王 李

（合肥博微田村電氣有限公司，安徽 合肥 230088）

目前我國礦產(chǎn)業(yè)對干式變壓器有效監(jiān)測手段較為缺乏和陳舊，一般是通過定期檢查維修，或者在事故后被動(dòng)檢修。而礦用干式變壓器的故障類型和故障原因隨著生產(chǎn)升級而變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的這種滯后的監(jiān)測手段不能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)反映干式變壓器的狀態(tài)。所以，基于混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦用干式變壓器故障診斷研究具有重要意義[1]。

1 礦用干式變壓器故障分析

礦用干式變壓器常用的電壓等級為10KV和6KV，是典型的氣-固兩相絕緣結(jié)構(gòu)，組件包括高壓負(fù)荷開關(guān)以及干式變壓器和低壓保護(hù)箱、配電箱三部分，主體結(jié)構(gòu)一般有柱形和方形兩大類，一般由聚酰亞胺薄膜、亞胺玻璃布板等聚合物材料作為絕緣材料[2]?；诘V用干式變壓器的結(jié)構(gòu)，干式變壓器的常見故障可分為繞組故障和鐵芯故障。

1.1 繞組故障

繞組故障包括繞組層間短路、局部繞組過熱、繞組變形和斷路等。干式變壓器內(nèi)部的繞組中存在空氣層，在長期的電壓沖擊下容易形成短路。干式電壓器在長期的運(yùn)行過程中，固定點(diǎn)長期受到相同機(jī)械力的作用，造成匝間組件磨損和損壞，絕緣層被破壞導(dǎo)致形成繞組短路。一般情況，繞組在損壞較輕的時(shí)候仍能夠正常工作，但由于絕緣體的磨損會使繞組在發(fā)生短路時(shí)產(chǎn)生局部放電，對繞組產(chǎn)生不可逆的損壞。另外，變壓器自身部件的在運(yùn)行中的熱量會升高整個(gè)變壓器的溫度，加速繞組的老化。相互交錯(cuò)的金屬絲、凸起會在摩擦中產(chǎn)生局部放電，如不及時(shí)處理會損壞干式變壓器繞組。

1.2 鐵芯故障

干式變壓器的鐵芯的表面有凸起和一些毛刺、金屬絲，容易造成浸漆磨損，進(jìn)而導(dǎo)致短路。

受到礦井環(huán)境的影響，鐵芯部位的殼體會有水汽凝結(jié)，導(dǎo)致鐵芯表面生銹腐蝕。鐵芯的接口部分容易接觸不良，從而造成大量發(fā)熱。鐵芯的金屬絲會被其它金屬物誤連導(dǎo)致鐵芯多點(diǎn)接地，使得鐵芯對地絕緣電阻為零，過高的溫度會燒毀鐵芯。

2 礦用干式變壓器故障診斷系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

2.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

礦用干式變壓器故障診斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括監(jiān)測裝置、工控機(jī)、地面服務(wù)器和顯示終端等四個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 礦用干式變壓器故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)測裝置。礦用干式變壓器故障診斷系統(tǒng)的監(jiān)測主機(jī)系統(tǒng)的CPU一般為數(shù)字信號處理器（DSP）。設(shè)備檢測作為變壓控制中的重要部分，需要進(jìn)行主控的上位機(jī)和進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的下位機(jī)共同完成。以數(shù)字信號處理器為核心的礦用干式變壓器故障診斷硬件系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測對象進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、保存和傳輸。

工控機(jī)。工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，是對生產(chǎn)過程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測與控制的工具總稱。在干式變壓器故障診斷系統(tǒng)中應(yīng)為監(jiān)測設(shè)備配置相應(yīng)的工控機(jī)，從而對監(jiān)測裝置收集的信息進(jìn)行分析和匯總，實(shí)現(xiàn)故障即時(shí)診斷以及數(shù)據(jù)傳輸和存儲等功能。

2.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

礦用干式變壓器故障診斷軟件系統(tǒng)由DSP的數(shù)據(jù)信息收集部分、工控機(jī)的數(shù)據(jù)處理和診斷部分、服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲和融合部分以及故障狀態(tài)判斷、預(yù)警部分等部分構(gòu)成。具體可分為信號處理、有效信息提取、故障診斷、數(shù)據(jù)存取、故障預(yù)警五個(gè)部分。

信號處理。在系統(tǒng)信號處理時(shí)，對于低頻信號主要是監(jiān)測干式變壓器系統(tǒng)的溫度、電壓、電流、電阻等參數(shù)，通過帶寬信息進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號處理。對于高頻信號則通過小濾波的途徑來處理，通過收集礦井作業(yè)場地的干擾信號，確定信號的頻段和輻射范圍，先將局部的信號以不同頻段來進(jìn)行分段和分解，然后去掉干擾信號所在頻段范圍，從而確定真實(shí)的放電信號。

有效信息提取。有效信息就是可以反映監(jiān)測對象特征的信息參數(shù)。在礦用干式變壓器故障診斷系統(tǒng)中，對于低速的信號有效信息提取是通過數(shù)字信號處理器完成的，其中對于交流電提取其頻率周期作為有效數(shù)據(jù)，對于直流電提取周期平均值作為有效數(shù)據(jù)；對于高速的信號有效信息提取這是借助工控機(jī)上的Labview平臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，主要提取的有效信息包括相互關(guān)系數(shù)、偏斜度、放電量因數(shù)、相位不對稱度以及修正后的相互關(guān)系數(shù)。

故障診斷。干式變壓器故障類型較多，故障成因復(fù)雜多變，故障發(fā)生前的預(yù)兆缺乏規(guī)律，因此需要通過RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能方法進(jìn)行診斷。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性擬合能力，可映射任意復(fù)雜的非線性關(guān)系，而且學(xué)習(xí)規(guī)則相對簡單。通常情況下，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用的非線性激活函數(shù)形式對于網(wǎng)絡(luò)性能的影響并非至關(guān)重要，其運(yùn)行的關(guān)鍵所在是基函數(shù)中心的選取。

3 結(jié)語

目前，干式變壓器故障類型和原因越來越復(fù)雜多變，建立和完善礦用干式變壓器故障診斷預(yù)警系統(tǒng)是大勢所趨。本文提出的故障診斷系統(tǒng)尚且不夠成熟，存在數(shù)據(jù)庫信息不充足，工控機(jī)等下位機(jī)的軟件系統(tǒng)無法及時(shí)更新，缺少專家系統(tǒng)在線監(jiān)控。因此應(yīng)進(jìn)一步完善礦用干式變壓器故障診斷預(yù)警系統(tǒng)，為礦井供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及礦產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)提供保障。