电力设备故障诊断及状态检修的研究
东南大学
硕士学位论文
电力设备故障诊断及状态检修的研究
姓名：柳纲
申请学位级别：硕士
专业：电力系统及其自动化
指导教师：唐国庆
20040401
摘要
电力设备一般在室外运行．其中大型电力变压器的工作环境都比较恶劣，日常都２４小时投入运行，因为在室外，运行人员对其监管力度相对室内的二次设备较小。目前，随着电力工业的迅速发展，变压器的数量和额定容量都逐渐增加。电力变压器在电力系统中的作用和地位变得越来越重要，因此加强变压器智能故障诊断和状态检修的研究是一件很有意义而且十分必要的工作。
本文在文【１１］和文［１２１的基础上进一步深入，应ｊ｛ｊ信息处理技术和人工智能技术对变压器的故障部位确定、变压器状态检修的决策支持系统进行了分析，其内容有如下几点：
１，讨论了电力变压器运行中常见的异常情况及其类型，总结了几种工程上常见的故障识别和故障性质判断方法，在文【１１］提出的变压器故障诊断系统模型的基础上，进～步深化了该系统：
２．～方面由于变压器故障征兆项目繁多和故障部位的多样使得仅仅利用神经网络难以全面确定变压器存在故障的元件，另一方面在对变压器的长期检测、维修过程中，检修人员对变压器的故障检修积累了大量的经验，这些检修经验亟待转化为故障诊断规则。因此本文尝试运用决策树ＩＤ３算法确定变压器故障部位，该方法基于熵值理论，利用常规电气试验的结论，借鉴现场运行、诊断经验，结合变压器的外部信息，形成变压器故障部位诊断的规则：
３．初步诊断出变压器故障之后，专家一般就要对变压器检修方式提出若干意见和建议。变压器的检修工作是一个涉及经济利益、社会影响等的复杂的问题。由于牵涉的因素较多，决策者常常难以作出正确的选择，为此本文利用层次分析法建立一个狭策支持系统，它能够从多个预选方案中选择适当的检修方案，给决策人员有益的理论支持，实现电力设备的状态检修；
４．运用ＪＡＶＡ技术，实现了一个电力设备预防性试验管理系统，能够管理电气设备台帐、预防性电气试验记录，预测变压器油中气体的含量，并能根据在线检测和预防性电气试验记录对设备进行故障诊断。该软件包基于企业内部的ｌｎＩｒａｎｅｔ网络，采用Ｃ／Ｓ结构。
具有可移植性强、维护方便、便于扩充等特点。
关键词：熵、故障诊断、决策树、状态检修、决策支持系统、层次分析法
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｍａｆｅｕｓｕａｌｌｙｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｕｔｄｏｏｒｓ，ＩｎｍｏｓｔＣａＳｅＳ，ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓａｒｅｏｐｅｒａｔｅｄｃｅａｓｅｌｅｓｓｌｙａｌｌｄａｙｗｉｔｈｏｕｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂｙｈｕｍａｎｉｎｂａｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｏｕｔｄｏｏｒｓ，ｔｈｅｙａｒｅｍｏｎｉｔｏｒｅｄｌｅｓｓｔｈａｎＳｅｃｏｎｄａｒｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｗｈｉｃｈａｒｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｄｏｏｒｓ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓａｒｅｇｒｏｗｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒ，ｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌａｎｄｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂａｓｅｄｍａＩｎｔｅｎａｎｃｅ（ＣＢＭ）．ＴｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｅｐｌｙａｎａｌｙｚｅｓｅＴｈｅｓｉｓｌｌａｎｄＴｈｅｓｉｓ１２．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄａｒｔｉｆｉｃｉａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅａｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓａｎｄｄｅｃｉｓｉｏｎｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｂａｓｅｄｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＴｈｅｍａｊｏｒｃｏｎｔｅｎｔｓⅪｅｓｈｏｗｎａｓｆｏＢｏｗｓ：
１、ｎｌｅａｂｎｏｒｍａｌｉｔｙａｎｄｉ乜ｔｙｐｅｔｈａｔｉｓａｖａｉｌａｂｌｅｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｔｉｓｎｏｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｅｘｊｓｔｓｅｖｅｒａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｕｓｅｄｆｏｒｆａｕｌｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｆａｕｌｔｐｒｏｐｅｒｔｙｊｕｄｇｍｅｍ．ＴｈｅｔｒａｒｔｓｆｏｒｍｅｒｓｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｂｙＴｈｅｓｉｓ８ｉｓｄｅｅｐｅｎｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ；
２、Ｏｎｅｓｉｄｅｄｕｅｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｆａｕｌｔｓｉｇｎａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏ
ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｃｏｎｆｉｒｍｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆａｕｌｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
ｏｎｌｙｕｓｉｎｇｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅｏｔｈｅｒｓｉｄｅ
ａｂｕｎｄａｎｔｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｉｓａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅＩｏｎｇ－ｔｅｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｈｅｓｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｉｎｔｏｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｒｕｌｅｓ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｔｒｙｔｏａｐｐｌｙｄｅｃｉｓｉｏｎｔｒｅｅＩＤ３ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｔｏｃｏｎｆｉｒｍｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆａｕｌｔｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｔｒｏｐｙｔｈｅｏｒｙ，ｉｎｖｉｒｔｕｅｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ａｐｐｌｙｉｎｇｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｕｔｉｎｅｅｌｅｃｔｒｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｕｓｉｎｇｅ）（ｔｅｒｉｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｆｏｒｍｓｔｈｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｒｕｌｅｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；
３、Ａｆｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｕｓｕａｌｌｙｅｘｐｅｒｔｓｎｅｅｄｔｏｂｒｉｎｇｆｏｒｗａｒｄｓｏｍｅｏｐｉｎｉｏｎｅｎｄａｄｖｉｃｅａｂｏｕｔｔｈｅｍａｉｎｔａｉｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｉｓａｃｏｍｐｌｅｘｊｏｂｔｈａｔｉｓｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｅｃｏｎｏｍｉｃｐｒｏｆｉｔ，ｓｏｃｉｅｔａｌｅｆｆｅ咄ｅｔｃ．ＤｕｅｔｏｉｎｖｏＩｖｅｄｉｎｔｏｏｍｕｃｈｆａｄｏｒＳ，ｉｔｉｓｖｅｒｙｄｉ嫡ｃｕｌｔｆｏｒｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｅｒｔｏｍａｋｅａｃｏｒｒｅｃｔｃｈｎｉｃｅ．ＴｈｅｒｅｆｅｒｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓａＤｐｌｉｅｓａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ）ｔｏｓｅｔｕｐａｄｅｃｉｓｉｏｎｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍ．１１１ｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎｃｈｏｏｓｅｔｈｅｂｅｓｔｓｃｈｅｍｅｆｒｏｍｍａｎｙｐｒｉｍａｒｙｓｃｈｅｍｅｓ，ｇｉｖｅｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｋｅｒｈｅｌｐｆｕｌｔｈｅｏｒｙｓｕｐｐｏｒｔ．
４、ＡｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｉｔｈＪＡＶＡｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎｍａｎａｇｅｔｈｅｎａｍｅｐｌａｔｅｄａｔａ，ｆｏｒｅｃａｓｔｔｈｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｇａｓｅｓｉｎｏｉｌｃｏｎｔｅｎｔ，ｄｉａｇｎｏｓｅｆａｕｌｔｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｏｎ－ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ｔｔｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｏｎｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅＩｎｔｒａｎｅｔａｎｄｉｓｔｒａｎｓｐｌａｎｔａｂｌｅ，ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅａｎｄｅａｓｙｆｏｒｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｎｔｒｏｐｙ、ＦａｕｌｔＤｉａｇｎｏｓｉｓ、ＤｅｃｉｓｉｏｎＴｒｅｅ、ＤｅｃｉｓｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔＳｙＳｔｅｍ
ＣｏｎｄｉｔｉｏｎＢａｓｅｄＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅ、ＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ
学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名：堑Ｚ塑日期：丝；习
，
关于学位论文使用授权的说明
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签名：堑２１鱼导师签名：２兰：！兰日期：。坚里
第一章绪论
§１．１课题研究的背景、意义及研究方向
随着科学技术的发展，电力系统及其设备日益朝着高电压、大容量、系统化和自动化的方向发展，系统的组成和结构越来越复杂，单个设备的重要性不言而喻。对电力系统运行的基本要求中首要的就是保证安全可靠地持续供电。由于设备的故障而带来供电的中断将使生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失…。因此设备安全可靠的运行显得尤为重要。
电力系统运行的要求推动了电力设备的状态监测和故障诊断技术的发展。电力设备故障诊断技术是了解和掌握设备运行状态，区分、识别设备的异常表现，早期发现设备潜在故障的技术。它对保障设备安全运行，预防事故有着重要意义。
设备的运行是一个动态过程。从投入运行到寿命中止，大多数重要的电力设备都要进行维护。上个世纪初，由于状态监测和故障诊断技术的限制，加上电力设备本身的技术水平和复杂程度比较低，业界都采用事后维修体制对设备进行维护，也就是我们常说的“坏了才修”。随着社会化大生产的发展，设备故障对生产和生活的影响越来越大，事后维修体制已经不能适应社会生产和人们生活的需要，这时就出现了定期预防性检修，即事先安排好设备的检修周期，到期就停掉设各进行检修。定期预防性检修体制对设备的可靠性的提高起到了很大作用，在很长时间里有着积极作用．目前我国大多还是采用这种检修体制。但是，毋庸置疑，这种检修体制还是存在着缺陷。它无法考虑到设备的具体情况，而且由于电力系统的供电可靠性要求，制定的检修周期往往比较保守，以至于出现不必要的停机与过度维修，造成人力物力的浪费，此外由于没有状态监测和故障诊断技术的指导，这种检修往往带有很大的盲目性，有时会造成“该修的没修好．不该修的修出毛病”。因此，在状态检测与故障诊断技术日益成熟之际，预防性检修也开始逐步向～种新的检修体制——状态检修过渡。
§１．２电力设备状态监测与故障诊断技术
§１．２．１故障机理研究
故障机理研究的目的是为了了解故障形成和发展过程的原理，掌握故障的内在本质及特征，只有充分了解了被诊断对象的工作原理和易损件的失效机理是搞好故障诊断的必要条件，其研究方法依赖于相关的基础学科。故障机理分析一般需要做大量的实验，通过宏观观察，微观分析、化学分析和归纳综台。本文将比较全面的从故障机理的角度介绍电力设各的故障原因以及常用的检测方法，为后面的故障诊断及状态检修作了必要的准备。
§１．２．２离线预防－陛试验
电力设备预防性试验始于上世纪初，即对设备采用规定检修周期、定期停电检修的方法。离线预防性试验中的试验项目很多，主要分为两类：一类是电气量的测试，包括检测绝缘电阻、介质损耗角正切值、泄漏电流等等，另一类是非电量的测试，如油中气体含量。目前，
这些预防性试验项目的泓试是保证电力设备安全运行的主要手段。
§１．２．３在线监测
不言雨喻，定期预防性试验也存在着一些不足，首先：停电试验时，试验电压可能远远低于设备的实际工作电压，以至于发现设备缺陷的可能性大大降低。其次：预防性试验试验周期短则数月，长则数年，对于存在严重缺陷的设备，试验周期显得太长，难以及时发现问题。
相对于离线的预防性试验项目而言．在线状态检测主要是测取与设备有关的状态信号。状态信号是故障信号的主要载体，也是诊断的重要依据。它包括信号测取、中间变换、数据采集三个过程。
在线监测技术在电力设备故璋诊断中应用时间还不长，目前比较成熟的在线监测设备有局部放电、变压器油中氢气和微量水的在线监测等。这些状态参数的监测系统一般都采用了传感器、数据采集装置和计算机等设备¨【。
§１．２．４状态监测与故障诊断技术的发展
前述的监测和测试技术只是提取了设备的信息，故障诊断的另一个重点就是如何利用监测和测试技术取得的数据进行分析，准确地判断出故障的类型、原因和部位。
人工智能技术是对信息的吸收和加工处理，从代表性的简单数值计算发展到模拟人脑对不确定性的辨认、思考、预测、优化和决策等方法。随着计算机技术的高速发展，智能技术也得到了新的发展，形成了应用广泛的智能计算，包括模糊方法、时序分析法和遗传算法等。这些智能计算和专家系统、神经网络、自学习等技术以及数理统计等常规计算密切结合、相互补充，在许多领域取得了有益的成果。
将人工智能技术与变压器的离线试验相结合对变压器进行故障诊断，国内外许多专家学者已经做了许多有益的工作，也取得了许多成果。目前在这～领域运用较多的的智能技术有：专家系统、模糊数学、人工神经网络、遗传算法、多元统计分析、决策树等，尤其是人ｎ－ｉ，经网络方向的研究最为活跃【６Ｊ【，Ｊ１８１。
§１．３电力设备状态检修技术
§１．３．１检修体制的演变
检修观念的演变经历了２个阶段：事后维修和预防性维修。
事后维修（ＢＭ，ｂｒｅａｋｍａｉｎｔｅｎｃｅ），也称故障检修（ＣＭ，ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ），是最早的检修方式。这种检修方式以设各出现功能性故障为判据，在设备发生故障且无法继续运行时才进行维修。显然，这种应急维修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设备或人身安全，而且维修不足。
到第二次产业革命时期，开始推行预防性检修口Ｍ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ），预防性检修经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同丽出现以下几种检修方式（１）定期检修（ＴＢＭ，ｔｉｍｅｂａｓｅｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ），也称计划检修（ＳＭ，ｓｃｈｅｄｕｌｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）。这
种检修方式以时间为依据，预先设定检修工作内容与周期。定期检修制度是从二战之后被各国陆续从军事工业移植到民用工业的。我国电力工业的定期检修制度是２０世纪５０年代从苏联引进的。直到８０年代，ＴＢＭ仍是主流的维修制度。定期检修制度在保证重大机械设备正常工作中起到了直接防止或者延迟故障的作用，但是这种不根据设备的实际状况，单纯按规定的时间间隔对设备进行相当程度解体的维修方法，将不可避免地会产生“维修过剩”，不但造成设备有效利用时间地损失和人力、物力、财力的浪费，甚至会引发维修故障。据统计，１９９６年我国的１００ＭＷ、１２５ＭＷ、２００ＭＷ火电机组非计划停运与出力降低的责任原因，分别有３６％、３１％和４１％是由于这种过剩检修造成的ｐＪ。此外，由于生产技术的发展，产品质量不断提高，相关设备从设计优化到制造工艺全过程实行质量管理，可靠性大大提高，同时现场安装工艺的规范化，检测技术和手段的完善，遗留给运行部门的隐患减少，这就使得定期检修制度中的相关检修导则显得较为不合实际情况。
以在电力系统中具有重要地位的设备——变压器为例，“变压器检修导则”规定：１ｌＯｋＶ及以上变压器投运五年进行大修一次，以后每过１０年必须迸行大修；检修工期为３０天；检修费用ｌｌＯｋＶ变压器约ｌｏ万元．２２０ｋＶ变压器约２０万元。检修期间不但要投入大量的人力物力和财力，而且检修时间长。大大降低了供电的可靠性，对电网的安全，稳定、经济运行带来了严重威胁。根据某省电力公司的调查统计¨ｌ，该局现有的１１０ｋＶ～２２０ｋＶ主变压器约有４４３台，其中１ｌＯｋＶ主变压器３３４台，已到规定５～ｌｏ年检修周期的分别占５４％和１８％。２２０ｋＶ主变压器１０９台。已达规定５～１０年检修周期的分别占５４％和４５．９％，如表１－Ｉ所示：
表１．１ｌｌＯ～２２０ｋＶ变压器按规定检修情况
电压等级５年期大修１０年期大修总台数
未修已修未修已修
１１０ｋＶ１５５２６４２１８３３４
２２０ｋＶ５６３３２１８１０９由表卜１可知，１ｌＯｋＶ变压器５年规定已大修的仅占未修的１６．８％；按照１０年规定已大修的占未大修的４２．８６％。２２０ｋＶ变压器按５年已大修的仅占未修的５＿３％，按１０年规定已大修的约占未修的５６．２％。实践表明，现场对５年期进行第一次大修，已趋淡化。
（２）以可靠性为中心的检修（ＲＣＭ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｃｅｎｔｅｒｅｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）。ＲＣＭ是一种以用最低的检修费用来实现机械设备固有可靠性水平为目的的检修方式。该检修方式能比较合理地安排大修间隔，有效预防严重故障的发生。ＲＣＭ的研究始于２０世纪６０年代后期，电力工业则是从１９８３年开始研究，并于１９８４年由美国电力研究院将其用于核电站的检修。
（３）炊态检修（ＣＢＭ，ｃｏｎｄ讴ｏｎｂａｓｅｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ），也称预知性维修（Ｐ瑚嗵，ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）。
可以简单定义如下：在设备状态评价的基础上，根据设备状态和分析诊断结果安排检修时间和项目，并主动实施的检修方式，称为状态检修１４】。
这种维修方式以机械设备当前的实际工作状况为依据，通过高科技状态检测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位，故障严重程度及发展趋势作出判断，从而确定各机件的撮佳维修时机。状态检修是当今耗费最低、技术最先进的维修制度，它为设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。
§１．３．２国内的状态检修发展状况
我国发供电设备基本上还是沿用２０世纪５０年代的计划检修模式，这已经远远不能满足电厂现代化管理的要求，所以近些年来，国内一些网局的科研院所纷纷开展状态检修技术的研究：另外，我国于１９８７年颁布的《全民所有制工业交通企业设备管理条例》中明确规定“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术现代化”，原电力部颁布的《发电厂检修规程》中也指出“应用诊断技术进行预知维修是设备检修的发展方向，各主管局可先在部分管理较好且维修技术资料完整的电厂进行试点积累经验，逐步推广”。可见，开展状态检修技术研究是一项势在必行的工作，是检修技术发展的方向。国家电力公司为了推动我国电力行业状态检修技术的研究，批准华北电力科学研究院和西安热工研究院联合开展了“火力发电机组的状态检修技术研究”：国内其它一些网公司和省公司对状态检修也都十分重视，相应的电科院或试研所也都不同程度地开展了一些状态检修的试验研究工作，但大多停留在调研或起步阶段１３１【４ｌ【”。
§１．４状态监测与故障诊断和状态检修的关系
社会生产的需要推动了状态监测与故障诊断技术的发展，同时对检修体制提出了更高的要求，而状态监测与故障诊断技术的日益深入和发展又为这种要求实现提供了可能性。状态检修体制是建立在对设备比较完善的状态监测与故障诊断的基础上，只有对设备的运行状态有一个比较全面的了解，才有可能对设备实施状态检修１６１。
§１．５本文的主要工作
本文的部分工作建立在文【１１］的基础上的，文【１１］的主要关注的是设备的状态监测与故障诊断，本文在该系统基础上进一步深化。将设备状态检测与故障诊断和状态检修决策支持结合起来，提出了～个集故障诊断和检修决策支持于一体的系统，其内容如下：
Ｉ．以变压器为例，介绍了电力设备故障诊断方法的原理和内容以及它们各自的特点，为应用故障诊断技术奠定基础；
２．文［１１】对变压器故障性质的研究比较深入，采用了基于分级聚类的径向基函数神经网络学习算法，对变压器故障类型进行了分类，从实际应用来看，取得了较好的效果。但是在对变压器故障部位进行确定的研究中还有待进一步深入。本文在文【１１１的基础上，引入基于熵值理论的变压器故障部位诊断算法，进一步确定变压器故障部位，使得变压器故障诊断系统更加完善；
３．在基本确定变压器故障状况的基础上，本文接着介绍了决策支持技术中的层次分析法的概念，并将它引入电力设备状态检修技术中，利用状态监测与故障诊断子系统的内容，形成～个状态检修决箢支持系统，使得变压器状态检修技术走上实用化的道路。
第二章电力变压器故障诊断方法
§２．１引言
电力系统运行中的大型电力变压器，在电、热、化学、电动力的作用下．绝缘逐渐老化。据统计，变压器运行维护不良造成的事故约占事故总数的一半。变压器是电力系统最重要、最昂贵的大型设备，若它发生故障，不但所需的修复时问长，而且将会引致大面积停电事故以致引起严重社会、经济后果，所以提高变压器的运行维护和技术管理水平就成了保障供电可靠性的重要手段。
作为一种重要并且典型的电网设备，本文将以电力变压器为例。研究电力变压器的状态检修技术，本章主要介绍电力变压器的结构和现有的电力变压器故障诊断手段和方法，为后继的电力变压器故障诊断算法奠定基础。
§２．２油浸式电力变压器简介
变压器有不同的使用条件、安装地点，有不同的电压等级和容量级别，有不同的结构形式和冷却方式，所以种类很多，从电力变压器所包含的类型来看，大型电力变压器都是油浸式的，在电力系统中占有根重要的地位，所以本文着重讨论油浸试电力变压器。
油浸式电力变压器是由铁芯、绕组、变压器油、油箱、绝缘套管装置、冷却装置和保护装置等组成，其主要结构如图２－１所示。
油
浸
式
电
力
变
压
器
全气道、吸湿器、继电器等）
等）
图２一ｌ油浸试电力变压器结构
§２．３电力变压器故障分类
油浸式电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种Ｉｌ“。变压器运行管理人员主要关注变压器的内部故障，因此，故障诊断的重点也是针对起内部故障，内部故障主要类型有：各项绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或者引出线通过外壳发生的接地故障等。从性质上来分，内部故障一般又可以分成热故障和电故障两大类。热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高。根据其严重程度，热故障常被分为轻度过热（一般低于１５０℃）、低温过热（１５０～３００℃）、中温过热（３００～７００℃）、高温过热（一般高于７００。Ｃ）四种故障情况。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。根据放电的能量密度的不同，电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。
变压器故障涉及面较广，如从回路划分主要有电路故障、磁路故障和油路故障。从变压器的主体结构上来分又可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障和附件故障。而工程人员一般习惯根据变压器常见的故障易发区位划分变压器故障，如绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障等，所以很难用～种范畴规范划分变压器故障类型，本文按照变压器结构区分介绍以下几种故障类型。
Ｉ、出口短路故障
电力变压器正常运行中由于受短路故障的影响，遭受损害的情况较为严重。变压器出口短路时，高、低压绕组可能同时通过额定电流数十倍的短路电流，它将使变压器严重发热．有可能使得变压器绝缘水平下降。另外，当变压器受到短路电流冲击时，如果继电保护动作不及时甚至拒动，将使得绕组产生严重变形甚至损坏绕组。
２、绝缘故障
电力变压器的绝缘是变压器绝缘材料组成的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料的寿命决定的。实践证明，大多数变压器的损坏和故障都是因为绝缘系统损坏而造成的．因绝缘故障形成的事故约占全部变压器事故的８５％以上。
油浸式变压器的主要绝缘材料是绝缘油及固体绝缘材料绝缘纸、纸板和木块等。变压器绝缘老化就是这些材料受到温度、湿度、过电压等因素的影响而发生分解，降低或者丧失了绝缘强度。
３、绕组故障
变压器的绕组都是由带绝缘层的绕组导线按照一定排列规律和绕向，经绕制、整形、浸烘、套装而成。由于生产、运输、运行过程中的某些原因致使绕组绝缘受到损伤、老化、劣化，造成绕组的短路、断路、变形等故障，进而弓｛发变压器的过热、局部放电、电弧放电。４、铁芯故障
变压器铁芯故障主要集中在铁芯接地。正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地。如果没有接地，则铁芯对地的悬浮电压会造成铁芯对地断续性击穿放电，铁芯～点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能。但当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，并造成铁芯多点接地发热的故障。铁芯多点接地会造成：在铁芯中产生涡流，铁耗增加，铁芯局部过热，长时间未处理，会导致油及绕组也过热，使油纸逐渐老化，长时问的多点接地，会使变压器油劣化分解而产生可燃气体，使气体继电器动作，造成停电事故；
除上述几种常见故障类型，还有像油箱密封不良、冷却装置故障、分接开关故障等外部故障，这些故障通常会在变压器内部诱发相应的故障，可以为检测试验发现。
第二章电力变压器故障诊断方法
§２．４电力变压器故障检测技术
变压器故障检测技术是准确诊断故障的主要手段，根据ＤＬ／Ｔ５９６．１９９６电力设备预防性试验规程的试验项目及试验顺序，主要包括油中气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损耗角、油质检测、局部放电检测及绝缘耐压试验”“。目前对变压器的检测是以离线检测为主，在线监测为辅的方式。
油中溶解气体分析法可以有效地检测变压器内部的潜伏性故障及其发展程度，因此成为电力运行部门和变压器制造厂普遍采用的变压器油质最分析项目。在１９９６年我国颁布的电力设备预防性试验规程中【“】，变压器油的色谱分析放在了首要位置，因此下面单独列出一小节介绍这种方法。
§２．４．１油中溶解气体分析（ＤＧＡ）
油中溶解气体分析是指检测溶解在油中各种气体的含量及其增减变化规律。它的基本原理是基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度而变化，即在某一较高温度下，通常有
某一种气体的产气率最大。随着温度的升高，产气率最大的气体依次是甲烷ＣＨ。、乙烷Ｃ２风、乙烯ｃ２Ⅳ。和乙炔ｃ２吼。因此，故障温度和油中气体含量之间存在着对应关系。§２．４．１．１故障特征气体的来源
变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质，并分解出极少量的气体（主要包括氢气Ｈ２、甲烷明。、乙烷Ｃ２吼、乙烯ｃ２Ｈ。、乙炔ｃ２吼、一氧化碳ＣＯ、
＝氧化碳ＣＤ，等多种气体）。当变压器内部发生过热性故障、放电性赦障或者内部绝缘受潮时，这些气体的含量会迅速增加。对应这些故嫜所增加含量的气体成分见表２—１。
表２－１故障类型及对应增加的气体成分
故障类型主要增加的气体成分次要增加的气体成分
油过热ＣＨ４、Ｃ２乩日２、Ｃ２日６
油纸过热ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、ＣＯ、ＣＯ：Ｈ２、ｃ２Ｈ６
油纸中局放
Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、ＣＯＣ２Ｈ６、Ｃ０２油中火花放电Ｃ２Ｈ２、Ｈ２
油中电弧日２、Ｃ２Ｈ２ＣＨ４、Ｃ２凰、Ｃ２日６
油纸中电弧
符２、Ｃ２Ｉ－１２、ＣＯ、Ｃ０２ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ⅳ６受潮或油有气泡日２
§２。４．１．２故障的发现
一般情况下，变压器油中是含有溶解气体的，新油含有的气体最大值约为ＣＯ一１００肛／Ｌ，Ｃ０２—２００ａｚ／Ｌ，Ｈ２—１５肛／Ｌ，ＣＨ４—２．５肛／Ｌ。运行油中有少量的ＣＯ
和烃类气体。但是当变压器有内部故障时油中溶鳃气体含量就大不相同了。变压器内部故障时油中产生的各种气体成分可以从变压器中取油样经脱气后用气象色谱分析仪分析得出。根据这些气体的含量、特征、成分比值（如三比值法）和产气速率等方法判断变压器内部故障。
但是实际应用中不能仅仅根据油中气体含量简单作为划分设备有无故障的唯一标准，而应该结合各种可能的因素进行综合判断。为此电力设备预防性试验规程ＤＬ门５９６－１９９６专门列出油中溶解气含量的注意值，如表２－２。
表２－２规程中对油中溶解气体含量的注意值
气体圩２ＣＨＩＣ２Ｈ６Ｃ２片４Ｃ２日２总烃
正常极限，正／工１５０２５３５６５５’１５０
?（５００ｋＶ变压器为１）。
规程要求，对运行设备的油中氢气与烃类气体含量超过了表２－２中注意值，应该跟踪它们的发展，以确定是否存在故障。
§２．４．１．３三比值法确定故障类型、性质
所谓三比值法实际上是通过计算ｃ２凰，ｃ２乩、ＣＨ４／Ｈ２、Ｃ２月４／ｃ２Ｈ６，将选用的
五种特征气体构成三对比值，在相同的情况下将这些比值以不同的编码表示，如表２－３所示。根据测试结果计算得出编码，并把三对比值换算成相应的编码组，然后就可以查表找出对应的故障类型和故障性质，如表２．４所示。
表２－３ＩＥＣ三比值法编码规则和分类
比值范围编码
｝特征气体的比值
ｃ２凰／Ｃ２Ｈ４ＣＨ４／Ｈ２Ｃ攀４｜Ｃ２Ｈ６＜Ｏ．１Ｏ１Ｏ
ｏ．１～１１００
１～３１２１
＞３２２２
表２－４ＩＥＣ三比值法故障性质对照表
序号故障性质Ｃ２Ｈ
２７Ｃ２Ｈ
４ＣＨ４／Ｈ２
ＣｚＨ４／Ｃ２Ｈ
ｂ
０无故障０Ｏ０
１低能量密度的局部放电０ｌＯ
２高能量密度的局部放电ｌｌ０
３低能量放电④ｌ一２ＯＩ一２
４高能量放电１０２
５低温过热（＜１５０℃）②００ｌ
６低温过热（１５０～３００＇ｃ）③Ｏ２ｏ
７中温过热（３００～７００＇ｃ）０２ｌ
８高温过热（＞７００℃）④Ｏ２２
注：
①随着火花放电强度的增长。特征气体的比值有如下增长趋势：Ｃ２Ⅳ２／Ｃ２Ｈ４从Ｏ．１～３增加到３以上
Ｃ２Ｈ４／Ｃ２Ｈ６从ｏ．１～３增加到３以上。
②在这一情况下，说明了Ｃ２以：Ｃ２风比值的变化，气味主要来自固体绝缘的分解。
③这种故障情况通常由气体浓度的不断增加来反映。（Ｈ。／Ⅳ，的值通常大约为１，实际值大于或小于１
与很多因素有关ｔ如油保护系统的方式，实际的温度水平和油的质量等。
④Ｃ２Ｈ２含量的增加表面热点温度可能高于１０００＂Ｃ。
应用三比值法应当注意的问题：
１）对于油中各种气体含量正常的变压器，其比值没有意义。
２）只有油中气体各成分含量超过了注意值，经过综合分析确定变压器内部存在故障后，才能迸～步用三比值法分析其故障性质。
３）由于每一种故障对应于一组比值，所以对多种故障的变压器，可能找不到相应的比值组合。
４）实际应用中可能会出现没有列入的三比值组合，这时就要综合分析以确定故障类型。５）三比值法不适用于气体继电器中收集的气体分析判断故障类型。
ＩＥＣ三比值法虽然可以简单、有效的判断变压器的故障，但是，它存在着一些如上述列出的不足：而且，三比值法只能大致判断出故障的性质，无法确定故障发生的部位，因而无法提出具有针对性的维修措施以迅速排除故障。
§２．４．２电力变压器的其他预防性试验
根据文【１４】的规定，电力变压器的预防性试验项目有以下项目，如表２－５所示
表２－５电力变压器预防性试验项目
１油中溶解气体色谱分析１７局部放电测量
２绕组直流电阻１８有载调压装置的试验和检查３绕组绝缘电阻、吸收比或（和）极化指数１９测温装置及其二次同路试验４绕组介质损耗因数２０气体继电器及其二次回路试验５电容型套管的介质损耗因数和电容值２１压力释放气校验
６绝缘油试验２２整体密封检查
７交流耐压试验２３冷却装置及其二次回路检查试验８铁芯（有外引接地线的）绝缘电阻２４套管中的绝缘试验穿心螺栓、铁轭夹件、绑扎钢带、铁芯、
９２５全电压下空载合闸线圈压环极屏蔽等的绝缘电阻
１０油中含水量２６油中糖醛含量
１１油中含气量２７绝缘纸（板）聚合度１２绕组泄漏电流２８绝缘纸（板）含水量１３绕组所有分接头的电压比２９阻抗测量校核三相变压器的组别和单相变压器极
１４３０振动
性
】５空载电流和空载损耗３ｌ噪声
１６断路阻抗和负载损耗３２油箱表面温度测量
其中油中色谱分析前面着重介绍过，故以下介绍其他重要的预防性试验项目Ｉｌ”。
１．绕组直流电阻
绕组直流电阻检测在变压器所有试验项目中是一项较为方便而且有效地考核绕组纵绝
缘和电流回路连接状况的试验，它能够反映绕组匝问短路、绕组断股、分接开关接触状态以
及导线电阻的差异和接头接触不良等缺陷故障，也是判断各相绕组直流电阻是否平衡、调压
开关档位是否正确的有效手段。绕组的直流电阻可以简单地用电压表一电流表法测量，更为
准确的测量可以采用惠斯登或凯尔文电桥进行测量。当三相的直流电阻不平衡时，则可能是
绕组出现了匝间断路或短路故障，或是绕组并联支路的引线头出现了开焊故障。
２．绝缘电子和吸收比
绝缘电阻可以用于判断变压器绝缘受潮的严重程度以及绝缘内部是否存在绝缘缺陷等。
由于电气设备多层绝缘的“吸收现象”，绝缘电阻的大小会随时间发生变化。对于大多数的
变压器，在６０秒后试验电流基本趋于稳定，因此，６０秒时的绝缘电阻值‰常用来检测变
压器的绝缘整体受潮、污秽或贯穿性缺陷等。
由于绝缘电阻值与试验温度、湿度和绝缘的结构尺寸、材料都有关系．因此单纯以绝缘
电阻的绝对值来检测绝缘质量并不十分可靠，通常，应用吸收比Ｋ这一概念来反映绝缘的
情况，Ｋ的定义为
芷：＿Ｒ６０式（２．１）
Ｒ１５
对于不均匀的绝缘材料，如果绝缘状况良好，则吸收现象将比较明显，Ｋ值便大于１。
如果绝缘状况不好，如受潮严重或绝缘内部有集中性的导电通道，Ｋ值便接近于１。所以，
利用吸收比Ｋ值的大小，可以有助于判断绝缘状况的好坏。
对于一些比较大型的电气设备，如大型电力变压器和大电机等，由于绝缘的电容值较大，
吸收时间延长，因此还采用１０分钟和１分钟时的绝缘电阻之比，即极化指数Ｒ６０。，‰ｏ来判
别绝缘状况，这在一定程度上弥补了吸收比的不足，提高了绝缘电阻测量的有效性。
实践证明，用吸收比氏栅ｔｔｓ来检测变压器绝缘质量，其数值分散性比较小，可靠性也比较高。
３．介质损耗因数试验
介质损耗因数测定是变压器的出厂试验之一，是判断变压器绝缘工艺质量较为重要和较为有效的方法之一。通过测量介质损耗因数，可以反应出绝缘的一系列缺陷：如绝缘受潮，油或浸渍物脏污或老化变质，绝缘中有气隙发生放电等。介质损耗因数是反映绝缘功率损耗大小的特性参数，它与绝缘的体积大小无关。但是如果绝缘内的缺陷是分布性而不是集中性的，那么介质损耗因数的反映有时就不灵敏了。披试绝缘的体积越大，或者集中性缺陷所占的体积越小，则介质损耗因数就越不灵敏。因此，对于电机、电缆一类的电气设备，由于运行中故障多为集中性缺陷发展所致，而且绝缘体积较大，介质损耗因数的效果就较差，而对于变压器套管一类的电气设备，体积较小，利用介质损耗因数不仅可以反映套管绝缘的全面情况，而且有时可以检查出其中的集中性故障。
在通过介质损耗因数的值来判断绝缘状况时，必须同样着重于与该设备历年的介质损耗因数值相比较以及和处于同样运行条件下的同类型设备比较。即使介质损耗因数值未超标，但如果和过去眈或与同类设备比明显增大，也必须进行处理，以避免可能存在的故障。４．泄漏电流试验
泄漏电流在本质上也是测量绝缘电阻，但是测量泄漏电流所用的电压比测量绝缘电阻时要高，因此可以发现一些尚未贯通的集中性缺陷。良好的绝缘中，泄漏电流随加压时间下降很快，最后稳定的电流很小，而受潮或有缺陷的绝缘，泄漏电流变化缓慢，最后稳定的电流也很大，所以通过分析泄漏电流与加压时间的关系曲线，可以分析出绝缘状况的好坏。通常为了简化试验，只测量施加电压后１５秒时的电流Ｉｌ５和６０秒时的电流１６０Ｊ用吸收比１６０／１１５来表示绝缘的优劣，吸收比大，说明绝缘良好。
５．铁芯接地电流
变压器铁芯多点接地是一种很常见的故障。测量铁芯的绝缘电阻，是一种很有效的检测铁芯多点接地故障的方法，实践表明，在变压器正常运行情况下，铁芯的绝缘电阻要求与以前测试结果比较无显著变化，而且要求运行中铁芯接地电流不大于０．１Ａ。可以用钳形电流表检测变压器铁芯外接地套管的接地引线上的接地电流，以便判断是否存在铁芯多点接地故障。
６．局部放电
局部放电是指电气设备绝缘中的一种区域放电现象．它对绝缘结构起一种侵蚀作用，当局部放电发展到一定程度时，会导致整个绝缘结构的击穿。局部放电量是反映绝缘内部缺陷的一项重要指标。试验研究表明，超高压变压器在工作电压下的长期运行寿命与其绝缘中有无局部放电密切相关，即局部放电越弱，则正常运行寿命越长。变压器的局部放电故障可能发生在任何电场集中或绝缘不良的部位，如固体绝缘材料或变压器油中的气泡，高压绕组静电屏出线，高电压引线，相间围屏以及绕组匝间等处。严格来说，变压器内部总存在程度不同的局部放电。这是～种尚未贯通电极的放电，如果涉及固体绝缘，严熏时会在绝缘上留下痕迹，并最终发展为电极间的击穿。局部放电测试包括电气法和超声波法，测试应尽量按照国家标准规定的加压方法，使变压器主、纵绝缘均承受较高的电压，使放电缺陷明显的暴露出来。而超声波法还能帮助确定放电的位置。
§２．４．３在线检测技术
电气设备预防性试验一般都是定期进行的，对设备的实际工作状况没有作具体的考虑。因此可能出现在设备工作状况良好的情况下不必要的停机，又有可能出现在设各出现故障时
得不到及时的维修。此外，现行的预防性试验其施加的电压一般低于设备实际运行时的电压，因此难以暴露一些实际存在的绝缘缺陷，不能反映设备在真实运行电压Ｆ的绝缘性能。
随着传感器、光纤、计算机技术的发展，利用运行电压本身来对设备绝缘进行不停电的在线监测已成为可能，电力部门在越来越多地引入电气设备的在线监测装置。在线监测测得的变压器绝缘参数更能反映设备的真实工况，而且具有快速、及时的特点，可以在故障刚刚笈生时检测到故障，防止故障进一步扩大。从电气设备不问断运行工作的角度来看，对电气设备进行在线检测可以更全面的反映设各的运行状况，从而能使运行和管理人员更容易掌握设备的运行现状””。
目前国内有关变压器的在线监测有油中气体含量在线检测、局部放电在线监测和铁芯多点接地在线监测等，下面简单介绍一１：：
１．油中气体含量在线监测
变压器中过热和放电故障都会伴随着氢气的产生，因此在线检测氢气含量是较简单的在线检测变压器的方式。一般是利用氢分子小于其他分子的性质，利用只能透过氢气分子的透膜把油中氢气从油中分离出来，再利用氢敏元件或者是电桥配合无焰燃烧等方式，推算出油中氢气含量。
例如，ＨＹＤＲＡＮ２０１ｉ装置是加拿大一家专业公司生产的在线式变压器早期故障检测装置，由智能型传感器和通信控制器两部分组成，其工作原理是油中溶解气体经过可选择的渗
透膜进入电化学气体检测器，在检测器里，Ⅳ，、ＣＤ、Ｃ，日，、Ｃ，日．这些气体与空气中
的氧气发生化学反应后产生一个与反应速率成比例的电信号，从而检测出气体的浓度…１。目前该装置在陕西省宝鸡市供电公司下属变电站运行良好，装置检测和显示的数据稳定、准确反映灵敏，报警值准确无误。
２．局部放电在线监测
对局部放电量的测量方法可分为电测量法和非电测量法两大类。在电测量法中有脉冲电流法、电桥法以及无线电干扰电压法等，其中脉冲电流法是普遍采用的一种方法，也是ＩＥＣ标准中推荐的方法。非电测量法中有超声测量法、光测量法以及色谱分析法等。在局部放电试验中，如果测得局部放电量超过规定的标准，就需要确定放电的部位，以便着手处理。目前常用的局部放电定位方法有多端测量定位和超声定位。
当在线监测局部放电时，由于现场的干扰比较大，因此往往采用的方法是超声法。为了弥补超声法灵敏度低的阃题，目前常采用电气法与超声法结合。并放置多个探头同时进行检测，在提高准确性的同时，对电气设备内的局部放电进行定位。
例如，ＢＧＦ－２型放电故障测试仪是天津大学电力系统及自动化所研制的，原理是采用宽带甚高频检测法。该设备在东北电网使用近十年。通过监测取得了一些有参考价值的结果，为对故障综合判断提供了依据【１８１。
在线监测技术由于能快速、及时的发现故障，正日益受到人们的重视，同时，它也是实现状态检修的重要手段与基础，只有在在线数据比较完整的情况下，才能随时了解电气设备的状态，实现按设备状态进行检修。
２．５故障性质及部位的判断
变压器一旦发生故障，就需要尽快排除故障再次投入运行以减少经济损失，为了排除故障就需要确定故障的原因以及故障所在的部位。
变压器运行出线异常时，有时候可以从变压器的外表反映出来，例如声音异常、气味异常、气体继电器动作报警、变压器外壳严重过热，有时候能通过各种检测方法检测出来。一
旦检测发现变压器发生运行异常，就应该进一步进行处理，一般是通过油中气体分析确定故障类型和故障性质，确定了故障类型和故障性质之后，就要通过对变压器进行内部监测找出故障发生的部位和故障原因，进而给出解决方案。因此由油中气体分析确定故障类型和由故障信息确定故障部位，是变压器故障诊断中最重要的两步，文［１ｌ】详细分析了由油中气体分析确定故障类型的算法，并在实际中取得了较好效果，本文将在第三章具体讨论由故障信息确定故障部位的问题。
§２．６变压器故障诊断与状态检修智能系统结构
本文在文【１ｌ】的基础上进一步深化，提出了一个变压器故障诊断与状态检修智能系统。该系统结构如下图所示：
圈２－２变压器故障诊断与状态检修决策支持系统结构图
其中状态评估、状态预测决策部分在文［１２］中有比较详细的介绍，本文不再赘述，主要介绍一下几个部分：
１、变压器故障性质分类
在状态评估器判断出设备状态欠佳时，首先要判断故障性质，故障性质分类器通过色谱数据分析出该变压器的故障类型，通过判断故障类型，为下一步故障部位的确定提供依据，这一模块的实现理论依据是分级径向基函数神经网络理论。文Ｌ１１１中应用这一理论确定变压器故障性质取得了较好的效果。
２、变压器故障部位的确定
对应于某一性质的故障，可能会存在若干种元件故障，因此为了确定故障部位，就需要进行其他的检测项目，通常检修人员是进行电气试验。如果某一电气试验结果出现异常，一般来说就可以判断出某一个或某几个故障元件，结合色谱试验和其他的电气试验，就可以判断出故障元件。
由上述可知，判断变压器故障性质之后，确定变压器故障部位的难度就大大降低了。第三章利用决策树理论中的ＩＤ３分析法，提出了一个变压器故障部位判别规则的形成方法。３、状态检修决策支持子系统
现阶段状态检测和故障诊断系统一般都侧重于故障诊断结果，然而实际工作中人们不仅仅满足于得到故障诊断结果，更希望能够通过故障诊断结果进一步指导设备的检修，也就是说希望在检修中引入决策支持技术。为此，本文在第四章中引入变压器检修决策支持系统，根据前面故障诊断及预测分析的结论，兼顾安全性与经济性，辅助检修决策人员制定正确的检修计划。
§２．７本章小结
本章首先介绍了电力系统中一类典型的变压器——油浸式变压器的结构，阐述了油浸式变压器的故障类型和故障特征，介绍了几种常见的故障和工程中的检测方法、手段。在文［１１］的基础上完善了实际工程上应用的变医器故障诊断系统。并进一步提出了一个状态检修决策支持子系统，指导了故障性质的判断，故障部位的确定以及状态检修决策支持子系统的研究。
第三章应用决策树ＩＤ３算法形成故障部位诊断规则
§３．１引言
变压器发生故障时会表现出多种征兆信息，常见的有器身发烫、运行中声音异常、继电器动作、预防性试验指标超标、色谱试验异常。运行和检修人员一般都要根据这些信息迅速、准确地确定可能存在故障的元器件，从而缩短设备维修时间、提高维修成功率、保障设备的正常运行时间。但是一旦设备故障，故障信息繁杂多样，加之变压器本身元器件比较多，运行检修人员往往很难全面把握故障征兆从而确定可能存在故障的变压器元器件。为解决这些问题，人们进行了广泛的研究。
专家系统由于可以处理非数值特征，且可进行逻辑推理，因此得到了广泛的应用ｐ儿”Ｊ。但是这种方法的局限性在于其存在知识获取这一瓶颈。文［１５１利用模糊技术通过样本找出故障原因和现象之间的关系阵，在克服专家系统知识获取方面取得了进展，但是这类方法所用到的模糊隶属度函数本身属于诊断知识的范畴，该函数要依靠人工专家设定．因此有待商榷”…。而人工神经网络由于可以在样本中学习知识，与专家系统结合可望解决专家系统中存在的知识获取瓶颈问题，但是该方法的不足在于训练的收敛性问题，尤其是当样本数量众多，样本空间分布复杂的时候，Ｖ１ｌ练往往难以收敛，这样就限制了该方法的使用“”。
实际电力系统中变压器的容量、电压等级等都不尽相同，同一种故障在不同的变压器中表现出来的征兆也随之不尽相同。因此，人们希望变压器故障诊断系统能够具有自适应性和自组织能力．也就是说系统不仅仅对不同的变压器均能有效地诊断，更重要的是它可以根据诊断中获得的信息对自身的知识库进行修正，以便适应实际情况１２４１。为此，本章尝试应用决策树理论，将各预防性试验信息和变压器的外部信息结合起来，提出一个变压器常见故障部位分类的方法，确定寻找变压器故障部位的规则。
§３．２决策树ＩＤ３算法介绍
决策树是一个类似于流程图的树结构，其中每个内部节点表示在一个属性上的测试，每个分枝代表一个测试输出，而每个树叶节点代表类或类分布，树的最顶层节点是根节点。对于决策树的生成算法有很多。１９８６年Ｊ．ＲｏｓｅＱｕｉｎｌａｎ在ＭａｃｈｉｎｅＬｅａｒｎｉｎｇ发表了题为“ＩｎｄｕｃｔｉｏｎｏｆＤｅｃｉｓｉｏｎＴｒｅｅｓ”的论文，引入了著名的ＩＤ３算法，引起了很大的反响。下面就介绍这种算法并将它应用于变压器故障部位确定。
§３．２．１熵值理论介绍
为了介绍决策树ＩＤ３算法，我们有必要先了解一些相关的基本概念。
１．信息㈣
信息是一切事件、物质的某种属性的反映，人们通过它可以了解事件或者物质的存在方式和运动状态。它最普通的形式是信号、消息、数据、事实、情报，它可以交换、传递和存储，是一种能够创造价值的资源。
信息不等于消息，一条消息可能是我们已经知道的或者己经肯定的，也可能是我们预先
不知道的或者是不十分肯定的，而前者是消息，后者才是信息．从这一点来说，信息是消息中不确定性的排除。
信息不等同于知识，也不等同于情报，但信息是所有知识的来源。信息作为资源．未必都有用，只有把各种有用的信息进行系统地组织，才能成为知识。而这些知识经过反复实践、完善、提高，才形成科学知识。同样，只有将那些符合某种需要的有用信息经过组织加工才能成为情报。
数据与信息也是两个不同的概念，不能混为一谈。两者的联系是：有意义、有价值的数据才是信息，数据是信息的载体。如果说信息是内容，那么数据就是形式。
２．熵
最初熵函数是从热力学第二定律引出的。自然界所发生的过程具有单向性，即从不平挺自动变化为平衡状态。比如传热就是分子混乱的热运动强度不同而引起的热量传递，由物理学可知，传热过程即是做功的过程，因而功是有序运动，有序的运动会自动变成无序运动，其逆过程不能进行，即无序的热运动不会自动地变成有序的功，这就是热力学第二定律的基础。热力学物质系统内部的微观本质，必须在宏观性质上体现出来，这就是状态熵函数。当状态确定时，物质系统的热力学混乱度也～定，因而熵也具有确定的数值。实验证明。状态函数熵是混乱度的单增函数，两者间的定量关系可用著名的波尔兹曼（Ｂｏｌｔｚｒａａｎ）公式表述，该公式指明了熵是无序的量度，即熵增大，无序程度增加。
如果把物质系统可能出现的状态视为一随机事件，则引出了随机事件的熵的概念。一个随机变量Ｘ的熵，可以理解为在试验之前取值不肯定程度（即无序程度１的～种度量，又可以
理解为从一个试验中所期待的信息量。设一个试验有＂个结果Ｘ＝Ｘ，（ｊ＝１，２，．．，”），ｘ，发生的概率为尸，则熵就是这样的概念
当牌小时＇它的不确定性就比较大，当ｃ接近于ｌ时，它的不确定性就，Ｊ、，因龇专就是一个很好的度量。当只一。时，，ｎ专专ｍ；当只＿?时，细专＿０，于是“平均”的砌去，即按出现可能的概率大小只来加权平均，就得到平均的不确定性，即
日（ｘ）＝一∑＃，聆只式（３－１）
ｌＩｌ
称由式（３－１）定义的熵为Ｓｈａｎｎｏｎ嫡。可以证明，均匀分布的熵最大，因为此时无序性即
不确定性最大。如果我们获得了信息，此时概率分布就会改变，用日表示原来的熵，Ｈ（１１表示己知信息，后的熵，很明显，日（，）≤日，否则信息ｊ是没有意义的，信息，的作用就是使熵减少，因此信息Ｊ提供的信息量为Ｈ—Ｈ（Ｉ），即对信息量的度量。