变压器基本工作原理范例(3篇)
变压器基本工作原理范文篇1
关键词：变压器；动态故障树；故障诊断；专家系统
中图分类号：TM411；TP311.5文献标志码：A文章编号：1006-8228(2016)01-05-040
引言
随着我国智能电网建设的推进，电力系统已迈向了大电网、高电压的发展阶段，这对电网供电的安全性与可靠性提出了更高的要求。变压器作为电力系统最关键的设备之一，起着变换电压、传输能量的重要作用，其运行状况直接影响到电力系统的安全稳定运行。若一台大容量变压器发生故障，而其检修周期又长，将会造成巨大的经济损失和不良的社会影响，特别是与发电机直接相连接的变压器将迫使发电机停止发电而造成更大的损失。据统计，2006年-2011年云南电网110kV及以上变压器发生跳闸故障14次，严重影响了云南电网的安全运行[1]。因此，研究变压器发生故障的类型与特征，分析故障发生的原因与机理，研究一个实用性强、可靠性高的诊断分析系统，及时掌握变压器的运行状况，提高其平均无故障时间和运行可靠性，对推进云南电网公司设备状态检修、提高电力系统安全性和可靠性都具有重要的意义。本文通过分析变压器的故障形式、症状、原因，以动态故障树分析法为理论基础，初步构建了变压器的故障树，实现了一个较为实用的变压器故障诊断分析系统，对提高变压器安全可靠运行起到了一定的积极作用。
1系统功能设计
1.1系统业务流程
故障诊断分析的目的是根据变压器的运行参数、试验数据与基本台账等状态信息，判断设备的健康状态，并对发生故障的原因进行分析，为运行工作人员提供有力的检修依据[2-3]。当系统对接入的在线监测数据、试验数据（停电试验、带电检测等）、巡检数据等原始数据，一方面存储到原始数据库，另一方面结合历史数据和设备基本资料，经过阈值判断、坏点剔除、趋势分析等处理与分析后得到系统能够识别的故障状态量，然后再根据系统所建立的诊断知识库进行诊断分析，实现设备的故障原因分析及定位，并将分析诊断结果保存到诊断分析结果库中。简单的说，系统数据流为：原始数据—故障状态量诊断分析。如图1所示。
1.2功能模块设计
依据结构化设计方法，结合系统业务需求，系统主要包括基础数据管理、试验数据、诊断分析和权限管理四大模块。⑴基础数据管理。基础管理包括设备设备管理与试验数据录入两部分，分别实现设备台账信息与试验、巡检等基础数据的录入与管理功能，是系统实现变压器故障诊断分析的基础。⑵权限管理。权限管理实现对系统用户基本信息及操作权限进行管理和控制，从而保证系统的信息安全。本系统中支持用户组和用户两种设置权限的方法，且可以同时使用，两者的交集作为用户的最终权限。⑶试验数据展示。试验数据展示是以折线图、柱状图、雷达图或大卫三角、立体图等形式展示设备原始数据或分析处理之后的数据，供用户查看与分析。⑷诊断分析。诊断分析是系统的核心模块，包括故障树和故障分析两个部分。其中，故障树模块实现对变压器故障树的编辑与动态维护，是系统诊断专家知识库的管理入口；诊断分析依据设备的运行状态信息，利用系统诊断知识库判断设备运行状态，分析发生故障的可能原因并进行定位，为运行和检修人员提供支持。
2变压器故障诊断
2.1DFTA与专家系统
故障树是一种特殊的树状逻辑因果关系图，它用图形演绎逻辑推理方法，用图清晰地说明了系统的失效原因，把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起，可以找出系统全部的失效状态和传播路径[4-5]。DFTA是至少包含一个动态逻辑门的故障树，具有动态的系统性能，能对具有顺序相关、资源共享、可修复和冷热备份的系统进行故障分析的方法[6]。本文所研究的动态故障树分析法与其传统概念有所不同，其“动态”主要体现在该诊断系统中故障树的动态构建、维护与更新，也是系统自学功能的体现。专家系统是结合人工智能技术和计算机技术，利用专家的知识和经验，进行推理判断，模拟专家作出决策的智能化信息系统[7]。本文所研究的变压器故障诊断专家系统，其专家知识库是以故障树为理论基础和载体，通过故障树这种特殊的图形化方式形象而直观的表达了专家诊断知识，将之前的专家知识库的黑匣子公开化、透明化，方便用户查看与分析。
2.2变压器常见故障
故障诊断的实质是运行状态的模式识别过程，主要包括故障状态量信息获取与预处理、特征信息提取和故障识别三个步骤。变压器结构复杂，故障形式、症状、原因和演变机理的复杂多样，在运行中发生的故障很难以某一判据判断故障的类型和位置。熟悉变压器的常见故障、故障现象及原因对于本文构建变压器故障树和实现变压器故障诊断分析具有重要的意义。油浸式电力变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。内部故障主要有相间短路、匝间短路、局部放电、局部过热、绝缘油异常等；外部故障主要有油箱或套管渗漏油、套管闪络、引出线故障等。内部故障根据常见的故障易发部位可分为绝缘故障、铁心故障、分接开关故障、绕组故障等，这些故障的发生可能同时伴随着热故障和电故障两种类型；外部故障虽然更为常见，但比较容易发现及诊断。变压器绕组故障模式可分为短路、断路、松动、变形、移位、烧损，其中绕组短路又可分为层间短路、匝间短路、饼间短路、股间短路。绕组故障大部分由于绕组本身结构和绝缘不合理引起，以绕组短路出现概率最高，不仅涉及绕组本身，还对铁心、引线、绝缘屏等有极大影响。绕组短路时，变压器内部会出现局部高温或高能放电。变压器绕组松动、变形、失稳、绝缘损伤，会使抗短路能力变差，若遭到外部短路、雷击等不良工况，会使绕组松散、场强分布不均，导致局部放电；松散导线在电磁力作用下，互相摩擦划破绝缘，引起绕组烧损，绝缘局部碳化，最终形成绕组短路。由于篇幅所限，其他故障类型的故障模式不再一一分析说明。
2.3构建变压器故障树
构建故障树是实现故障诊断的最为关键的一步，故障树直接决定了系统诊断结果的准确性与可靠性。故障树的构建过程实质上是建立系统专家诊断知识库的过程，也是用树形结构图形化展示变压器故障与导致其发生原因之间逻辑关系的过程。变压器结构复杂，故障形式和原因多样，使得其故障树层级多，显得较为庞大。为了方便用户建树与查看分析，故障树必须有一个清晰明了的结构，可以根据故障类型和结构组成将变压器故障树分解为多个子树，子树又可以再进行分解。在本系统中，组成故障树的基本元素是故障节点，每一个故障节点包含名称、逻辑、阈值、试验建议和故障描述等基本属性，且故障节点可以绑定相关的判据变量和故障发生的部件。与节点绑定的判据变量具有一定的权重，当异常变量的权重大于节点的阈值时，该节点将被认定为发生故障的节点。其中，故障节点之间有“与”、“或”、“非”等关系，变量之间有“与”和“或”的关系，如图2所示。根据前文对变压器主要故障模式的整理与分析，可以依据故障树理论构建变压器故障树。放电故障中的局部放电故障子树如图3所示。
3系统典型应用
3.1诊断分析实例
⑴原始数据现场某一台220kV变压器具有以下几种现场运行及试验数据如表1-表3。⑵数据分析处理系统经过分析，三比值法计算得编码102，为高能量放电；绕组绝缘电阻，吸收比和极化指数正常；高中-低地电容量比异常前试验增长16.2%（原为15350pF），低-高中地电容量比异常前试验增长13%（原为24070pF），稳定绕组电容量无明显变化。最终，系统得到故障状态量为：本体放电故障、绕组电容量。⑶分析诊断结果以系统得到的状态量结果为输入量，系统依据诊断知识库得出诊断结果为绕组变形和绕组放电，故障节点以红色背景突出显示。事后经过吊罩解体检查，发现该变压器中压绕组三相都存在不同程度的变形，但都没有发现放电痕迹，从而证实了系统诊断分析结果的正确性。
3.2系统特点
⑴案例库比对分析与自学功能。当系统进行诊断分析时，若不能给出诊断分析结果，则系统将会自动启动案例库比对分析，将当前输入的诊断变量与案例库进行匹配分析，并输出匹配结果，用户可以根据匹配结果自行查看相应的案例分析。若没有找到与其相匹配的案例，当前诊断案例将作为一新的案例补充到案例库中。⑵人机交互性。系统诊断分析之后，将分析结果按可能原因的概率从高到低以表格的形式提供给用户，用户若对诊断结果有所怀疑或发现诊断变量值有明显错误，可以人工修改诊断变量的值进行重新诊断并保存结果。此外，系统还会依据统计学的理论和原理，利用预先设定的算法对该类变压器故障树知识库中各个可能原因的概率进行动态的更新，从而提高下次诊断结果的准确性和可靠性。⑶实时性。当系统接到原始数据之后，会立即对其进行阈值判断、趋势分析和比对分析的等处理，得出与其对应的状态量，再由系统进行诊断分析，这样能够使运行人员及时掌握设备的运行状况与健康状态。
4总结
本文以DFTA和专家系统为基础，阐述了变压器诊断分析的思路，构建了一个实用化的变压器诊断知识库和诊断平台，以图形化的方式向研究人员再现了故障的演变过程和机理，对推进云南电网公司设备状态检修、提高电力系统安全性和可靠性都具有重要的意义。随着系统的长期运行，系统的诊断知识将不断地积累而变得更为丰富，其诊断可靠性也将进一步提高。由于时间和条件的限制，有些工作需要进一步研究，如故障树优化与完善、DFTA的定量分析与计算等。
参考文献(References)：
[1]刘娜,高文胜,谈克雄等.大型电力变压器故障树的构建与分析[J].中国电力,2003.36(11):33-36
[2]高顺川.动态故障树分析方法及其实现[D].国防科技大学,2005.
[3]王美铃.基于多知识库电力变压器故障诊断专家系统[D].中南大学,2011.
[4]孙喆.电力变压器的常见故障分析及处理措施[J].黑龙江科技信息,2009.28.
[5]张启清.电力变压器故障诊断专家系统的研究[J].重庆大学,2002.
[6]王晓莺.变压器故障与监测[M].机械工业出版社,2004.
变压器基本工作原理范文
关键词：变压器绕组温度分析
1引言
变压器绕组温度表是根据变压器的原理和结构而特殊设计和制造的专门测量变压器绕组温升的测量装置，通过这种测量装置可对油浸式大型电力变压器安全运行起到保障作用。但根据变电修试人员的日常维护发现，在正常运行负荷下的同一主变压器绕组温度和油温基本一致，造成运行人员对变压器的运行状态误判断。本文结合修试工作对变压器绕组温度与油温一致的问题进行分析并提出解决措施，以供参考。
2变压器绕组温度表的工作原理
目前各供电局用于变电站主变压器上的绕组温度表，其主要厂家有国外的德国MesskoMR公司、瑞典AKM公司以及国内的杭州华立公司、大连金州公司。无论是哪个厂家的绕组温度表，其工作原理基本如下：绕组温度表采用模拟测量方法来间接的测得绕组热点温度，即绕组温度T1为变压器顶层油温T2与变压器铜油温差T之和，T1=T2+T。具体到绕组温度表内即是：变压器顶层油温使仪表内弹性波纹管产生对应的位移量，叠加发热元件所产生的位移量，从而指示变压器绕组温度。
3变压器绕组温度与油温一致的分析
通过随机统计某地区供电局220kV及以上主变压器绕组温度和油温的运行数据，有66.7%的绕组温度表的的绕组温度T1与变压器顶层油温T2基本一致（T1≈T2），实际上失去了专门测量变压器绕组温升的作用。
从上面绕组温度表的工作原理分析可知，绕组温度T1应为变压器顶层油温T2与变压器铜油温差T之和，现在铜油温差T接近于0，即加热元件没有起到作用（P=I*I*R≈0），这就是导致绕组温度出现异常的主要原因。
而影响P=I*I*R≈0的因素有两个，分别是匹配器二次输入电流I和加热调节电阻R，于是，修试人员先检查绕组温度表的匹配器二
次输入电流是否正确，通过现场测试，匹配器二次输入电流基本符合现场负载实际。这就排除了二次CT输入电流对加热元件的影响。最后，进一步核实加热调节电阻R的影响，于是，对变电站主变温度表进行对比试验，如下图2所示：
通过试验发现，正常运行的绕组温度表，其内部的匹配器在安装前都进行了正确的调校，而出现异常的绕组温度表其调节电阻调校不准确，这就找出了绕组温度与油温相一致的根本原因。
4变压器绕组温度与油温一致的解决措施
通过上面的分析，变压器绕组温度与油温一致的根本原因在于绕组温度表的加热调节电阻调校不准确，为解决这一问题，购置了相关的测试设备及仪器开展调校试验，下面以德国MesskoMR公司的绕组温度表（MT-ST160W）调校作实例进行说明，具体如下图3：
第一步，找出变压器满负载时的铜油温差T与标定CT电流以及对应的加热电流值；
第二步，将恒定电流加到加热器标定CT电流上并测量加热电流值；
第三步，调整调节旋钮,使加热电流满足要求；
第四步，30分钟后观察绕组温度表温升是否符合要求。
5效果
在一年半的时间里，利用主变压器停电检修机会，对绕组温度表存在的异常问题一一进行调校和维护，并记录其变压器温度运行情况，绕组温度普便比油温度高10℃左右，恢复正常，如下表4：
6结束语
本文根据工作实际，对运行中的变压器绕组温度与油温一致的问题进行探讨，先从绕组温度表的工作原理上出发，分析绕组温度与油温一致的原因是加热元件没有起到作用，即加热调节电阻调整不合理导致的，最后提出通过现场调校匹配器加热调节电阻的方法来解决绕组温度与油温一致的问题，并在实践中取得良好的效果，起到抛砖引玉的作用。
参考文献
[1]《变压器设计原理》尹克宁2003-10中国电力出版社
变压器基本工作原理范文
关键词：IEC61850；非电量保护；装置原理图；硬件插板；微处理器
引言：近年来，合并单元（MergingUnit，MU）、智能断路器、高速以太网等新设备新技术在变电站自动化系统应用，以及规定了变电站信息采集、处理、传输及应用框架的IEC61850标准的实施，变电站自动化系统已经进入数字化、智能化阶段。IEC61850标准及数字化变电站的技术将逐步引领未来变电站自动化系统技术发展趋势，变电站自动化系统所涉及的监控、远动、继电保护、自动安全装置设备的可靠性、实时性、经济性将得以迅速提高。
随着微处理器相关技术、通信技术与电子计算机相关技术的不断更新、发展，在变电站微机保护中，对基于智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）的非电量保护装置采用了越来越广泛的应用[1]。
一、变压器本体保护IED的功能建模
变压器出现某些内部故障，比如某相的匝间短路时，变压器电量保护的监测变量（电量）在数值上并无明显变化，因此电量保护此时并不动作。但变压器油的物理和化学变化，比如温度的变化和气体的产生，通过物理测量的变化（例如产生的气体会有压力和流速的变化），可以准确快速地反映出变压器的内部故障，及时的切除故障，防止事故扩大。因此由非电量参数组成的非电量保护是变压器继电保护系统中的一个不可或缺的组成部分。
智能电子设备（IED）是变电站的重要设备，肩负着变电站的保护、测量、测控、计量等重要的工作，它的运行直接关系到变压器的安全可靠性。
本设计以D2-2型牵引变电站变压器为对象，基于IEC61850标准的变电站智能化系统的特点，设计的变压器保护IED具备功能特点如下：
（1）IED装置以变压器非电量保护为主要对象的分布式
IED设备，具有保护、测控、通信等功能；（2）IED通过以太网和其他设备通信，通过过程总线实现接收合并单元发送的采样值和向智能断路器传送GOOSE跳合闸命令。
二、变压器本体保护系统装置原理图及硬件插板总体规划
在IED功能建模基础上，得到如图1的变压器非电量保护系统装置原理图。从图1明显可以看到系统可以输入8路模拟量（本体重瓦斯开入、有载重瓦斯开入、压力释放开入、冷却消失开入、本体轻瓦斯开入、有载轻瓦斯开入、油温高开入、油位低开入）；输出8路模拟量；拥有独立的工作电源与重动出口；实现延时、自动重合闸功能；实现跳闸命令、信号和监视。给出的装置是独立工作的，分别实现所需功能的一部分。
图1变压器非电量保护系统装置原理图
IEC61850标准要求微机保护硬件平台应当具备可扩展性、高可靠性与模块化，因此必须对变压器非电量保护智能组件的硬件资源进行合理的分配，以求最大限度排除外部静电与内部元器件间电磁的干扰，且各个插件板卡功能应力求划分明确，通信接口应设计规范，布线方式应合理，强弱电系统力求分离，以构成一个完整、实时、可靠的整体系统。依据上述的设计规划，变压器非电量保护装置的硬件规划如下图所示。
图2变压器非电量保护装置硬件规划图
三、微型控制器的选择
经济和技术上的原因（更低的价格，更高的可靠性，更简单的应用）预示着在选择微控制器时，应该选择那些集成功能更好的微控制器。
Samsung公司推出的S3C2410A[2]拥有集成高性能的MMU（MemoryManagementUnit）存储管理单元与专用的FLASH、SDRAM控制器，且能够通过扩展以太网口方便实现以太网通信，还可以方便的与LCD、触摸屏进行接口，因此选择它能够很好地用于实现系统的软硬件管理、通信及人机接口功能；而在实现对采样值分析、保护算法、逻辑控制及一些传统的开入开出量处理时，系统选用的则是德州仪器公司生产的TMS320F2812DSP[3、4]处理器，因为它继承了丰富的外设功能，支持汇编、C/C++程序设计，且能进行快速数据处理。系统硬件总体框图如图3所示，插板上的功能都围绕着ARM（S3C2410A）与DSP（S3C2410A）展开。
图3系统硬件总框图
四、软件开发
在稳定的硬件平台的基础上，只有开发出高效可靠的软件系统，才能使整个变压器非电量保护智能组件系统长期稳定的运行。因此完成了变压器保护IED硬件平台设计后，还需进行系统软件的开发。IED软件的开发主要包括两个方面的工作：在硬件平台上搭建一个嵌入式系统软件平台；在此软件平台的基础上，开发系统的应用程序。下面本文将对变压器非电量保护智能组件系统的软件开发进行一个简单的阐述。
由于本变压器非电量保护IED要进行多任务处理并且有较多的硬件资源，因此需要选择一个高效、稳定的嵌入式操作系统来对IED的软硬件系统进行管理。而Linux由于其源代码开放，内核高效稳定，网络功能强大，具有一套完善的开发和调试工具等一系列有点，完全适合变压器非电量保护智能组件的软件开发的嵌入式操作系统的要求。
为了实现基于Linux的应用开发，必须建立一个完备的Linux开发环境。在此开发环境的建立中采用交叉开发模式，首先在宿主机上（通用PC机）安装标准的Linux系统，然后安装和配置开发工具，完成后可以编辑、编译目标板的引导程序、内核、文件系统和应用程序，最后下载到目标板上运行。在这个开发环境中实现一个嵌入式Linux设备驱动的大致流程如下：（1）查看原理图，理解设备的工作原理（2）定义主设备号（3）在驱动程序中实现驱动的初始化。如果驱动程序采用模块的方式，则要实现模块初始化（4）设计所要实现的文件操作，定义file_operations结构（5）如有需要，实现中断服务（6）编译该驱动程序到内核中，或者用insmod命令加载（7）测试该设备。
结论：虽然变压器非电量保护智能组件系统结构较为复杂，但是基于以上内容设计的装置在测试中获得的结果完全适合电力系统保护现场需要的参数，使装置商用生产变为可能。
参考文献：
[1]温小旭.基于IEC61850的变压器保护IED的研究与设计[D].[硕士论文]，华东交通大学，2009
[2]S3C2410A32-BitRISCMicroprocessorUser’sManual，Revision1.0[EB/OL].http：///cn/business/
semiconductor/.
[3]苏奎峰，吕强等.TMS320X281XDSP原理及程序设计开发[M].北京航空航天大学出版社，2008.2
