CN102621421B - 一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法，对变压器状态进行数据采集，对采集的数据进行分类和处理，作为评估变压器状态的依据，对变压器状态进行评估，运用关联分析方法，建立变压器的综合状态量评估体系，采用单项状态量得分计算方法、变压器整体得分计算方法，对变压器状态进行评分，提出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数，计算出各个综合状态量的变权重系数，根据各综合状态量的得分与变权重系数，计算变压器状态的整体得分，根据变压器状态的整体得分情况判断变压器运行状态。其优点是，评估模型简单易于编程实现，不需要大量的状态评估样本，能够快速判断变压器的运行状态，真实反映变压器的运行状态和健康水平。

Description

一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法

技术领域

本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法。

背景技术

变压器是电力系统中最为关键的设备之一，提高变压器，特别是大型变压器的运行可靠性，无论对于整个电网的安全可靠运行，还是降低电网运行成本都具有十分重要的意义。除了在变压器设计制造过程中提高其可靠性外，更关键的是要在变压器的运行过程中提高其维护与检修水平。因此，对变压器的运行状态进行科学的评估是十分必要的。

近年来，随着状态检修理论的深入研究，状态评估技术也得到了越来越多的重视，有关变压器状态评估方法的文献、专利也不断涌现。中国专利文献公开的《基于多源信息融合的变压器评估系统及其评估方法》（申请号：200910074890.X；公开号：CN101614775A）提出了一种基于D-S证据理论融合的变压器状态评估算法，其利用D-S证据理论将油色谱分析子系统、局部放电超高频信号检测子系统、绕组变形振动信号检测子系统以及电流互感器检测子系统所使用的检测方法所得的检测结果融合起来评判一台被测变压器的运行状态。这种方法存在两个问题：一是用于状态评估的参量太少，仅包括四个方面的状态信息，不能完全反映变压器的运行状态；二是在评估时将变压器失效因素与在其作用下设备表现出的特征指标区别对待，但实际上两者并非孤立，而是存在一定的联系。因此，这种评估方法对变压器的评估结果与其真实状况是有差距的，不能真实有效的反映变压器状态的健康水平。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的存在的不足，提出一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法，其可准确地反映变压器的真实运行状态与健康水平。

本发明的技术解决方案是，对变压器状态进行数据采集，对采集的数据进行分类和处理，作为评估变压器状态的依据，其特征在于：对变压器状态进行评估，采用关联分析方法，建立变压器的综合状态量评估体系，采用单项状态量得分计算方法、变压器整体状态得分计算方法，对变压器状态进行评分，提出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数，计算出各个综合状态量的得分与变权重系数，根据各综合状态量的得分与变权重系数，计算变压器状态的整体得分，根据变压器状态的整体得分情况判断变压器运行状态，其基本步骤如下：

1）进行数据采集，获取跟变压器运行状态相关的单项状态量的数据；单项状态量具体包括：绕组介损、泄漏电流、绕组连同套管的绝缘电阻、局部放电量、绕组直流电阻、铁芯接地电流、铁芯绝缘电阻、绕组短路阻抗、绕组电容量、油击穿电压、油中水分含量、上层油温温升、绕组平均温升、总烃含量、乙炔含量、氢气含量、套管介损、套管主绝缘电阻、末屏对地绝缘电阻和套管电容量；

2）进行数据分类整理，建立变压器综合状态量评估体系：

在进行数据采集的基础上，采用关联分析方法，结合变压器实际运行中的故障情况，对变压器运行状态相关的单项状态量的数据进行分类整理，建立变压器综合状态评估体系；

3）依据单项状态量与综合状态量的重要程度，提出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数；常权重系数在计算过程中为固定数值；

4）引用《输变电设备状态检修试验规程》（Q/GDW168-2008）中的公式，分别计算各单项状态量的得分，引用的公式是：

$G_1=G_{11}\left(x\right)=\frac{x^{\′}-x_0}{x^{\′}-x_f}\×100$ （公式1）

其中，G₁为单项状态量得分，当G₁<0，令G₁=0；当G₁>100，令G₁=100；x＇为单项状态量的警示值，若状态量给出注意值x_z，当x＇=1.3x_z时，单项状态量的警示值为正劣化，当x＇=x_z/1.3时，单项状态量的警示值为负劣化；x_f为该状态量在同类新设备中的时平均值，若没有确定此值，以该设备出厂或交接试验值代之；x₀为本次试验值；

5）根据各单项状态量的得分与常权重系数，采用公式计算各综合状态量的得分；采用的公式是：

$x=\underset{i=1}{\overset{m_1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i{W}_i$ （公式2）

其中，x为综合状态量得分，m₁为此综合状态量中包含的单项状态量个数，G_i为第i个单项状态量的得分，W_i为第i个单项状态量的常权重系数；

6）根据各综合状态量的得分情况，采用公式计算各综合状态量的变权重系数，采用的公式是：

$w_i(x_1,...,x_m)={w_i}^{\left(0\right)}{x_i}^{\mathrm{\&alpha;}-1}/\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w_j}^{\left(0\right)}{x_j}^{\mathrm{\&alpha;}-1}$ （公式3）

其中，w_i为第i种综合状态量的变权重系数，x_i为第i个综合状态量的得分，m为变压器综合状态量体系中综合状态量的个数，w_i ⁽⁰⁾为第i种综合状态量的常权重系数，w_j ⁽⁰⁾为第j种综合状态量的常权重系数，α为均衡函数，其取值大小取决于各综合状态量的相对重要程度；

7）根据各综合状态量的得分与变权重系数，采用公式计算变压器整体得分，采用的公式是：

$T=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{w}_i$ （公式4）

其中，T为变压器状态的整体得分，m为变压器综合状态量体系中综合状态量的个数，x_i为第i个综合状态量的得分，w_i为第i种综合状态量的变权重系数；

8）根据变压器状态的整体得分情况判断变压器运行状态，提出评估意见，并确定相应的检修策略。

其特征在于，获取跟变压器运行状态的单项状态量的数据中，每一个单项状态量要求获取的数据包括它的实测值、注意值和初始值。

本发明具有以下优点：

1.、本发明的评估模型简单，易于编程实现，并且不需要大量的状态评估样本，能快速判断变压器的运行状态，是一种较为高效合理的变压器状态评估方法。

2、本发明采用的关联分析方法，以变压器的实际运行故障情况为基础，对与变压器运行状态相关的单项状态量进行分析，并建立变压器综合状态量体系。

3.、本发明结合关联分析与变权重系数的方法，通过带变权重系数的综合状态量来对变压器进行状态评估计算，能够更为准确地反映变压器的运行状态和健康水平。

附图说明

图1、本发明的流程图；

图2、本发明的变压器综合状态量评估体系示意图；

图3、本发明的变压器综合状态量评估体系实例图。

具体实施方式

下面，根据附图详细描述本发明的实施例。

根据本发明提出的技术解决方案，以贵阳市供电局所属的某220kV变电站中的一台电力变压器作为应用本发明的一个实例，但以下实例仅是对本明而言只具有说明性的，本发明的保护范围并不受此实例的限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法，其原理在于运用关联分析的相关理论，其发明的创造性在于，正确地采用了关联分析方法，采用对变压器状态的单项状态量根据其相互关联程度进行分类整合，建立起变压器综合状态量评估体系，然后采用变权重系数的方法进行状态评估计算。

应用本发明，首先是对变压器状态进行数据采集，接下来就是对采集的变压器状态的数据进行分类和处理，将真实反映变压器状态的数据，以作为评估变压器状态的依据，对变压器状态进行评估，采用关联分析方法，建立变压器的综合状态量评估体系，采用单项状态量得分计算方法、变压器整体状态得分计算方法，对变压器状态进行评分，提出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数，计算出各个综合状态量的得分与变权重系数，根据各综合状态量的得分与变权重系数，计算变压器状态的整体得分。

本发明的具体实施步骤如下：

1）进行数据采集工作，以获取跟变压器运行状态相关的单项状态量的数据和信息。单项状态量的数据具体包括绕组介损、泄漏电流、绕组连同套管的绝缘电阻、局部放电量、绕组直流电阻、铁芯接地电流、铁芯绝缘电阻、绕组短路阻抗、绕组电容量、油击穿电压、油中水分含量、上层油温温升、绕组平均温升、总烃含量、乙炔含量、氢气含量、套管介损、套管主绝缘电阻、末屏对地绝缘电阻和套管电容量等。其具体数据如表1所示：

表1单项状态量具体数据

单项状态量	实测值	注意值	初始值
				绕组介损	0.2%	0.8%	0.17%
泄漏电流	9%	50%	0
				绕组连同套管的绝缘电阻	30000MΩ	10000MΩ	30000MΩ
局部放电量	50pc	500pc	30pc
				绕组直流电阻	0.53%	5%	1%
铁芯接地电流	0.09A	0.1A	0.01A
				铁芯绝缘电阻	200MΩ	100MΩ	1000MΩ
绕组短路阻抗	1.24%	3%	1%
				绕组电容量	1.08%	5%	1%
油击穿电压	56.8kV	35kV	58kV
				油中水分含量	4.1mg/L	25mg/L	3.5mg/L
上层油温温升	6K	60K	5K
				绕组平均温升	8K	65K	6K
总烃含量	133μL/L	150μL/L	16.8μL/L
				乙炔含量	4.2μL/L	5μL/L	0
氢气含量	11μL/L	150μL/L	6.1μL/L
				套管介损	0.184%	0.8%	0.157%
套管主绝缘电阻	24000MΩ	10000MΩ	25000MΩ
				末屏对地绝缘电阻	2500MΩ	1000MΩ	2500MΩ
套管电容量	2.32%	5%	1.93%

2）进行数据分类整理，建立变压器综合状态量评估体系：

在进行数据采集的基础上，根据关联分析相关理论，采用关联分析方法，结合变压器实际运行中的故障情况，对变压器的单项状态量的数据进行分类整理，建立变压器综合状态量评估体系。

3）依据单项状态量与综合状态量的重要程度，给出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数。常权重系数在计算过程中为固定数值，除非人为修改，否则不会发生变化。各单项状态量常权重系数如表2所示。

表2单项状态量常权重系数

单项状态量	常权重系数
		绕组介损	0.3
泄漏电流	0.2
		绕组连同套管的绝缘电阻	0.2
局部放电量	0.7
		绕组直流电阻	0.4
铁芯接地电流	0.2
		铁芯绝缘电阻	0.2
绕组短路阻抗	0.4
		绕组电容量	0.6
油击穿电压	0.4
		油中水分含量	0.3
上层油温温升	0.5
		绕组平均温升	0.5
总烃含量	0.3
		乙炔含量	0.3
氢气含量	0.3
		套管介损	0.4
套管主绝缘电阻	0.5
		末屏对地绝缘电阻	0.5
套管电容量	1

各综合状态量常权重系数如表3所示。

表3综合状态量常权重系数

综合状态量	常权重系数
		本体绝缘	0.1
局部放电	0.1
		绕组短路阻抗	0.05
绕组直流电阻	0.05
		铁芯绝缘	0.15
绕组变形	0.05
		油中水分	0.1
温升	0.1
		套管介损	0.15
套管绝缘	0.1
		套管电容量	0.05

4）通过引用《输变电设备状态检修试验规程》（Q/GDW168-2008）中的计算公式，分别计算各单项状态量的得分。其引用的计算公式是：

$G_1=G_{11}\left(x\right)=\frac{x^{\&prime;}-x_0}{x^{\&prime;}-x_f}\&times;100$ （公式1）

其中，G₁为单项状态量得分（当G₁<0，令G₁=0；当G₁>100，令G₁=100）；x＇为单项状态量的警示值（若状态量给出注意值x_z，则x＇=1.3x_z（正劣化）或x＇=x_z/1.3（负劣化））；x_f为该状态量在同类新设备中的平均值（若没有此值，以该设备出厂或交接试验值代之）；x₀为本次试验值。

将表1中数据代入（公式1）计算得各单项状态量得分如表4所示。

表4单项状态量得分

单项状态量	得分G1
		绕组介损	96.6
泄漏电流	86.2
		绕组连同套管的绝缘电阻	100
局部放电量	96.7
		绕组直流电阻	100
铁芯接地电流	33.3
		铁芯绝缘电阻	13.3
绕组短路阻抗	91.7
		绕组电容量	98.6
油击穿电压	96.1
		油中水分含量	97.9
上层油温温升	98.6
		绕组平均温升	97.5
总烃含量	34.8
		乙炔含量	35.4
氢气含量	97.4
		套管介损	97.0
套管主绝缘电阻	94.2
		末屏对地绝缘电阻	100
套管电容量初值差	91.5

5）根据各单项状态量的得分与常权重系数，采用公式计算各综合状态量的得分。采用的公式是：

$x=\underset{i=1}{\overset{m_1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i{W}_i$ （公式2）

其中，x为综合状态量得分，m₁为此综合状态量中包含的单项状态量个数，G_i为第i个单项状态量的得分，W_i为第i个单项状态量的常权重系数。

将表2与表4中数据代入（公式2）中计算，能够得综合状态量得分如表5所示。

表5综合状态量得分

综合状态量	得分T1
		本体绝缘	76.8
局部放电	78.4
		绕组短路阻抗	57.7
绕组直流电阻	64.5
		铁芯绝缘	30.4
绕组变形	95.8
		油中水分	97.1
温升	98.0
		套管介损	59.8
套管绝缘	97.1
		套管电容量	91.5

6）根据各综合状态量的得分情况与常权重系数，采用公式计算各综合状态量的变权重系数。采用的公式是：

$w_i(x_1,...,x_m)={w_i}^{\left(0\right)}{x_i}^{\mathrm{\&alpha;}-1}/\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w_j}^{\left(0\right)}{x_j}^{\mathrm{\&alpha;}-1}$ （公式3）

其中，w_i为第i种综合状态量的变权重系数，x_i为第i个综合状态量的得分，m为变压器综合状态量体系中综合状态量的个数，w_i ⁽⁰⁾为第i种综合状态量的常权重系数，w_j ⁽⁰⁾为第j种综合状态量的常权重系数，α为均衡函数，其取值大小取决于各综合状态量的相对重要程度。

取α=0，将表3与表5中的数据代入（公式3）可得各综合状态量的变权重系数如表6所示。

表6综合状态量变权重系数

综合状态量	变权重系数
		本体绝缘	0.08
局部放电	0.08
		绕组短路阻抗	0.06
绕组直流电阻	0.05
		铁芯绝缘	0.31
绕组变形	0.03
		油中水分	0.07
温升	0.06
		套管介损	0.16
套管绝缘	0.07
		套管电容量	0.03

7）根据各综合状态量的得分与变权重系数，采用公式计算变压器的整体得分。采用的公式是：

$T=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{w}_i$ （公式4）

其中，T为变压器状态的整体得分，m为变压器综合状态量体系中综合状态量的个数，x_i为第i个综合状态量的得分，w_i为第i个综合状态量的变权重系数。

将表5与表6中的数据代入（公式4）可得变压器整体得分T₂=63.24。

8）根据变压器状态的整体得分情况判断变压器运行状态，提出评估意见，并确定相应的检修策略。针对变压器可能处于的正常、注意、异常、严重的四种变压器运行状态，分别确定相应的检修策略。对于变压器运状态的判断按表7提出的整体得分标准判断。

表7整体得分与变压器运行状态

整体得分	80～100	60～80	20～60	0～20
					运行状态	正常	注意	异常	严重

由表7可知，实例中变压器运行状态为注意状态，采取加强监视，停电检修措施，缩短检修周期。经停电检修发现铁芯发生多点接地故障，并导致变压器油中总烃和乙炔的含量增加，虽然各单项状态量都未超过注意值，但由综合状态量的得分情况可以看出铁芯绝缘得分明显低于其他综合状态量，这也可以直观地反映出变压器的故障类型，能为检修工作提供一定的指导。

如图2所示，变压器状态的单项状态的信息由数据采集工作可以直接获取，然后根据关联分析相关理论，采用关联分析方法，结合实际运行中变压器的故障情况，对通过数据采集工作获取的变压器的单项状态量的数据进行分类整理，若干个关联程度较高的单项状态量组成一个综合状态量，最后以综合状态量为单位来对变压器进行状态评估计算。

如图3所示，变压器分为本体绝缘、局部放电、绕组短路阻抗、绕组直流电阻、铁芯绝缘、绕组变形、油中水分、温升、套管介损、套管绝缘、套管电容量等11个综合状态量。其中本体绝缘包括绕组介损、泄漏电流、绕组连同套管的绝缘电阻、乙炔含量等4个单项状态量；局部放电包括局部放电量、乙炔含量2个单项状态量；绕组短路阻抗包括绕组短路阻抗、总烃含量、乙炔含量3个单项状态量；绕组直流电阻包括绕组直流电阻、总烃含量、乙炔含量3个单项状态量；铁芯绝缘包括铁芯接地电流、铁芯绝缘电阻、总烃含量、乙炔含量等4个单项状态量；绕组变形包括绕组短路阻抗、绕组电容量2个单项状态量；油中水分包括油击穿电压、油中水分含量、氢气含量3个单项状态量；温升包括上层油温温升、绕组平均温升2个单项状态量；套管介损包括套管介损、总烃含量、乙炔含量3个单项状态量；套管绝缘包括套管主绝缘电阻、末屏对地绝缘电阻2个单项状态量；套管电容量包括套管电容量1个单项状态量。

以上为本发明的较佳实例，但本发明不应该局限于该实例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所提出的的技术解决方案下完成的等效或修改方案，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法，对变压器状态进行数据采集，对采集的数据进行分类和处理，作为评估变压器状态的依据，其特征在于：对变压器状态进行评估，采用关联分析方法，建立变压器的综合状态量评估体系，采用单项状态量得分计算方法、变压器整体状态得分计算方法，对变压器状态进行评分，提出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数，计算出各个综合状态量的得分与变权重系数，根据各综合状态量的得分与变权重系数，计算变压器状态的整体得分，根据变压器状态的整体得分情况判断变压器运行状态，其基本步骤如下：

1）进行数据采集，获取跟变压器运行状态相关的单项状态量的数据；单项状态量具体包括：绕组介损、泄漏电流、绕组连同套管的绝缘电阻、局部放电量、绕组直流电阻、铁芯接地电流、铁芯绝缘电阻、绕组短路阻抗、绕组电容量、油击穿电压、油中水分含量、上层油温温升、绕组平均温升、总烃含量、乙炔含量、氢气含量、套管介损、套管主绝缘电阻、末屏对地绝缘电阻和套管电容量；

2）进行数据分类整理，建立变压器综合状态量评估体系：

在进行数据采集的基础上，采用关联分析方法，结合变压器实际运行中的故障情况，对变压器运行状态相关的单项状态量的数据进行分类整理，建立变压器综合状态评估体系；

3）依据单项状态量与综合状态量的重要程度，提出每个单项状态量及综合状态量的常权重系数；常权重系数在计算过程中为固定数值；

4）引用《输变电设备状态检修试验规程》（Q/GDW168-2008）中的公式，分别计算各单项状态量的得分，引用的公式是：

$G_1=G_{11}\left(x\right)=\frac{x^{\&prime;}-x_0}{x^{\&prime;}-x_f}\&times;100$ （公式1）

其中，G₁为单项状态量得分，当G₁<0，令G₁=0；当G₁>100，令G₁=100；x＇为单项状态量的警示值，若状态量给出注意值x_z，当x＇=1.3x_z时，单项状态量的警示值为正劣化，当x＇=x_z/1.3时，单项状态量的警示值为负劣化；x_f为该状态量在同类新设备中的时平均值，若没有确定此值，以该设备出厂或交接试验值代之；x₀为本次试验值；

5）根据各单项状态量的得分与常权重系数，采用公式计算各综合状态量的得分；采用的公式是：

$x=\underset{i=1}{\overset{m_1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{G}_i{W}_i$ （公式2）

其中，x为综合状态量得分，m₁为此综合状态量中包含的单项状态量个数，G_i为第i个单项状态量的得分，W_i为第i个单项状态量的常权重系数；

6）根据各综合状态量的得分情况，采用公式计算各综合状态量的变权重系数，采用的公式是：

$w_i(x_1,...,x_m)={w_i}^{\left(0\right)}{x_i}^{\mathrm{\&alpha;}-1}/\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w_j}^{\left(0\right)}{x_j}^{\mathrm{\&alpha;}-1}$ （公式3）

其中，w_i为第i种综合状态量的变权重系数，x_i为第i个综合状态量的得分，m为变压器综合状态量体系中综合状态量的个数，w_i ⁽⁰⁾为第i种综合状态量的常权重系数，w_j ⁽⁰⁾为第j种综合状态量的常权重系数，α为均衡函数，其取值大小取决于各综合状态量的相对重要程度；

7）根据各综合状态量的得分与变权重系数，采用公式计算变压器整体得分，采用的公式是：

$T=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{w}_i$ （公式4）

其中，T为变压器状态的整体得分，m为变压器综合状态量体系中综合状态量的个数，x_i为第i个综合状态量的得分，w_i为第i种综合状态量的变权重系数；

8）根据变压器状态的整体得分情况判断变压器运行状态，提出评估意见，并确定相应的检修策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于关联分析与变权重系数的变压器状态评估方法，其特征在于，获取跟变压器运行状态的单项状态量的数据中，每一个单项状态量要求获取的数据包括它的实测值、注意值和初始值。

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