基于油中溶解气体组分的电力变压器故障诊断系统设计开题报告

电力变压器是电力系统的枢纽设备,其运行可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定,油中溶解气体分析方法作为一种有效的充油电力设备异常监测手段,在电力系统得到广泛的应用.本文综述了基于油中溶解气体分析的电力变压器故障诊断技术的产生背景,研究现状和发展方向。

变压器是电力系统中最昂贵的设备之一，担负着电压变换和电能传输的任务，其运行状况直接关系到电力系统的安全稳定运行。由于变压器制造质量不良或绝缘老化等各种原因运行中经常发生故障原因又复杂再加上特征不明显要准确判断故障类型和发生部位非常困难:而且随着经济的发展,变压器朝着大容量方向发展，容量越大，发生故障时造成的危害也越大。

长期以来，为确保电力系统安全稳定运行对变压器一直进行定期的停电检修。这种预防性检修方式。虽然简便有效并对变压器的安全运行发挥着积极作用，但也有很大的盲目性和强制性。检修时需要停电，从经济角度上讲，必然会损失电量，增加工作安排的难度;而且会造成设备的过度检修,浪费人力物力;还有可能由于检修时操作不谨慎埋下新的故障隐患;更为重要的是，定期对变压器施加低于其额定电压的试验电压,发现缺陷的灵敏度较差,难以发现潜伏性故障,同时会造成绝缘恶化。考虑到以上原因，迫切需要对变压器进行在线故障检测。

对变压器进行在线故障检测，及时发现早期缺陷，对电力系统的安全稳定有重要的意义。近年来,随着传感器、信号处理、计算机技术的飞速发展,变压器在线故障检测得到了很大发展。通过进行在线故障诊断，可以避免定期的大修和小修。在变压器稳定工作的前提下，可以取得很好的经济效益，从而避免了传统试验对变压器过度检修造成的巨大损失，有效延长了变压器的使用寿命，在很大程度上提高了电力系统运行的可靠性。

由于变压器内部故障会伴随着局部过热或放电等现象,使变压器中分解产生甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气、一氧化碳、二氧化碳、总烃、氧气、微水等气体。 因此可以根据变压器油中溶解各气体成分的种类和浓度的不同,判断变压器内部故障的性质及严重程度。但是由于故障种类繁多,事先不可能预知所有的故障类型,因此给变压器故障类型知识库的自动更新带来了困难。

本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要分为以下几个部分：

1、实现对故障变压器气体成分和油温的检测。

2、通过各气体体积分数之来判断变压器故障类型，通过西门子S7-200控制系统。三比值法的原理是：根据充油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系，从五种特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值，以不同的编码表示；根据表1的编码规则和表2的故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。这种方法消除了油的体积效应的影响，使判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较可靠的诊断。表1和表2是我国DL/T722-2000《导则》推荐的改良的三比值法(类似于IEC推荐的改良的三比值法)的编码规则和故障类型的判断方法。

表 SEQ 表格 \* ARABIC 1改良三比值法编码规则

表 SEQ 表格 \* ARABIC 2故障类型判断方法

改进三比值法优化了传统三比值法的各项弊端， 同时传统三比值法需要见此气体到达对应比值时才能发挥作用，并分类边界追求过度绝对化。 通过粗糙理论与三比值法结合的方式能够对变压器待测数据进行提前简单处理。

3、参数检测。

4、在各种气体超出标准值时开始计算其具体比值与对应故障类型并报警，相符时继续监测。

本系统以西门子PLC为主控制器和I/O口产生控制信号,根据反馈信号对控制信号做出调整,进行可靠的闭环控制,从而实现稳压输出。硬件部分,通过对输出、输入电压、输出电流进行采样,通过比较所采集的电流、电压信号,进行编码转换,从而实现对变压器故障类型的判断;软件部分主要包括设定标准参数范围,数据采集,比较输出、入电压,设定过流、过压保护,以及界面显示部分。PLC在执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号读入寄存器－输入状态的输入映像寄存器中，这个过程为扫描。PLC在运行程序时，取输入映像寄存器中的信息。PLC设计的系统图，如图1所示。

本课题采用组态王来实现人机交互，具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

1.使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：

(1)图形界面的设计

(2)构造数据库

(3)建立动画连接

(4)运行和调试

2.使用组态王软件开发具有以下几个特点:

(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。

(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。

（1）2022.3.09-2013.3.22（2周） 查阅资料，撰写开题报告。

（2）2022.3.23-2022.4.05（2周） 进行总体功能设计，设计控制算法，确定软硬件开发平台

（3）2022.4.06-2022.4.19（2周） 设计硬件电路、设计体现控制算法相关的程序流程图。

（4）2022.4.20-2022.5.17（4周） 绘制硬件电路图，编写控制软件，进行软件的调试与仿真。

（5）2022.5.18-2022.6.14（4周） 完成PLC主控程序和人机界面程序的编写与调试。

（6）2022.6.15-2022.6.21（1周） 整理设计文档，毕业答辩。