CN104931807A - 一种基于可视化模型的变压器故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可视化模型的变压器故障检测方法，属于自动化控制技术领域。本发明针对变压器故障诊断中的三比值法和改良三比值法的漏判、误判和某些故障无法判断的缺陷，提出了一种分层流水线建模方法并构建了变压器故障可视化诊断模型，包括用于规范DGA参数的数据层、用于构建程序和执行图形绘制的逻辑层以及用于进行图形输出的显示层。分层可视化模型能有效降低DGA科学可视化流水线上的各任务阶段的耦合度，提高诊断逻辑复用效率，保证模型的可维护性和可扩展性。

Description

一种基于可视化模型的变压器故障检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于可视化模型的变压器故障检测方法，属于自动化控制技术领域。

背景技术

在电力系统的发展历史上，由于电力变压器或其它电气设备突发事故导致的大规模停电灾难不仅给人们的生活带来不便，也严重阻碍了经济的发展。因此，在电网格局不断扩大、电能传输能力持续增长的情况下，电力系统中电气设备的可靠性，对整个电力系统的安全运行具有十分重要的意义。而电力变压器在电力系统担负着电力变压器担负着电网间电压变化、电能转化的功能，是电力系统中最重要的设备之一。

目前，为了保证电力变压器的可靠运行，避免事故的发生，通过对电力变压器等电气设备进行故障检测和分析诊断，从而准确、可靠地发现这些设备中逐步发展的潜在性故障，有效地防止由此引起的重大电力事故，实现从现行的预防性检修方式向状态检修方式转变，对实现电力系统运行上的安全可靠性和维护上的经济性都具有十分重要的意义。而状态检修，首先要根据现有的状态即变压器内气体含量的变化来推断电力系统中发生故障的设备。随着变压器故障诊断技术的发展，油中气体分析法(DGA)成为电力系统对变压器进行故障诊断最主要的手段之一。而目前油中气体分析法(DGA)数据比较抽象，相关业务人员很难快速发现数据中蕴含的信息，降低了故障诊断效率和对噪声数据的分辨能力，且在故障检测中的采用的三比值法和改良三比值法会导致漏判、误判和某些故障无法判断的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于可视化模型的变压器故障检测方法，以解决目前变压器故障检测过程中的三比值法和改良三比值法的漏判、误判和某些故障无法判断的缺陷。

本发明为解决上述技术问题而一种基于可视化模型的变压器故障检测方法,该故障诊断方法包括以下步骤：

1)针对变压器的故障诊断建立DGA可视化分层模型，该模型包括用于规范DGA参数的数据层、用于构建程序和执行图形绘制的逻辑层以及用于进行图形输出的显示层；

2)利用气相色谱法分离得到变压器油中的气体，采用DGA方法计算变压器油中溶解的各种气体的含量、组分和产气率；

3)将得到的各种气体的含量、组分和产气率通过所建立的DGA可视化模型进行展示；

4)根据可视化模型中所展示的油中溶解气体的含量以及各气体之间的比例，确定故障点所在的区域，并根据故障点所在区域对应的故障类型确定所述故障。

所述的步骤2)中的DGA方法包括大卫三角形法、IEC三比值法和立体图示法。

所述的大卫三角形法是将步骤2)中得到的三种气体按百分比组成一个等边三角，在三角形内划分故障区域，其中大卫三角形气体比例的计算公式如下：

${\mathrm{CH}}_4=\frac{100C{H}_4}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

${C_{2}H}_4=\frac{100C_2{H}_4}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

${C_{2}H}_2=\frac{100C_2{H}_2}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}.$

所述的IEC三比值法是采用IEC/IEEE的三比值法判断故障，通过选择三组气体的比例CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆和C₂H₂/C₂H₄结合已知的编码规则找到对应的编码，然后查表可知故障类型。

所述的立体图示法是基于三比值法，根据三种气体之间的比值确定故障点所在的区域。

本发明的有益效果是:提出了一种分层流水线建模方法并构建了变压器故障可视化诊断模型，包括用于规范DGA参数的数据层、用于构建程序和执行图形绘制的逻辑层以及用于进行图形输出的显示层。本发明通过分层可视化模型能有效降低DGA科学可视化流水线上的各任务阶段的耦合度，提高诊断逻辑复用效率，保证模型的可维护性和可扩展性。采用图形展现方式帮助业务专家迅速发现数据中蕴含的信息，从而提高了故障诊断效率及对噪声数据的分辨能力。

附图说明

图1是本发明中的大卫三角形图示法示意图；

图2是本发明中的大卫立体图示法示意图；

图3是本发明中的基于可视化流水线的DGA分层模型构造图；

图4是本发明中的跨平台的层次结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

1.采用可视化模型对变压器的故障诊断进行建模，抽象出可视化模型的数据层、逻辑层和显示层，建立可视化模型。

DGA为变压器油中溶解气体分析，检测变压器油中溶解的甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、氢气(H₂)、乙烯(C₂H₄)、乙炔(C₂H₂)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)等气体的含量、组分和产气率来分析判断变压器的运行状态。DGA分层模型基于可视化流水线的DGA分析，结合面向对象设计思想和可视化流水线技术，可视化模型如图3所示，将模型分成三个层次：数据访问层，业务逻辑层和显示层。数据访问层负责参数采集、预处理和数据表示生成三个环节，主要任务是对DGA参数数据的规范处理；业务逻辑层可细分为实体层和绘制层，实体层构建DGA故障分析业务模型，封装了抽象出的实体，如大卫三角形、立体图实体，并定义了业务实体间的逻辑间关系，绘制层主要负责二维或三维图形的绘制操作；显示层负责GUI界面图形输出。

2.采用气相色谱法分离得到变压器油中的气体，检测变压器油中溶解的甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、氢气(H₂)、乙烯(C₂H₄)、乙炔(C₂H₂)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)等气体的含量、组分和产气率。

3.采用DGA方法计算油中溶解气体甲烷、乙烷和乙烯三种气体的比例，这里的DGA方法包括大卫三角形法、IEC三比值法和立体图示法。

IEC三比值法采用IEC/IEEE的三比值法判断故障，选择三组气体的比例CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆和C₂H₂/C₂H₄结合已知的编码规则找到对应的编码，然后查表可知故障类型。

大卫三角形主要是计算三种气体的比例(CH₄,C₂H₄,和C₂H₂)，将三种气体按百分比组成一个等边三角形，如图1所示，在三角形内划分故障区域，大卫三角形气体比例由以下公式计算得到，大卫三角形各区域说明见表1所示。

${\mathrm{CH}}_4=\frac{100C{H}_4}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

${C_{2}H}_4=\frac{100C_2{H}_4}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

${C_{2}H}_2=\frac{100C_2{H}_2}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

表1

立方体图示法基于三比值法，但基于IEC-60599标准给定了一个范围区间(立方体图示法各故障区域的溶解气体分析)，比三比值法有一些改进。立方体图示法各故障区域的溶解气体分析见表2。大卫立方体根据三种气体之间的比值来确定故障点所在区域，从而找出故障类型，大卫立方体图示法如图2所示。

表2

4.采用可视化模型对变电站故障诊断进行分析，在可视化模型中根据故障点所在的大卫三角形和大卫立方体的区域查出对应的故障类型。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于可视化模型的变压器故障检测方法,其特征在于：该故障诊断方法包括以下步骤：

1)针对变压器的故障诊断建立DGA可视化分层模型，该模型包括用于规范DGA参数的数据层、用于构建程序和执行图形绘制的逻辑层以及用于进行图形输出的显示层；

2)利用气相色谱法分离得到变压器油中的气体，采用DGA方法计算变压器油中溶解的各种气体的含量、组分和产气率；

3)将得到的各种气体的含量、组分和产气率通过所建立的DGA可视化模型进行展示；

4)根据可视化模型中所展示的油中溶解气体的含量以及各气体之间的比例，确定故障点所在的区域，并根据故障点所在区域对应的故障类型确定所述故障。

2.根据权利要求1所述的基于可视化模型的变压器故障检测方法，其特征在于：所述的步骤2)中的DGA方法包括大卫三角形法、IEC三比值法和立体图示法。

3.根据权利要求2所述的基于可视化模型的变压器故障检测方法，其特征在于：所述的大卫三角形法是将步骤2)中得到的三种气体按百分比组成一个等边三角，在三角形内划分故障区域，其中大卫三角形气体比例的计算公式如下：

${\mathrm{CH}}_4=\frac{100{\mathrm{CH}}_4}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

$C_2{H}_4=\frac{100C_2{H}_4}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}$

$C_2{H}_2=\frac{100C_2{H}_2}{{\mathrm{CH}}_4+C_2{H}_4+C_2{H}_2}.$

4.根据权利要求2所述的基于可视化模型的变压器故障检测方法，其特征在于：所述的IEC三比值法是采用IEC/IEEE的三比值法判断故障，通过选择三组气体的比例CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆和C₂H₂/C₂H₄结合已知的编码规则找到对应的编码，然后查表可知故障类型。

5.根据权利要求2所述的基于可视化模型的变压器故障检测方法，其特征在于：所述的立体图示法是基于三比值法，根据三种气体之间的比值确定故障点所在的区域。