煤矿变压器故障诊断探析

摘 要 在煤矿供电系统中，煤矿变压器属于十分关键的电气设备，其运行状态直接影响着煤矿生产活动的安全性及经济性。在煤矿变压器运行过程中，常见故障问题主要包括绕组故障、附件故障及铁芯故障。变压器一旦出现故障问题，应及时采取故障诊断措施，并及时处理故障，保证煤矿生产活动的安全性。在分析煤矿变压器常见故障的基础上，对常规故障诊断措施及人工智能诊断措施进行综合分析。实践证明，针对变压器进行科学故障诊断，可以有效提高变压器维护效率，保障煤矿变压器安全稳定运行。

关键字 煤矿；变压器；故障诊断

中图分类号TD9 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0184-02

1 煤矿变压器常见故障

一般在煤矿供电系统中应用的是防爆变压器，从变压器主体结构上进行其故障类型划分，可以将其分为绕组故障、附件故障及铁芯故障。

1.1 绕组故障及其成因

绕组属于变压器重要组成部分，绕组故障主要表现为绕组断路、绕组松动及匝间短路等。引起绕组故障的主要原因在于：变压器绕组制造质量偏低，机械强度较低，在短路冲击下出现变形问题，破坏其绝缘性能；在绕组检修过程中局部绝缘被破坏；有杂物进入到绕组内，导致变压器内部温度较高，引起设备绝缘老化；绕组出现受潮问题，引起绕组局部放电，出现匝间短路故障；匝间短路故障应及时予以处理，避免匝间短路问题引起单相接地故障等。

1.2 附件故障及其成因

变压器附件故障，主要表现为有载分接开关故障、引线故障及套管故障。其中有载分接开关在频繁的切换操作中，常会出现故障问题，动静触头是其故障多发部位。在绝缘物质及高温影响下，动静触头表面出现氧化现象，增加触头接触电阻，从而导致其局部温度较高；引线属于连接绕组出线及外部接线的关键，其接头部位主要是靠焊接而成，如焊接质量较低，则可能会引起引线断路、引线短路及接触不良等问题；套管连接着变压器内部绕组及箱外联接引线，如套管设密封性较差，则容易引起变压器绕组短路等故障。

1.3 铁芯故障及其成因

铁芯质量直接影响着煤矿变压器能否正常稳定运行，是变压器关键部件。变压器正常稳定运行要求铁芯一点接地。然而在变压器应用中，经常会出现变压器铁芯多点接地及短路故障问题。铁芯多点接地，会出现环流问题，导致煤矿变压器局部温度较高，在长时间运行下导致绝缘老化，引起铁芯烧损故障，引起安全事故等。

2 煤矿变压器常规故障诊断措施

在煤矿变压器出现故障后，应及时采取故障诊断措施，找出故障成因，并及时修复，保障煤矿变压器运行的可靠性及稳定性。常规故障诊断方法主要包括以下几种：

第一，直观法。在煤矿变压器出现故障后，通过直观观察与检验，查看设备仪表指示是否发生异常，是否执行保护动作，查看设备部件是否出现破裂，是否存在烧焦及冒烟现象等，通过直观检查，找出故障位置。

第二，绝缘电阻试验法。绝缘电阻是测一次绕组对二次绕组及地的电阻。测量部位如下表所示：

顺序 双绕组变压器 三绕组变压器

被测线圈 接地部位 被测线圈 接地部位

1 低压 外壳和高压 低压 外壳、高压和中压

2 高压 外壳和低压 中压 外壳、高压和低压

3 ―― ―― 高压 外壳、低压和中压

在测定绝缘电阻的同时记下15s及60s的绝缘电阻，计算比值R60/R15，即变压器的吸收比。变压器容量在500KV・A及以上的变压器吸收比，其标准在10℃～30℃时一般不低于1.3，吸收比越大，绝缘性越好。通过采取绝缘电阻试验法，检查绕组接头的焊接质量和绕组有无匝间短路；分接开关的各个位置接触是否良好以及分接开关的实际位置与指示位置是否相符；引出线有无断裂；多股导线并绕的绕组是否有断股的情况等，同时试验变压器的绝缘电阻也是检测变压器是否可以继续进行绝缘强度（如耐压、冲击试验）的一个辅助手段。

第三，泄漏电流试验法。变压器线圈连同套管的泄漏电流测定，微安表应接在高压侧或采用消除杂散电流影响的接线。泄漏电流值应在加压1min后读取。应用这种方法可以判断出变压器套管密封性问题。

第四，交流耐压试验法。试验高压线圈时，将高压的各相线端连在一起，接到试验变压器上，低压的各相线端也连接在一起，并和油箱一起接地，试验电压即加在高压线圈与地之间。试验低压线圈时，按上述方法换接。具体如下图所示：

R1――限流电阻；

R2――变阻器；

B――试验变压器（可用自耦变压器）；

V、A――电压表和电流表；

通过交流耐压试验，可以诊断出变压器主绝缘局部缺陷问题，如绕组绝缘受潮、开裂及松动故障等。

第五，直流电阻试验法。该试验是在一个很小的直流电压下测高压侧线圈的直流电阻，通过测算直流电阻的不平衡率来判断变压器线圈及引线的连接是否正常。直流电阻不平衡率

=，对于1600KV・A及以下直流电阻不平衡率，

线不超过2%，相不超过4%，其它所有变压器线、相均不超过2%。通过这种方式可以对绕组断路、匝间短路、接头状况、套管及引线接触状况等进行诊断。

第六，空载试验法。通过空载试验法，对变压器铁芯接地状态、铁芯老化及绝缘不良等问题进行有效诊断，在交流耐压试验前后采取空载试验，可以诊断出变压器绕组是否存在着匝间击穿问题等。

3 煤矿变压器人工智能诊断措施

随着科学技术的不断发展，煤矿变压器故障诊断技术不断发展，出现了人工智能诊断方法，人工智能诊断方法，具有着诊断速度快，准确性高，维护简单方便等优势。专家系统、人工神经网络、专家系统及人工神经网络相结合等属于变压器人工智能诊断的重要方式。

3.1专家系统

专家系统主要由用户接口、解释机制、推理机制及专家知识库等构成。其中专家数据库属于专家系统故障诊断的核心。在煤矿变压器故障诊断中应用专家系统，可以从变压器表象故障推理到故障本质。专家系统故障诊断，具有着概念清洗，推理路径明确，解释清楚，便于参与等众多优势。由专家所具备的变压器领域专业知识，专家对变压器故障的认识、分类、成因及诊断经验等构成专家知识库，从而保证了变压器故障诊断工作的顺利进行。但在应用中，专家系统也存在着缺乏对思维过程描述、专家系统知识体系不够完善，且推理过程效率较低，难以满足变压器故障诊断及维护的适时性要求。

3.2 人工神经网络系统

变压器故障诊断的人工神经网络系统，是由数量较多的简单处理单元相互连接构成的一种复杂网络，相当于对人脑神经网络的简化模拟，具有着学习、记忆及归纳等功能。人工神经网络是与常规电气试验不同，在人工神经网络中并不包括诊断规则，可以输入输出非线性映射关系。在故障诊断人工神经网络研究中，研究最多的属于前馈型神经网络，如BP网络与RBF网络。其中BP网络采取是以误差函数梯度下降方式收敛，其收敛速度较慢且容易陷入到局部极小点问题中，而RBF网络其学习速度、模式识别能力较强，主要由输入层、隐含层及输出层三部分组成，其结构如下：

应用效果较好。虽然人工神经网络系统故障诊断方法诊断速度较快，适时性较好，诊断正确性较高，避免了专家系统中存在的部分不足。但在应用中，其诊断方法缺乏解释机制。

RBF网络示意图

3.3专家系统及人工神经网络系统结合

专家系统及人工神经网络系统均存在着一定缺陷，将两者结合，可以避免其不足，发挥其故障诊断优势。通过将家系统及人工神经网络系统结合应用于煤矿变压器故障诊断中，通过人工神经网络系统学习功能，解决专家系统中知识库不完善等问题，应用专家系统逻辑推理功能，克服人工神经网络知识不直观等问题。

煤矿变压器人工智能故障诊断技术发展前景十分广阔，在故障诊断中的应用将会越发广泛。

4 结论

煤矿变压器属于煤矿供电系统的重要组成部分，其运行状态的可靠性及安全性，直接影响着煤矿生产活动的安全性与经济性。然而在煤矿变压器运行过程中，常会出现绕组故障、附件故障、铁芯故障等，严重影响着煤矿生产的综合效益。针对煤矿变压器故障问题，应通过故障诊断方法，如常规变压器常规故障诊断措施及人工智能诊断措施。提高变压器故障诊断技术水平，在保障变压器安全可靠运行，保障煤矿作业综合效益等方面发挥着重要现实意义。

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