干凈，有油泥和污物，導(dǎo)致絕緣受潮，與本文診斷模型結(jié)論基本相吻合。驗(yàn)證了所提方法的正確性、準(zhǔn)確性、實(shí)效性。

4 結(jié)束語

電流互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其狀態(tài)容易確定，適宜開展?fàn)顟B(tài)檢修。本文確定了進(jìn)行狀態(tài)診斷所需的狀態(tài)信息，并基于模糊理論，總結(jié)出一種判斷互感器狀態(tài)的方法，建立了狀態(tài)診斷的模型并通過實(shí)例驗(yàn)證了所提方法的正確性。但是，確定電流互感器的狀診斷算法是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前很多方面還處在研究探索階段，需要進(jìn)一步研究。

[1] 郭堅(jiān)錚.電力變壓器狀態(tài)診斷方法的研究 [D].保定：華北電力大學(xué)，2012.

[2] 陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性實(shí)驗(yàn)方法及診斷技術(shù) [M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

[3] 岳全中.油浸式電力互感器狀態(tài)評(píng)估方法的研究 [D].保定：華北電力大學(xué)，2004.

[4] 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程DL/T596[S].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[5] 郇嘉嘉.電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修策略的研究 [D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[6] 李安貴.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用 [M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[7] 王禮軍.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用研究 [D].重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

[8] 許婧，王晶，高峰，等.電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(8)：48-52.

[9] 李明，韓學(xué)山，楊明，等.電網(wǎng)狀態(tài)檢修概念與理論基礎(chǔ)研究 [J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(34)：43-52.

[10] 亓莉莉.電力變電設(shè)備狀態(tài)檢修的研究 [D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[11] 湯宇奇.變電站一次設(shè)備的狀態(tài)檢修 [J].湖北電力，2010，34(2)：46-47.

[12] 付兆遠(yuǎn)，鄭風(fēng)玲，李琮，等.變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀 [J].山東電力技術(shù)，2013(6)：24-27.

[13] 郭堅(jiān)錚.電流互感器狀態(tài)診斷方法的研究 [C].中國(guó)高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)第二十七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011.

Research on State Diagnose of Current Transformer

WANG Jiao1，LIU Zhao1，HU Xinchao2，ZHAO Haixia1
(1.State Grid Baoding Power Supply Company，Baoding，Hebei 071000；2.State Grid Laishui Power Supply Company，Baoding，Hebei 071000)

This paper introduces the CT preventive tests thoroughly and categorizes its operating states into fine，normal，warning and serious state.According to the Fuzzy Theory，status information needed for state maintenance has been filleted out and a fuzzy theory model has been built.Moreover，the correctness and effectiveness of the proposed method is verified by a examples.

current transformer；preventive test；state diagnose；fuzzy theory

TM8

B

1006-7345(2014)04-0092-05

2014-02-24

王佼 (1987)，男，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù) (e-mail)hegongwj＠126.com。