变压器交流耐压试验中的跳闸故障定位方法

乐小江

（无锡广盈集团有限公司，江苏 无锡 214000）

0 引 言

变压器是维持电力系统甚至电网平稳运行的重要保障，其不仅可以调节电流大小，而且当电力系统出现故障或者异常情况的时候还可以及时准确地切除异常区域，并隔断故障异常的元器件，同时对相对应的监管控制系统发出示警信号。因此，变压器实际上还有着监测电路和电力系统的作用。然而，由于生产技术落后、装置老旧以及设计未进行更新，使得变压器及相关装置在使用过程中可能会出现一定的故障，如果不对其故障进行及时定位，就会进一步扩大隐患，最终导致更大的问题。变压器的故障通常都是永久性的或者是不易修复的，但在正常运行情况下，却不会对系统造成额外的伤害[1]。可是一旦系统自身出现故障或处于非正常的运行状态时，变压器会开启保护误动和拒动操作，这将会对系统造成更为严重的损害，甚至有可能造成大规模的停电事故。对此需及时定位故障位置，排查并解决问题，在一定程度上提高系统的综合保障能力。

在变压器的交流耐压试验中，跳闸很常见，但是准确确定跳闸位置却十分不易。传统的定位方法是依照试验装置从启动到异常之间的每段保护动作、重合程度以及返回闸比值来实现最终定位[2,3]。这种方法虽然可以较为快速地寻找到跳闸故障位置，但是却不具有较强的精准度，而现如今新型的跳闸故障定位方法不存在这种问题。不仅有着较快的定位速度，而且确定的故障位置也极为精准，因此被广泛应用于实验测试或者安全保护装置的故障定位中。不仅如此，此种定位方法还不受设备和系统的局限，适用于多种领域，且效果也相对科学、可信。

1 跳闸故障定位方法设计

1.1 设置跳闸故障解析信号规则

通常情况下，跳闸故障定位装置定位异常区域时需要在一定的故障解析信号范围内遵循特定的规则和逻辑实现故障定位。可以先建立逻辑期望，为故障规则的制定打下基础，用固定的逻辑表达式分析期望值为：

式中，F表示逻辑期望值，h表示总体逻辑标准值，d表示惯性因子。通过以上计算，可以得出具体的逻辑期望值。在此基础上，利用故障标准纵联差动将逻辑分割成3段，并结合逻辑期望值建立故障信号规则。

第一段为跳闸保护信号规则，主要是在设备或者系统突然出现异常情况时，对其的一种保护机制，会在故障发生的一瞬间切断对应的区域，以免扩大故障发生范围，留下隐患[4-6]。同时，会发送跳闸信号给系统中的变压器。第二段主要是对异常区域进行监测核查，切断所有的电力电源，依照特定的规则指令扫描故障。第三段则是将扫描到的模糊故障位置和跳闸信号同时传输至系统终端，以便维修人员及时了解故障情况。

在完成基础性的跳闸故障解析信号规则后，构建故障末端规则。建立对应的信号规则指令，先获取此时规则的相关参数指标，并对其作出一定的分析研究，最终筛选出可以建立指令的指标参数。

依照指标参数编制故障指令，按照新的指令执行跳闸故障解析的信号规则，这样可以更为快速地获取到故障的相关情况和状态，进而保证其他区域的稳定运行。

1.2 构建故障定位完全模型

在完成跳闸故障解析信号规则的设置后，构建对应的故障完全定位模型[7]。在建立之前需要依照实际情况分析建立模型的环境，以此保证最终故障定位的准确性。根据以上的逻辑期望数值及故障信号规则，首先计算模型的拒动完全比值为：

式中，Q表示模型的拒动完全比值，i表示故障模型的定位次数，l表示对应的定位条件，Z表示完全保护率，F表示逻辑期望值。通过以上计算，得出构建模型的实际拒动完全比值，然后将以上数值运用在模型的制定中。

故障定位模型共分为3层，底部为基础的定位设置及规则，主要是对跳闸故障区域进行模糊识别，为接下来的具体定位奠定基础。第二层主要是定位故障区域中隐患故障的实际面积[8]。考虑到故障的种类通常不同，部分故障在跳闸之后不会损害到其他区域，而部分故障则是连带的，会使设备中的其他区域也发生异常，导致出现更大的问题。因此，第二层应扫描具体的故障面积，并检测是否存在连带故障区域。第三层主要是通过前两层的数据信息及模糊定位作出更为细致的整合分析，最终精准定位出故障的具体位置。因此，在构建完全故障定位模型时，必须要先对实际情况进行分析，再利用数据信息逐层按顺序构建，如果不按照特定的规则和顺序构建，则将会出现定位混乱等问题，影响最终的故障定位效果。

1.3 FTU技术实现跳闸故障的定位

在完成故障定位完全模型的构建之后，利用FTU分离定位技术，实现跳闸故障的最终定位。设置FTU定位分离区域如图1所示。

图1 FTU定位分离区域设置流程图

依照图1所示结构进行FTU定位区域的分离，完成之后分别在两个区域设置相同的故障信号规则和故障定位模型，且保证测量区域参数值相同。将两区域进行关联，并建立相应的故障平衡关系。计算故障平衡数值为：

式中，B表示故障平衡数值，α表示分类总比值，β表示联络帧数。通过以上计算，得出故障平衡数值，并利用其建立故障平衡关系。此时，两区域存在一定的平衡关系，无论哪一区域出现故障异常，另一端都会发生感应，并利用区域中设置的故障定位模型实时定位跳闸位置[9,10]。不仅如此，发生异常的一端也会定位，这就相当于对故障区域定位了两次，极大地提高了定位的准确率，减少误差。同时，对比于其他的定位方法，FTU技术下的故障定位速度更快，这在一定程度上也减少了相关设备的损失，有利于推动故障定位及相关行业的进一步创新发展。

2 方法测试

2.1 测试准备

本次主要测试变压器交流耐压试验中跳闸故障定位方法的有效性。实验对两组定位方法同时进行测试，一组为本文所设计的故障定位方法，将其设定为实验A组；另一组是文献[1]的基于微扰法的故障定位方法，将其设定为实验B组。在同一个变压器交流耐压试验中对其进行测试，选取相同的测试环境和设备，保证实验没有可以影响结果的外部因素，初始化设置测试用的定位仪的参数后，在变压器中设置信号分闸器，为定位仪的初次模糊定位创造条件，然后开始测试。

2.2 测试过程

两组方法同时进行测试。首先，当变压器交流耐压试验中出现跳闸现象时，暂时关闭变压器，避免故障进一步扩大。其次，利用DTU测量装置获取跳闸时的设备相关数据，并作出一定的分析。最后，通过测量数据，计算跳闸的遥测量为：

式中，K表示跳闸故障的遥测量，c表示异常示意值，r表示分离率，m表示跳闸故障总处理时限值。完成计算之后，利用得出的遥测量，计算故障定位相角差值比为：

式中，M表示故障定位相角差值比，a表示最优解参数，x表示定位限值。通过计算，最终得出故障定位相角差值，利用相角差值，再结合定位仪作出的初次模糊定位，最终确立跳闸故障的位置。

确定跳闸故障位置后，训练并测试相同样本，计算故障识别准确性为：

式中，y表示识别准确性，p表示识别故障样本个数，P表示检验样本个数。

2.3 测试结果

根据上述测试过程，得出所提方法与文献[1]方法的最终定位结果，并对其进行对比分析，结果如表1所示。

表1 故障定位测试结果分析对比表

通过对表1中故障定位相角差值比的分析，可以看出相较于实验B组，实验A组的故障定位相角差值比更高，这表明定位的科学性和准确性更高，效果更好。其主要原因是实验A组在故障定位过程中，利用故障标准纵联差动将逻辑分割成3段，并结合逻辑期望值建立故障信号规则，提高了变压器交流耐压试验中的跳闸故障定位性能。

进一步测试本文方法与对比方法在故障定位中的识别准确性，得到结果如表2所示。

表2 不同方法的识别准确性对比

由表2不同方法的识别准确性对比结果可知，实验B组识别准确性最高为91.11%，实验A组的识别准确性最低为94.28%，高于实验B组，可以验证实验A组的故障定位方法更好。原因是实验A组首先设置了FTU定位分离区域，利用FTU技术定位跳闸故障过程中可以实现故障区域的两次定位，极大提高了定位的准确率。

3 结 论

故障定位是一种较为科学严谨的设备、系统保护方法，其可以实时定位小的设备故障和隐患，并将数据传输至监管系统中，再由系统分析相关的问题，结合实际情况处理解决上述问题。故障定位方法在一定程度上不仅保证了设备、系统的安全，同时还避免了因跳闸故障而出现的大规模停工停产现象，减少人们的损失，进一步提升设备、系统的使用效率和质量，促进相关行业的进一步创新和发展。