矿用干式变压器运行状态及绝缘寿命评估方法研究

摘要

本课题是国家自然科学基金面上项目“矿用干式变压器No mex绝缘老化机理研究”（项目编号：51577123）的主要研究内容之一，是针对目前矿用干式变压器运行环境恶劣，工作现场存在诸多复杂和不确定因素，缺乏有效的运行状态及绝缘寿命评估手段，以致于无法准确诊断变压器运行状态的问题而提出来的。矿用干式变压器作为煤矿井下供电系统的动力中心，其运行状态直接影响着供电系统的可靠性和连续性。目前，煤矿井下运行维护人员主要采用停电预防性试验和定期检修的方式对变压器运行状态及绝缘状态进行评估，不仅容易出现过修和欠修现象，而且造成了不必要的资源浪费。因此，展开矿用干式变压器运行状态及绝缘寿命评估方法的研究，综合考虑变压器运行的可靠性和经济性，进而制定合理的状态检修策略，由定期检修过渡到状态检修已成为技术发展的必然趋势。
　　本文通过综合考虑矿用干式变压器运行状态的各种影响因素，并结合绝缘老化因素与故障机理，提出了一种矿用干式变压器整体运行状态和局部劣化程度兼顾的综合评估方法，研究了基于健康指数的干式变压器绝缘寿命评估方法。在此基础上，对干式变压器运行风险进行了诊断，制定了合理的状态检修策略。论文的主要研究内容如下：
　　通过现场调研及大量查阅国内外研究资料，总结了矿用干式变压器常见的故障类型及其绝缘老化因素，分析了变压器故障机理及绝缘老化原因。在监测基本运行状态信息的基础上，结合干式变压器故障机理及绝缘老化因素，综合考虑预防性试验参数、运行参数、运行环境参数、性能指标参数、可靠性参数等对矿用干式变压器运行状态的影响，构建了矿用干式变压器状态综合评估指标体系。
　　通过研究绝缘局部缺陷处的局部放电变化规律，并将其作为评估矿用干式变压器绝缘局部劣化程度和放电危害程度的评估指标，采用支持向量机（SVM）对绝缘局部缺陷发展程度进行诊断，提出了基于局部放电特征参量的矿用干式变压器绝缘局部缺陷发展程度诊断方法；采用层次分析法确定各评估指标的权重分配，并利用模糊理论确定各评估指标的相对劣化度对干式变压器运行状态的隶属度函数，提出了基于模糊层次分析法（FAHP）的矿用干式变压器运行状态整体评估方法。将两种方法融合，提出了矿用干式变压器整体运行状态和局部劣化程度兼顾的状态综合评估方法。
　　提出了基于健康指数（Health index）的矿用干式变压器绝缘寿命分级评估方法。综合考虑了矿用干式变压器绝缘的运行时间、运行环境、热点温度、局部放电、负荷大小、不良工况等绝缘寿命影响因素，并利用英国EA公司的电力设备健康指数公式，建立了基于健康指数的矿用干式变压器绝缘寿命三级评估模型。在此基础上，构建了矿用干式变压器综合健康指数与故障概率之间的关系模型，实现了对变压器运行风险的诊断。
　　以Lab VIEW为软件设计平台，开发了矿用干式变压器状态监测与绝缘寿命评估系统软件，采用模块化的方法设计了特征量提取、运行状态评估、绝缘寿命评估和人机界面等软件模块，并在实验室条件下对系统进行了调试。调试结果表明，系统性能稳定，且诊断准确率较高，符合工程使用要求。

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第一章 绪 论

1. 1 课题背景和研究意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 本文研究目标和研究内容

第二章 矿用干式变压器运行状态分析

2. 1 矿用干式变压器结构及绝缘系统

2. 2 变压器状态发展趋势分析

2. 3 矿用干式变压器故障及绝缘老化分析

2. 4 状态参量分析

2. 5 状态评估指标体系构建

2. 6 本章小结

第三章 基于模糊层次分析法的矿用干式变压器运行状态整体评估

3. 1 模糊层次分析法

3. 2 评估模型建立

3. 3 状态评估指标权重和隶属度函数确定

3. 4 本章小节

第四章 基于局部放电特征参量的矿用干式变压器绝缘局部缺陷风险评估

4. 1 气隙放电分析

4. 2 气隙放电模型及其电场仿真

4. 3 气隙放电试验

4. 4 基于S VM的矿用干式变压器No mex绝缘放电模式识别

4. 5 基于局部放电特征量的干式变压器绝缘局部缺陷发展程度诊断

4. 6 本章小结

第五章 基于健康指数的矿用干式变压器绝缘寿命评估

5. 1绝缘寿命三级评估模型

5. 2 综合健康指数与剩余寿命计算

5. 3 干式变压器运行风险评估

5. 4 矿用干式变压器内部温度场仿真

5. 5 本章小结

第六章 基于LabV IE W的矿用干式变压器状态监测与绝缘寿命评估系统的开发

6. 1 软件平台

6. 2 状态监测及绝缘寿命评估系统总体设计方案

6. 3 状态监测与绝缘寿命评估系统软件设计

6. 4 系统调试

6. 5 本章小结

第七章 结论与展望

7. 1 主要结论

7. 2 工作展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间的研究成果