大型变压器放电故障诊断方法及装置

技术领域

本发明涉及变压器在线监测诊断技术领域，尤其涉及一种大型变压器放电故障诊断方法及装置。

背景技术

大型电力变压器承担着电能转换、传输的重要职责，其稳定运行对电力系统安全稳定具有重要影响。近年来，对于大型电力变压器的在线监测愈发受到重视，监测手段也逐渐丰富。作为电气设备，变压器监测的核心是绝缘监测，而其中油中溶解气体监测、局部放电监测的有效性和实用性得到了广泛认可。

目前油中溶解气体已成为变压器故障分析最有效的手段之一。然而，由于变压器油几乎与变压器本体内所有部件接触，该方法难以进行有效的故障定位，查找缺陷部件，在发生异常报警后，往往需要辅以多种离线试验，甚至解体检查，才能确定故障原因，给故障分析带来极大不便。

超声局部放电监测是局部放电监测的手段之一，相比于特高频法、脉冲电流法，超声法的优势在于，除去不放电有/无状态的监测，系统还能够根据不同传感器接收到的同一局放信号（体现为一次超声的撞击事件）的时间差，来实现空间的3D定位，但该方法无法有效反应故障性质和放电严重程度，也给故障判定带来了一定的不便。

针对上述现有技术手段的缺点，目前亟需一种能解决上述问题的技术方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种大型变压器放电故障诊断方法及装置。

本发明实施例提供一种大型变压器放电故障诊断方法，包括：

建立变压器的3D模型，并对所述变压器进行超声局部放电检测；

当检测到所述变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号；

获取所述气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定所述变压器是否存在放电故障；

当变压器存在放电故障，根据所述放电故障的位置信息和所述3D模型确定所述变压器的放电位置；

获取所述放电位置的工作信息，并对所述气体数据进行数据分析，将所述工作信息和所述气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取所述气体监测装置采样气体的色谱分析结果，通过所述色谱分析结果判断所述变压器是否存在放电故障。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

分析所述气体数据对应的气体成分；

通过预设的三比值法分析所述气体数据，判断所述变压器的故障类型；

获取所述气体成分对应的含量大小，根据所述含量大小获取对应的故障严重程度；

获取所述气体成分中的一氧化碳、二氧化碳的增长率，通过所述增长率判断所述变压器是否包含固体绝缘。

在其中一个实施例中，所述故障类型，包括：

低温过热（<150℃）、低温过热（150~300℃）、中温过热（300~700℃）、高温过热（>700℃）、局部放电、低能放电、电弧放电、低能放电兼过热、高能放电兼过热。

在其中一个实施例中，所述工作信息，包括：

每秒钟存在撞击事件的工频周期数、每个工频周期内撞击事件次数。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

根据所述故障原因匹配对应的检查处理方法，并输出所述检查处理方法。

本发明实施例提供一种大型变压器放电故障诊断装置，包括：

模型建立模块，用于建立变压器的3D模型，并对所述变压器进行超声局部放电检测；

检测模块，用于当检测到所述变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号；

获取模块，用于获取所述气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定所述变压器是否存在放电故障；

位置确定模块，用于当变压器存在放电故障，根据所述放电故障的位置信息和所述3D模型确定所述变压器的放电位置；

输出模块，用于获取所述放电位置的工作信息，并对所述气体数据进行数据分析，将所述工作信息和所述气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

第二获取模块，用于获取所述气体监测装置采样气体的色谱分析结果，通过所述色谱分析结果判断所述变压器是否存在放电故障。

本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述大型变压器放电故障诊断方法的步骤。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述大型变压器放电故障诊断方法的步骤。

本发明实施例提供的大型变压器放电故障诊断方法及装置，建立变压器的3D模型，并对变压器进行超声局部放电检测；当检测到变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号；获取气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定变压器是否存在放电故障；当变压器存在放电故障，根据放电故障的位置信息和3D模型确定变压器的放电位置；获取放电位置的工作信息，并对气体数据进行数据分析，将工作信息和气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。这样能够准确的判断故障位置，查找缺陷部件以及对应的故障原因，并且也能够反应故障性质和放电严重程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中大型变压器放电故障诊断方法的流程图；

图2为本发明另一实施例中大型变压器放电故障诊断方法的流程图；

图3为本发明实施例中大型变压器放电故障诊断装置的结构图；

图4为本发明实施例中电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的大型变压器放电故障诊断方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种大型变压器放电故障诊断方法，包括：

步骤S101，建立变压器的3D模型，并对所述变压器进行超声局部放电检测。

具体地，可以根据变压器的设计图纸对应的进行3D建模，还可以对3D建模内部关键部件的尺寸和位置进行标注，然后对变压器进行超声局部放电检测。

步骤S102，当检测到所述变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号。

具体地，当检测到变压器中发生放电现象时，向油中溶解气体监测装置发送采样触发信号，采样触发信号能够让油中溶解气体监测装置对变压器开展油中溶解气体监测，另外，在监测的过程中，考虑到监测装置采样间隔较长，除定时采样策略外，也接受来自局放设备的触发信号。

步骤S103，获取所述气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定所述变压器是否存在放电故障。

具体地，当检测到变压器中发生放电现象时，获取气体监测装置采样的气体数据，并通过预设的色谱分析法，分析气体对应的色谱分析结果，若局放设备判定存在局部放电，且色谱分析结果属于放电类故障，若局放设备判定存在局部放电，而色谱设备分析结果为正常，则可能存在轻微放电或局放设备误报的情况，有待进一步观察。

步骤S104，当变压器存在放电故障，根据所述放电故障的位置信息和所述3D模型确定所述变压器的放电位置。

具体地，当变压器存在放电故障时，可以利用局放设备根据放电故障位置输出的3D定位坐标，与变压器3D模型进行空间比较，确定出放电位置附近所对应的具体部件，方便确定放电位置后对放电的情况进行分析。

步骤S105，获取所述放电位置的工作信息，并对所述气体数据进行数据分析，将所述工作信息和所述气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。

具体地，在确定放电位置后，还可以获取放电位置的工作信息，放电位置的工作信息可以包括每秒钟存在撞击事件的工频周期数、每个工频周期内撞击事件次数，其中每秒钟存在撞击事件（对应一次放电）的工频周期数的计算方法为：从当前时间前推2小时范围内，逐秒统计每个工频周期内是否存在放电（不计算放电次数）情况，若存在则放电周期数+1，否则维持不变。最后将每秒的统计结果取平均；每个工频周期内撞击事件次数的计算方法为：从当前时间前推2小时范围内，统计每个工频周期内的放电次数，最后取平均。然后对气体数据的数据分析，分析的过程可以包括：

（a）故障的主要气体成分。分析方法为：H

（b）故障性质。通过三比值法确定，包括：低温过热（<150℃）、低温过热（150~300℃）、中温过热（300~700℃）、高温过热（>700℃）、局部放电、低能放电、电弧放电、低能放电兼过热、高能放电兼过热9种。

（c）故障严重程度。将故障严重程度分为3级，考察近一天的气体增长，判断方式如表1：

表1

（d）是否包含固体绝缘。考察近一天CO、CO

（4）还可以通过色谱、局放监测联合分析工况相关性。使用Pearson相关系数衡量特征间相关性，其中相关系数大于0.4，认为故障与相关考察指标具有相关性，否则不相关。重点考察指标包括：

（a）放电——电压相关性。对局放监测，计算1分钟放电次数——电压的Pearson系数；对色谱，计算产气率——采样周期内电压峰值的Pearson系数。

（b）放电——电流相关性。对局放监测，计算1分钟放电次数——电流的Pearson系数；对色谱，计算产气率——采样周期内电流峰值的Pearson系数。

（c）放电——油泵启动相关性。对局放监测，计算1分钟放电次数——油泵启动状态（1为启动，0为停止）的Pearson系数；对色谱，计算产气率——采样周期内油泵启动时间的Pearson系数。

在得到分析结果后，将工作信息和气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配故障原因故障案例库中的一条案例实为一条“征兆集合——故障原因”的映射关系，同时附带记录相应的维修处理措施，如下表2。其中“征兆”与“故障原因”均为结构化存储，由固定的编码表示。在计算待诊断案例与案例库中某一案例（参考案例）相似度时，以参考案例的征兆集为分析基础，对其中任一征兆，在待诊案例中若能够找到征兆与之匹配，相似度为1，否则为0，将所有征兆相似度求平均值，得到两案例间总体相似度。根据相似度，将案例库中案例进行排序，并对相同故障原因进行去重处理，即可输出最终诊断结果。

表2

本发明实施例提供的一种大型变压器放电故障诊断方法，建立变压器的3D模型，并对变压器进行超声局部放电检测；当检测到变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号；获取气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定变压器是否存在放电故障；当变压器存在放电故障，根据放电故障的位置信息和3D模型确定变压器的放电位置；获取放电位置的工作信息，并对气体数据进行数据分析，将工作信息和气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。这样能够准确的判断故障位置，查找缺陷部件以及对应的故障原因，并且也能够反应故障性质和放电严重程度。

在上述实施例的基础上，所述大型变压器放电故障诊断方法，还包括：

根据所述故障原因匹配对应的检查处理方法，并输出所述检查处理方法。

在本发明实施例中，当根据故障原因匹配对应的检查处理方法后，还可以输出对应的检查处理方法到对应的绑定终端，让相关的工程师能及时了解到对应的解决方法，及时解决变压器放电故障的问题。

本发明实施例能够让相关的工程师能及时了解到对应的解决方法，及时解决变压器放电故障的问题。

图2为本发明另一实施例提供的大型变压器放电故障诊断方法的流程示意图，在本实施例中，具体的故障诊断方法的步骤可以包括：

1）根据变压器设计图纸进行3D建模，尤其是内部关键部件的尺寸和位置。

2）对变压器开展实时的超声局部放电监测，若发生放电，则向油中溶解气体监测装置发送采样触发信号，同时将放电状态和原始数据加入后续的逻辑判断中。

3）对变压器开展油中溶解气体监测，考虑到监测装置采样间隔较长，除定时采样策略外，也接受来自局放设备的触发信号。

4）获取油中溶解气体各组分数据后，采用三比值法进行故障定性，类型包括：低温过热（<150℃）、低温过热（150~300℃）、中温过热（300~700℃）、高温过热（>700℃）、局部放电、低能放电、电弧放电、低能放电兼过热、高能放电兼过热9种。

5）若局放设备判定存在局部放电，且色谱分析结果属于放电类故障，则继续进行步骤6）；若局放设备判定存在局部放电，而色谱设备分析结果为正常，则可能存在轻微放电或局放设备误报的情况，有待进一步观察。

6）对于判定为放电故障的变压器，系统自动提取得到关键故障征兆集合：

（1）将局放设备输出的3D定位信息与变压器3D模型进行空间比较，识别出放电位置所对应的具体部件；

（2）从局放设备分析得到的结果文件中，提取以下关键特征：

（a）每秒钟存在撞击事件（对应一次放电）的工频周期数

（b）每个工频周期内撞击事件次数

（3）从气体组分数据中，提取以下关键特征：

（a）故障的主要气体成分；

（b）故障性质。通过三比值法确定；

（c）故障严重程度。根据短期产期率大小判定。

（d）是否包含固体绝缘。根据CO、CO2两种气体是否出现异常增长确定。

（4）色谱、局放监测联合分析工况相关性。使用Pearson相关系数衡量特征间相关性，其中相关系数大于0.4，认为具有相关性，否则不相关。重点考察指标包括：

（a）放电——电压相关性。

（b）放电——电流相关性。

（c）放电——油泵启动相关性。

7）将步骤6）中提取的征兆集合输入故障案例库，匹配故障原因。故障案例库中的一条案例实为一条“征兆集合——故障原因”的映射关系，同时附带记录相应的维修处理措施。其中“征兆”与“故障原因”均为结构化存储，由固定的编码表示。在计算待诊断案例与案例库中某一案例（参考案例）相似度时，以参考案例的征兆集为分析基础，对其中任一征兆，在待诊案例中若能够找到征兆与之匹配，相似度为1，否则为0，将所有征兆相似度求平均值，得到两案例间总体相似度。根据相似度，将案例库中案例进行排序，并对相同故障原因进行去重处理，即可输出最终诊断结果。

图3为本发明实施例提供的一种大型变压器放电故障诊断装置，包括：模型建立模块S201、检测模块S202、获取模块S203、位置确定模块S204和输出模块S205，其中：

模型建立模块S201，用于建立变压器的3D模型，并对所述变压器进行超声局部放电检测。

检测模块S202，用于当检测到所述变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号。

获取模块S203，用于获取所述气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定所述变压器是否存在放电故障。

位置确定模块S204，用于当变压器存在放电故障，根据所述放电故障的位置信息和所述S3D模型确定所述变压器的放电位置。

输出模块205，用于获取所述放电位置的工作信息，并对所述气体数据进行数据分析，将所述工作信息和所述气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。

在一个实施例中，装置还可以包括：

第二获取模块，用于获取所述气体监测装置采样气体的色谱分析结果，通过所述色谱分析结果判断所述变压器是否存在放电故障。

在一个实施例中，装置还可以包括：

第一分析模块，用于分析所述气体数据对应的气体成分。

第二分析模块，用于通过预设的三比值法分析所述气体数据，判断所述变压器的故障类型。

第三获取模块，用于获取所述气体成分对应的含量大小，根据所述含量大小获取对应的故障严重程度。

第四获取模块，用于获取所述气体成分中的一氧化碳、二氧化碳的增长率，通过所述增长率判断所述变压器是否包含固体绝缘。

在一个实施例中，装置还可以包括：

第二输出模块，用于根据所述故障原因匹配对应的检查处理方法，并输出所述检查处理方法。

关于大型变压器放电故障诊断装置的具体限定可以参见上文中对于大型变压器放电故障诊断方法的限定，在此不再赘述。上述大型变压器放电故障诊断装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、存储器(memory)302、通信接口(Communications Interface)303和通信总线304，其中，处理器301，存储器302，通信接口303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器302中的逻辑指令，以执行如下方法：建立变压器的3D模型，并对变压器进行超声局部放电检测；当检测到变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号；获取气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定变压器是否存在放电故障；当变压器存在放电故障，根据放电故障的位置信息和3D模型确定变压器的放电位置；获取放电位置的工作信息，并对气体数据进行数据分析，将工作信息和气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。

此外，上述的存储器302中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：建立变压器的3D模型，并对变压器进行超声局部放电检测；当检测到变压器中发生放电，向气体监测装置发送采样触发信号；获取气体监测装置采样的气体数据，通过预设检测方法确定变压器是否存在放电故障；当变压器存在放电故障，根据放电故障的位置信息和3D模型确定变压器的放电位置；获取放电位置的工作信息，并对气体数据进行数据分析，将工作信息和气体数据的分析结果输入故障案例库，匹配对应的故障原因并输出。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。