基于核密度估计和FTA的电力变压器早期故障诊断及可靠性分析

摘要

电力变压器在电力系统中的作用是传递和转换电能，它的平稳可靠运行对于整个电力系统结构和功能的完整性具有重要意义。我国的电力系统设施建设多集中于上世纪八九十年代，这使得许多电力变压器的服役时间已接近或超过30年。这些电力变压器面临着日益严重的设备故障和绝缘老化等问题，导致电力事故发生的可能性逐年增加。电力变压器故障会造成重大的经济损失和社会影响。因此，对电力变压器进行故障诊断与可靠性分析，对于指导变压器的维修策略和资产管理，减少电力事故的发生概率具有重要的理论意义和实际价值。本文重点研究基于油中溶解气体分析的电力变压器早期故障诊断技术、基于故障树和二元决策图的电力变压器可靠性分析技术，具体的研究内容可以概括为以下几个方面： （1）基于油中溶解气体分析的电力变压器早期故障诊断技术不仅能发现变压器早期故障，而且能为基于状态的预防性维修决策提供依据。鉴于此，提出了一种基于核密度估计和油中溶解气体分析的电力变压器早期故障诊断模型。该模型将贝叶斯公式和基于扩散过程的核密度估计器相结合，能更好地描述电力变压器故障数据分布的非线性和多峰性特征，从而提高电力变压器早期故障诊断的正确率。对电力变压器早期故障的发生原因进行了分析和讨论，并给出了不同故障类型对应的维修方法。 （2）故障树是进行可靠性分析和风险分析的基础。分析了电力变压器功能和结构特点，明确了电力变压器各部件和子系统的关键失效模式。在此基础上，结合电力变压器的早期故障分析，进行了电力变压器的故障模式和影响分析，构建了电力变压器的故障树模型，在模型中比较完整地考虑了外界环境因素、人为因素等对电力变压器可靠性的影响，也比较完整地考虑了电力变压器内部元器件和各级子系统结构和功能的相关性。 （3）故障树模块化是分析大型复杂故障树模型的重要前处理手段，它能有效地提高故障树分析的效率，降低分析过程中对计算机资源的消耗。提出了一种新的模块化算法——B&T算法，该算法主要由分支过程和转换过程两部分构成。在转换过程中，利用了图论中最低公共祖先的概念找出故障树中的非独立模块节点。因此，算法结束后未被标记的门事件节点便是独立模块节点。相较于其他算法，所提出的B&T算法编程简单，运算效率更高。 （4）在所提出的B&T算法基础上，建立了一种故障树基本变量排序的新策略。该策略通过对B&T算法运行后生成的辅助树图进行后序遍历，将同一独立模块中的基本事件节点排序在了一起，同时还综合考虑到了原故障树的结构特征和故障树中的重复事件对于基本变量排序的影响。为了验证该策略的有效性，将其用于电力变压器的故障树模型转化为二元决策图的过程中。基于所得到的二元决策图模型，完成了电力变压器的可靠性分析，并给出了平均无故障间隔时间，为变压器进行预防性维修提供参考。

目录

摘要

第一章 绪 论

1.1研究背景和研究意义

1.2研究现状

1.2.1电力变压器故障诊断研究现状

1.2.2电力变压器可靠性分析研究现状

1.3本文研究内容和框架

第二章 基于DGA和核密度估计的电力变压器早期故障诊断

2.1引言

2.2核密度估计和贝叶斯公式

2.2.1核密度估计方法

2.2.2贝叶斯公式

2.3基于DGA和核密度估计的电力变压器早期故障诊断模型

2.4电力变压器的早期故障分析与维修方法

2.5本章小结

第三章 电力变压器的故障树建模及分析

3.1引言

3.2 FMECA方法

3.3 FTA方法

3.3.1故障树模型的组成结构

3.3.2故障树定性分析方法

3.3.3故障树定量分析方法

3.4电力变压器故障树模型

3.5本章小结

第四章 电力变压器故障树的化简及BDD分析方法

4.1引言

4.2故障树化简

4.3故障树模块化算法

4.3.1算法描述

4.3.2算法运行实例

4.3.3算法分析对比

4.3.4实验分析对比

4.4电力变压器故障树模型的基本变量排序

4.5基于BDD的电力变压器可靠性分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果