变压器过热故障的油色谱诊断方法可靠性评估研究

国网石家庄供电公司 田 姗

中国石油华北油田公司第五采油厂 李新良

华北石油管理局水电厂 张晓强

国网河北省电力公司物资分公司 郭路遥

变压器过热故障的油色谱诊断方法可靠性评估研究

国网石家庄供电公司 田 姗

中国石油华北油田公司第五采油厂 李新良

华北石油管理局水电厂 张晓强

国网河北省电力公司物资分公司 郭路遥

针对目前用于变压器过热故障的各种油色谱诊断方法特点，给出了诊断方法的评估指标和注意值，结合诊断方法的正确率和灵敏度两个指标进行比较分析，对诊断方法的可靠性进行了评估，确定了诊断方法的适用性。

油色谱；可靠性；评估

1. 引言

在变压器状态监测中，目前国内普遍采用超注意值诊断报警的方式[1]，而对超出注意值却未导致变压器故障停运的运行状态，并未细分状态的等级。由于实际中变压器故障多为缓慢发展的潜伏性故障，凭单一阈值的方式进行区分，显然不够合理。国际上IEEE曾将正常运行状态划分为4个等级[2-3]，但采用的仅是等距划分的方式。对于故障诊断，目前常用的油色谱诊断方法包括特征气体法、简化杜威法、IEC三比值法、改良电协研法等[4-5]，由于具有使用简单、诊断过程清晰易懂等优点，以上各方法得到了广泛应用，但是这些方法也存在着一些缺陷和不足。为此，评估各诊断方法针对不同的变压器油种类的适用性，研制一套更加细化的变压器油色谱诊断方法和标准显得尤为重要。

2. 诊断方法的评估指标

对于某类故障的诊断，诊断的结果通常可以分为三类，一是正确诊断为该类故障，即确诊；二是实际中不是该类故障而错误诊断为该类故障，即误诊；三是实际中是该类故障但诊断为其它故障类型，为漏诊。这三者之间并不是孤立的，之间的关系可通过正确率和灵敏度联系起来。如1所示，图中A、B、C区域分别表示确诊、误诊和漏诊，则红色圆圈区域A+B表示诊断为该故障的案例总体，黑色圆圈区域A+C表示所处理的案例数据库中该类型故障总体。一般地，正确率的定义为：正确诊断的案例个数与诊断为该故障的总体案例个数之比，则第i类故障诊断正确率可表示为：

其中，N(Ai)为第i类故障正确诊断的个数，N(Bi)为第i类故障误诊的个数。与此类似，灵敏度的定义为：正确诊断的案例个数与所处理的案例数据库中该类型故障的总个数之比，则第i类故障诊断灵敏度可表示为：

其中，N(Ci)为第i类故障漏诊的个数。

诊断方法的综合可靠性为：n类故障正确诊断的案例个数之和与总体案例个数之和的比值，可表示为：

此时，故障的综合正确率和灵敏度是一致的。

在以往针对色谱诊断方法的比较中，主要是基于正确率的统计，通过比较正确率的大小来评估方法的优劣，但这仅是考虑了误诊因素，而忽略了漏诊对诊断方法的影响。为了更好地应用于工程实际且为后续的综合诊断方法服务，本项目在油色谱诊断方法的可靠性评估中，除了综合可靠性比较外，还对每类典型故障的结果分别进行比较，且以正确率和灵敏度两个概率的形式给出，以实现对各诊断方法可靠性的全面准确评估。

图1 正确率与灵敏度关系图

3. 诊断方法注意值的选取

采用比值法等方法对变压器进行故障诊断时，必须首先判断变压器是否存在故障，否则，若利用诊断方法处理正常数据往往会导致误判。目前判断是否存在故障的方法，主要根据气体的注意值以及气体的增长速率。由于本项目所处理的案例均是单一时间的数据序，并无历史数据，无法计算气体的增长速率，此处以气体注意值进行判断。

气体注意值并不是故障的准确阈值，仅表示超过该值后故障的概率较大。对于气体注意值的大小，各国制订的标准不一，目前尚无统一的国际标准。由于中国的注意值较IEC的标准分散性小，且也在IEC的标准范围之内，为此，气体注意值以表1为准。

表1 GB/T 7252-2001溶解气体含量的注意值（μl/l）

4. 诊断方法的可靠性评估

从图2中可以看出，国内外变压器故障类型的比例分布有较大差异，国内变压器故障以热性故障的高温过热比例最大，其次是电性故障的电弧放电，而国外以电性故障的电弧放电比例最大，其次是热性故障。

分别采用杜威三角图法、气体解释表法、罗杰斯法、IEC三比值法、电协研法5种国外典型故障诊断方法和国内常用的改良三比值法、HAE法共7种故障诊断方法对故障案例进行诊断。针对每种故障类型，各诊断方法的正确率和灵敏度比较如图3-图5所示，综合可靠性比较如图6所示。

图2 故障案例的分布比例

图3 各方法正确率和灵敏度对比--低温过热故障

图4 各方法正确率和灵敏度对比--中温过热故障

图5 各方法正确率和灵敏度对比--高温过热故障

图6 各方法正确率和灵敏度总体对比

5. 小结

综合考虑方法的正确率和灵敏度，从上述图表的数据可以看出，所采用的7种诊断方法中，对应于每种故障类型，其有效性有所差别。对低温过热诊断可靠性较好的是IEC法和改良三比值法，尽管电协研法正确率可达75%，但灵敏度仅为15%；对中温过热诊断可靠性较好的是罗杰斯法、IEC法、电协研法和改良三比值法，其正确率和灵敏度均在55%左右；对高温过热诊断，除HAE法无法区分过热故障以及气体解释表法的灵敏度较低之外，其余方法的正确率和灵敏度均较高，可靠性好。

[1]敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]IEEE guide for the interpretation of gases generated in oilimmersed transformers[S].IEEE Std C57.104-2008, 2009.

[3]Michel Duval.Calculation of DGA Limit Values and Sampling Intervals in Transformers in Service[J].IEEE Electrical Insulation Magazine,2008,24(5): 7-13.

[4]International Standard Norme Internationale[S].IEC CEI 60599,2007.

[5]郝建,廖瑞金.变压器油纸绝缘热老化酸类及铜类产物生成规律分析[J].高电压技术,2010,36(9):2160-2166.

[6]廖瑞金,顾佳.铜对不同组合变压器油纸绝缘系统热老化特性的影响[J].高电压技术,2011,37(4):817-822.

[7]孙才新,郭俊峰,廖瑞金.变压器油中溶解气体分析中的模糊模式多层聚类故障诊断方法的研究[J].电机工程学报,2001,21(2):38-48.

[8]高骏,何俊佳.量子遗传神经网络在变压器油中溶解气体分析中的应用[J].中国电机工程学报,2010,30(30):121-127.