摘要
统计资料表明：在变压器各类故障中，绕组发生故障的机会最大，约占整个故障的60％-70％，在绕组各类故障中，最常见的就是绕组匝间短路(包括绕组层间短路、股间短路等等)，从广义上讲，绕组故障都可以归结于匝间短路。现代大型电力变压器普遍采用纠结式绕组，在改善绕组对冲击电压梯度分布特性的同时，也使得相邻线圈匝间电压升高，从而更容易导致匝间短路。绕组匝间短路后，尽管短路线匝里面流过数十倍的额定电流，但流出绕组外面的一次侧三相电流却很小，以至于传统的继电保护难以发现绕组轻微的匝间短路。绕组匝间短路后仍然能带满负荷继续运行，但是如果不采取相应的措施，故障将会进一步扩大，严重者至烧毁变压器，造成巨大的经济损失。
目前，国内外监测变压器的手段主要有：油中溶解气体在线监测、变压器局部放电在线监测、变压器绕组变形在线监测。最为成熟的方法是油中溶解气体在线监测，它能够有效的发现变压器早期潜在性故障，而后两者受到被监测特征量变化不明显以及现场干扰太大难以提取有效信号的制约在工程中应用非常有限。困扰变压器在线监测长期以来的问题之一就是：缺乏有效的监测特征量，特别是专门针对故障多发部件绕组尤其如此。
本文理论上分析了变压器绕组故障(匝间短路)后的各物理量的变化，从变压器功率损耗的机理入手，得出了结论：变压器绕组发生故障后，其功率损耗将有明显增大。找到了变压器在线监测特别是针对绕组在线监测的新特征量：功率损耗，并在电力局现场做了变压器绕组匝间短路试验。试验结果表明，该特征量对监测变压器绕组故障特别是匝间短路故障是行之有效的。在此基础上，探讨了实现变压器绕组在线监测的可能性，再结合油气量分析提出了相应的监测判断流程，并研制开发了一套电力变压器在线监测系统，将其应用于电力局工程实际。在论文的最后，初步探讨了变压器状态评估的框架。
Statistic data indicate that windings is most possible blooey. Wingdings fault occupied 60%-70% in the power transformer. It is often that windings turn to turn short-circuit in all windings fault. Nowadays, it is be inclined to occur turn to turn short-circuit for transformer windings because of power transformer windings introduced tangle windings. Although inner short circuit current is very great, but external high voltage side current is not great after turn to turn short-circuit. So relay protection can't detect fault. This is likely to burn transformer if don't take any measures after turn to turn short-circuit.
Within the country and abroad, the main means of on-line monitoring transformer is: dissolved gas analysis in oil partial discharge and windings deform on-line monitoring. In general, one problem of transformer on-line monitoring is: lack of monitoring characteristic, especially aimed at transformers windings.
After analysis physical phenomena of turn to turn short-circuit, this thesis reached a conclusion: power losses must be increased when windings fault. So a new condition characteristic is put forward that used to be monitoring transformer windings, i.e. power losses. Power utility local test indicate that new characteristic is effective to monitoring transformer especially transformer windings. Based on possibility of on-line transformer monitoring, put forward a flow of on-line transformer combined oil characteristic. At last, empolder a system of transformer on-line monitoring and frame of transformer condition assessment is put forward.
引文
[1] 郭喜庆，高电压设备绝缘与故障分析。北京：水力电力出版社，1995
[2] 罗军川，变压器铁芯多点接地故障检测与处理程序。变压器，1994年，第8期
[3] 王梦云、凌愍，大型电力变压器短路事故统计与分析。变压器，1997年，第10期
[4] 董其国，电力变压器故障与诊断。北京：中国电力出版社，2001
[5] 中华人民共和国国家标准。变压器油中溶解气体分析和判断导则。国家标准局，2001
[6] 韩祯祥、文福栓，人工神经网络在电力系统中应用的新进展(一)。电力系统自动化，1993年，第1期
[7] 韩祯祥、文福栓，人工神经网络在电力系统中应用的新进展(二)。电力系统自动化，1993年，第2期
[8] Y. zhang et al. "An artificial neural network approach to transformer fault diagnosis", IEEE Trans. Power Delivery, vol. 11, pp. 1836-1841,Oct 1996
[9] James J. Dukarm, "Transformer oil diagnosis using fuzzy logic and neural networks", 1993 Canadian Conferrence onelectrical and Computer Engineering, vol. 1, pp. 329-332
[10] Y. C. Huang et al. "Developing a new transformer fault diagnosis system through evolutionary fuzzy logic", IEEE Trans. Power Delivery, vol 12, pp. 761-767, April 1997
[11] 王哲、蔡惟铮、陈学允，基于小波分析的高压变压器局部放电在线监测。电力系统自动化，1998年，第4期
[12] 徐大可、李彦明，变压器绕组变形在线监测的应用研究。高电压技术，2001年，第4期
[13] 阳少军、肖登明、潘勇斌等，变压器色谱在线监测的新型传感器。高电压技术，2002年，第1期
[14] 丁晓群、孙军、袁宇波等，基于BP网络的故障诊断方法的改进。电网技术，1998年，第11期
[15] 钟洪璧，高占邦，王正官，王世阁。电力变压器检修与试验手册。北京：中国电力出版社，2000
[16] 朱生石。变压器轻微匝间故障的保护，电力自动化设备，1999，19(1)
[17] F. Jiang, Z.Q.Bo, P.S.M.Chin, M.A.Redfern, Z.Chen. Power Transformer Protection Based On Transient Detection Using Discrete Wavelet Transform (DWT), 2000 IEEE Power Engineering Society Winter Meeting 23-27 January 2000,Singapore
[18] 王维俭，侯炳蕴。大型机组继电保护理论基础。北京：水利电力出版社，1998
[19] 成永红，电气设备绝缘检测与诊断。北京：中国电力出版社，2001
[20] 贺景亮、关根志、王洪新、陈鹏云，绝缘在线监测中若干问题的探讨。高电压技术，1998年，第3期
[21] 薛伍德、杨启平、兰之达，人工智能在变压器故障诊断中的应用。电力自动化设备，2001年，第12期
[22] 丁晓群，Liu Y，林钟云。神经网络应用于电力变压器故障诊断。电力系统自动化，1996年，第2期
[23] Z. Wang et al. "A combined ANN and expert system tool for transformer fault diagnosis," IEEE Trans. Power Delivery, vol. 13, pp. 1224-1229, Oct 1998
[24] 高宁、朱德恒、谈克雄，变压器局部放电在线监测信号中的电磁干扰及抑制。电工电能新技术，1999年，第4期
[25] 孙才新、罗兵、杜林等，变压器局部放电在线监测中抗电磁干扰的定向耦合差动平衡法的研究。中国电机工程学报，1998年，第5期
[26] 陈艳、周力行，变压器局部放电在线监测中软件抗干扰技术。华北电力技术，2000年，第4期
[27] 李邦云、丁晓群、李娟，变压器绕组变形在线监测方法的研究。变压器，2003年，第10期
[28] 高仕斌，王果，变压器绕组变形在线监测方法的改进。高电压技术，2002年，第9期
[29] 曾刚远，测量短路电抗是判断变压器绕组变形的有效方法。变压器，1998年，第8期
[30] 徐大可、李彦明，变压器绕组变形在线监测的研究。变压器，2002年，39 (S1)
[31] 凌愍、王圣，110kV级变压器事故统计及短路故障分析。变压器，1995年，第12期
[32] 钟洪璧，高占邦，王正官，王世阁。电力变压器检修与试验手册。北京：中国电力出版社，2000
[33] 张仲先，大型变压器突发性故障的起因探究。变压器，1996，第7期
[34] 赵旺初，大型电力变压器绕组变形和匝间短路判断方法。东北电力技术，1994年，第10期
[35] 陈曾田，电力变压器保护，北京：中国电力出版社，1989年
[36] 陈剑，基于压流波形特征的变压器继电保护的研究。华北电力大学，硕士学位论文，北京：2001
[37] C.B.瓦修京斯基，变压器的理论与计算、北京：机械工业出版社，1983
[38] 李湘生、陈乔夫，变压器的理论计算与优化设计。武汉：华中理工大学出版社，1990
[39] 陈世坤，电机设计。北京：机械工业出版社，1990
[40] Kuniaki Yabe. Power Differential Method for Discrimination between Fault and Magnetizing Inrush Current in Transformers. IEEE Transactions on Power Delivery. Vol. 12, No. 3, July 1997
[41] 李佑光、林东，电力系统继电保护原理及新技术。北京：科学出版社，2003年
[42] 陈德树，计算机继电保护原理与技术。北京：水利电力出版社，1992年
[43] 沈阳变压器厂，变压器试验。北京：机械工业出版社，1987年
[44] 盛骤、谢式千、潘承毅，概念论与数理统计。北京：高等教育出版社，1995年
[45] 郭基伟、谢敬东、唐国庆，基于异常值分析的变压器在线监测方法。电力系统及其自动化学报，2003年，第6期
[46] 赵杰、潘勇斌、李红雷、肖登明，新型变压器油色谱在线监测系统的研制。高电压技术，2000年，第6期
[47] 丁晓群、李邦云，变压器油中溶解气体在线监测系统的工程实现。变压器，录用待发
[48] 周原冰、张高荷，浅谈发供电设备的状态检修。山东电力技术，1998年，第2期
[49] 谢红玲、李燕青、律方成，变压器状态信息数据库的研究与应用。19届电力系统自动化年会论文集，成都，西南交通大学：1500～1503
[50] 江志刚、陈三运，电力设备状态检修决策支持系统。华中电力，2001年，
第4期
[51] 李光范、刘有为、高克利等，关于制订《电气设备状态维修导则》的原则框架。关于制订《电气设备状态维修规程》第一次会议讨论稿。广西北海，2002
[52] 黄健元，模糊集及其应用。宁夏，宁夏人民教育出版社，1999
[53] 钱政、尚勇、杨莉、严璋，电力变压器固体绝缘状况的综合评估模型。西安交通大学学报，2000年，第4期
[54] 刘有为、李光范、高克厉等，制订《电气设备状态维修导则》的原则框架。电网技术，2003年，第6期
[55] 刘思峰、郭天榜、党耀国等，灰色系统理论及其应用。北京：科学技术出版社，1999年
[56] 张文修等，粗糙集理论与方法。北京：科学出版社，2001年
[57] HAN Jia-wei，KAMBER M，数据挖掘概念和技术。范明、孟小峰译，北京：机械工业出版社，2001年