一、选题背景及依据

电力系统向高电压、高容量发展，电力设备安全运行愈发关键，变压器作为枢纽设备，其运行可靠性影响电力系统安全，因此要加强对其绝缘的监测诊断，在线监测技术受关注，相关技术发展为其监测诊断开拓新领域。目前，电力变压器状态监测与故障诊断技术面临挑战，如监测平台存在接口协议问题、共享数据库可追溯标准工况少、诊断系统有漏检和判断失误情况等，表明传统方法有局限，需研究新技术。本课题有助于学生深入理解变压器，提高实践能力，对未来工作有指导意义。

二、主要研究内容

（一）熟悉电力变压器结构、特点及常见故障

1. 变压器故障类型及原因：包括绕组故障、铁芯故障、绝缘故障等。绕组故障可能由于过电压、过电流、机械应力等原因导致；铁芯故障可能因铁芯多点接地、铁芯松动等引起；绝缘故障则与绝缘老化、受潮等因素有关。

2. 防范措施：针对不同故障类型采取相应的防范措施，如加强绕组的绝缘处理、确保铁芯可靠接地、改善变压器的运行环境等。

（二）分析变压器故障时变压器油中的特征气体及与气体组分的关系

油中溶解气体分析法是主流状态监测手段之一。通过追踪油样中甲烷、乙炔、氢气等特征气体的含量变化，可判断绕组放电或绝缘过热情况。例如，山东某换流站曾在检修前六个月发现气体比例突破1.5：2警戒线，及时调整检验周期避免了匝间短路。

（三）学习并掌握变压器故障诊断方法及原理

以油中特征气体组分含量为特征的故障诊断，主要包括以下几种方法：

1. 三比值法：利用气相色谱分析结果中五种特征气体含量的三个比值（C₂H₂/C₂H₄、CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆）来判断变压器内部故障性质。实践表明，该方法判断故障性质的准确率相当高。由于当采用不完全脱气方法脱气时，各组分的脱气速率可能相差很大，但三比值法中每一对比值之两种气体脱气速率之比都接近于1，克服了因脱气速率的差异所带来的不利影响。三比值法按照比值范围，把三个比值以不同的编码来表示。

2. 四比值法：根据GBT 7252 - 2001或DLT 722 - 2000标准，对一些疑问的故障可采用四比值法来判断。此法是根据CH₄/H₂、C₂H₆/CH₄、C₂H₄/C₂H₆、C₂H₂/C₂H₄四个比值的不同关系来进行判断的。四比值法的计算方法是：两组分气体含量的比值如果大于1则用1表示；如小于1则用0表示；比值在1左右则表示故障类型的变化过程，比值越大则故障类型越明显。如同时存在两种类型的故障，则要从四个比值的总体情况判断。

3. 无编码比值法：与三比值法和四比值法对比，分析其优劣。

（四）建立变压器数学模型并进行程序设计分析

1. 放电、过热故障模糊诊断：建立相应的数学模型，通过程序设计实现对放电和过热故障的模糊诊断。

2. 变压器铁芯多点接地故障模糊诊断：构建针对铁芯多点接地故障的数学模型，并进行程序设计分析。

（五）完成变压器运行状态评估计算方法及程序设计

1. 要求有无编码比值法的程序流程图：设计无编码比值法的程序流程图，明确程序的执行步骤和逻辑关系。

2. 程序代码及界面设计：编写相应的程序代码，并设计用户界面，方便操作和查看结果。

（六）应用软件对实例变压器进行状态评估

应用Visual Basic 6.0软件对实例变压器进行状态评估，通过实际案例验证所建立模型和程序的准确性和有效性。

三、研究思想

通过熟悉变压器故障类型及原因，深入分析变压器故障时变压器油中的特征气体以及变压器故障与气体组分的关系。学习并掌握以油中特征气体组分含量为特征的变压器故障诊断方法及原理，比较三比值法、四比值法、无编码比值法等几种故障诊断方法的优劣。建立变压器的数学模型，并根据数学模型进行程序设计分析，包括放电、过热故障模糊诊断和变压器铁芯多点接地故障模糊诊断。最终完成变压器运行状态评估计算方法及程序设计，应用Visual Basic 6.0软件对实例变压器进行状态评估。

四、解决的关键问题

（一）建立准确的变压器数学模型

准确建立变压器数学模型是后续程序设计和故障诊断的基础。需要考虑变压器的各种物理特性和运行参数，确保模型能够真实反映变压器的实际运行情况。

（二）根据数学模型进行程序设计分析

根据建立的数学模型，设计合理的程序算法，实现对变压器故障的准确诊断和运行状态的有效评估。程序应具有较高的准确性和可靠性，能够处理各种复杂的故障情况。

（三）完成变压器运行状态评估计算方法及程序设计

开发科学合理的变压器运行状态评估计算方法，并编写相应的程序代码。程序应具备友好的用户界面，方便操作人员输入数据和查看评估结果。

（四）应用软件对实例变压器进行准确状态评估

应用Visual Basic 6.0软件对实际运行的变压器进行状态评估，验证所建立模型和程序的有效性和实用性。通过实际案例的分析，不断优化和完善模型和程序。

五、拟采用的技术方案

（一）故障诊断方法

根据变压器故障诊断方法及原理，以油中特征气体组分含量为特征进行故障诊断。比较三比值法、四比值法、无编码比值法等几种故障诊断方法的优劣，选择适合的方法或综合运用多种方法进行诊断。

（二）数学模型建立

采用理论分析和实验研究相结合的方法，建立变压器的数学模型。考虑变压器的电磁特性、热特性等因素，确保模型的准确性和完整性。

（三）程序设计

使用Visual Basic 6.0软件进行程序设计，根据数学模型和故障诊断方法，编写相应的程序代码。采用模块化设计思想，提高程序的可维护性和可扩展性。

（四）实例评估

选择实际运行的变压器作为实例，应用所开发的程序进行状态评估。收集变压器的运行数据和故障记录，与评估结果进行对比分析，验证程序的准确性和实用性。

六、研究现状及发展趋势

（一）研究现状

1. 油中溶解气体分析：山东某换流站通过油中溶解气体分析，提前发现气体比例异常，避免了匝间短路事故。

2. 局部放电捕捉：深圳供电公司设置高频电流传感器阵列，覆盖88%的进线端区域，2012 - 2020年间触发11次2级报警记录，经介入处理未发展为电磁线圈损毁。

3. 热源监测：吉林220kV变压器组借助分布式红外摄像头网络，去年测得高压侧接头温升24K达预警值，更换氧化层螺栓防止了过热熔毁。

4. 便携式声波探测：上海电网应用四维度声纹模式库，区分度已提升至87%。

（二）发展趋势

1. 多技术联动研判：当异常数据出现时，需应用多种诊断手段联动研判。例如，上海虹桥枢纽变电站的专家系统引入模糊理论结合三维放电图谱，使得高压套管的纵向裂缝识别效率提升42%。

2. 深度学习技术应用：深度迁移学习技术在海南电网试运行时面临数据量瓶颈，基于迁移学习的新检测项目上线初期出现过7次过度诊断引发无谓停电。反向传播神经网络在判断绕组形变趋势时展现了优势，重庆站将16次绕组短路成功预测中的6次归功于该模型的预判能力。

3. 可靠性评估矩阵：采用熵权法构建的可靠性评估矩阵显示出强大关联特性，武汉变电工区将综合评估报告诊断周期压缩59%后被国家电网试点采用。

4. 多级诊断适配策略：针对单一技术的局限性，新疆专家组研发的多级诊断适配策略结合DGA阀值分析、冲击频率波形检验和分子量热解析特征同步复核，将核心城区的恶性事故率压低0.31%。

七、应用案例分析

（一）苏州市多参数融合集中监测中心

苏州市建立多参数融合的集中监测中心，包含油色谱工作站、无线测温网络等六大模块的集成控制系统，对230台高压主变的监测量扩大至18项目。通过集中监测和数据分析，能够及时发现变压器的潜在故障，提高了电力系统的可靠性和安全性。

（二）温州瓯海区油流动特性联合监控体系

温州瓯海区实践油流动特性联合监控体系，将常规实验室分析频次压缩80%。该体系通过实时监测变压器的油流动特性，结合数据分析，能够提前发现变压器的异常情况，为故障诊断和维修提供了有力支持。

（三）福州电科院铁心松动分级预判规程

福州电科院的铁心松动分级预判规程依托30年内损维修数据建立的评价维度，使检修工作量减38%。该规程通过对铁心松动情况的分级预判，能够合理安排检修计划，提高了检修效率和设备可靠性。

（四）浙江电网状态智能看板

浙江电网运行的状态智能看板整合七大数据源，同步处理延迟控制在400ms以内，核心算法可追溯1980年起录入的国际电网事故案例。该看板能够实时显示变压器的运行状态和相关信息，为运行人员提供决策支持。

（五）青岛新型绝缘综合管控平台

青岛新型绝缘综合管控平台启用后，年度平均维修工时减少650小时，油样检测异常从发现到处置的决策周期压缩85分钟。该平台通过对变压器绝缘状态的实时监测和综合管控，能够及时发现绝缘故障并采取相应的措施，提高了设备的可靠性和运行效率。

（六）厦门供电部门故障代码自诊断系统

厦门供电部门实施的故障代码自诊断系统可主动推送与代码相关的39个操作指南与处理案例。该系统能够帮助运行人员快速诊断和处理变压器故障，提高了故障处理的效率和准确性。

八、技术迭代痛点及解决方案

（一）接口协议鸿沟

陕西某电力科学研究院三年前打造的监测平台发现32台设备存在接口协议鸿沟，最终人工统计耗时是自动采集的十倍。解决方案是制定统一的接口协议标准，促进不同设备之间的互联互通。

（二）数据量瓶颈

深度迁移学习技术在海南电网试运行时面临数据量瓶颈，基于迁移学习的新检测项目上线初期出现过7次过度诊断引发无谓停电。解决方案是加强数据收集和管理，建立大规模的数据集，同时优化算法，提高数据的利用效率。

（三）判断失误问题

华东某省级电网因诊断系统过度倾向油色谱指标导致五次局部放电漏检事件，去年紧急配置五层递进逻辑锁解决判断失误。解决方案是采用多技术联动研判的方法，综合运用多种诊断手段，提高故障诊断的准确性和可靠性。

（四）检测响应速度滞后

广东某试验站引入激光诱导击穿光谱填补了固体绝缘材料老化无创追溯的空白，但检测响应速度滞后运行温度波动的问题仍未破局。解决方案是优化检测设备和算法，提高检测响应速度，实现对变压器状态的实时监测。

（五）链路损耗问题

西北某风电厂站自设计的联合调阅体系可实现14种通信协议转换，但极端风速期间的链路损耗仍存在23秒以上的空窗期。解决方案是采用更可靠的通信技术和设备，提高通信的稳定性和可靠性。

九、预期成果及意义

（一）预期成果

1. 深入了解电力变压器的结构、特点和常见故障，掌握变压器故障诊断方法及原理。

2. 建立准确的变压器数学模型，并完成相应的程序设计和开发。

3. 实现对变压器运行状态的准确评估，应用软件对实例变压器进行状态评估，验证模型和程序的有效性。

（二）意义

本课题的研究有助于提高电力变压器状态监测和故障预警的准确性和可靠性，保障电力系统的安全稳定运行。通过建立数学模型和开发相应的程序，能够实现对变压器故障的实时诊断和运行状态的有效评估，为电力设备的维护和管理提供科学依据。同时，本课题的研究也能够提高学生的动手实践能力和科研水平，为今后从事相关工作打下坚实的基础。