CN105699792A - 一种配网变压器油箱剩余寿命预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网自动装置，特别是一种配网变压器油箱剩余寿命预测方法及装置。一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其结构如下：安装在配网变压器上的信号采集模块，信号采集模块的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与STM32F103RBT6单片机的输入端连接，STM32F103RBT6单片机的串口与USB模块、型蓝牙模块、液晶显示模块的输入端连接，USB模块的输出端与STM32F103RBT6单片机的输入端连接。本发明输入量提取简单，精确度高、响应时间短、准确度好，数据采集及处理效率高，为配网变压器的安全运行提供了有效的保障。

Description

一种配网变压器油箱剩余寿命预测方法及装置

技术领域

本发明属于输配电监测技术领域，特别涉及一种配网变压器油箱剩余寿命预测方法及装置。

背景技术

配电变压器高压是配电网最主要和最重要的设备之一，变压器在运行过程中会由于绕组中流过电流而发热，为保证绕组温升不超过限值，要通过油箱中的变压器油对变压器进行冷却。如果变压器油箱密封度降低，将导致变压器油泄漏，而变压器油的泄漏导致油量减少和油在油箱内的循环变差，这又将进一步导致变压器绕组温度失去控制，最终导致变压器故障。变压器发生故障将造成大面积停电事故，严重影响配网供电可靠性和电网安全运行。因此，准确掌握配网变压器油箱剩余寿命，对电网运行管理部门至关重要。目前传统方法主要是采用传统经验公式计算或定期检查、更换等方法，存在的主要问题是不能及时发现故障，预测或判断结果误差较大等。

发明内容

本发明目的是提供一种配网变压器油箱剩余寿命预测方法，它通过建立适合工程实际应用的配网变压器油箱密封指数预测模型，以有效地对配网变压器油箱过负荷的精确预测，达到时时发现故障的目的。

本发明的另一个目的是提供一种配网变压器油箱密封指数预测装置，其其响应时间短、准确度好，数据采集及处理效率高，为配网变压器的安全运行提供了有效的保障。

为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其步骤如下：

步骤一、建立配网变压器油箱剩余寿命演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力构成的一系列状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定初始权值向量：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量调整量为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=(\mathrm{\η}-1){W_{t_{n-1}}}^T{X}_{t_{n-1}}$

η为调整加速系数；

给定寿命阈值控制量K_D，令配网变压器油箱剩余寿命预测值

$y_{t_n}={W_{t_n}}^T{X}_{t_n}$

则权值调整方程式为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=\mathrm{\Δ}{W}_{t_{n-1}}+(\mathrm{\η}-1)\sqrt{\left|(y_{t_{n-1}}-K_D)\right|}{X}_{t_{n-1}}$

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

定义为寿命阈值控制量K_D与实际预测值之差，有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=\sqrt{|y_{t_n}-K_D|}$

若t_n时刻有：小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网变压器油箱剩余寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：

$y_{t_{n+1}}={W_{t_{n+1}}}^T{X}_{t_{n+1}}$

即为配网变压器油箱剩余寿命预测值。

一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其结构如下：安装在配网变压器上的信号采集模块1的输出端分别经过信号转换电路后连接到TLC2543串行A/D转换器的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，TLC2543串行A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到STM32F103RBT6单片机的PC0、PC1、PC3、PC4、PC5引脚，STM32F103RBT6单片机的PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、PC7引脚与HG1286402C型液晶显示模块的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7引脚连接，STM32F103RBT6单片机的PC8、PC9、PC10、PC11、PC12引脚与HG1286402C型液晶显示模块的RS、R/W、CS1、CS2、EN相连接，STM32F103RBT6单片机的PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6引脚分别与NRF24L01型蓝牙模块的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ相连，STM32F103RBT6单片机的PB10和PB11与USB模块连接。

上述的信号采集模块是由压力传感器、电流互感器、电压互感器、温度传感器、降雨量传感器构成；上述的压力传感器采用PTG501型号油压传感器、电流互感器采用DHC03B型号电流互感器、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号电压互感器、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计。

上述的USB模块接口的型号为PL2303，STM32F103RBT6单片机的PB10和PB11与USB模块连接PL2303的TXD和RXD引脚相连。

由于采用上述技术方案，使得本发明与现有技术相比具有如下突出的有益效果：

本发明一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，提出利用直接测量变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力作为输入量，并最终利用A/D转换器、STM32F103RBT6单片机、HG1286402C型液晶显示模块和NRF24L01型蓝牙模块实现配网变压器油箱剩余寿命预测。这种方法避免传统方法建立模型和选取参数时造成的误差，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。

本发明配网变压器油箱剩余寿命预测方法，它通过建立适合工程实际应用的配网变压器油箱密封指数预测模型，以有效地解决对配网变压器油箱过负荷的精确预测。它能对配网变压器油箱剩余寿命做出预测，能够预防电网重大事故，改善电力品质，提高用电可靠性，同时预测过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的率，提高配网变压器油箱剩余寿命预测的速度和精度，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配网变压器油箱剩余寿命进行预测。

附图说明

图1是配网变压器油箱剩余寿命预测流程图。

图2是本发明的结构示意框图。

图3是本发明的电路连接图。

图4是本发明的预测结果图

图中，1、信号采集模块，2、TLC2543串行A/D转换器，3、STM32F103RBT6单片机，4、HG1286402C型液晶显示模块，5、NRF24L01型蓝牙模块，6、USB模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应在本发明保护范围之内。

如图1所示，本发明一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其步骤如下：

步骤一、建立配网变压器油箱剩余寿命演化系统的状态向量：

本实施例中，在30个等间隔的时间段内测量变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力，则得到测量数据构成的一个5维时间序列：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}\right.$

步骤二、计算初始权值向量：

给定t₁时刻的对应的连接权值向量 $W_{t_1}={(0.09,0.031,0.15,0.378,0.098)}^T,$ 为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

给定寿命阈值控制量K_D＝0.8915，由令加速系数η＝1.3121，则权值修正量为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=\mathrm{\Δ}{W}_{t_{n-1}}+(\mathrm{\η}-1)\sqrt{\left|(y_{t_{n-1}}-K_D)\right|}{X}_{t_{n-1}}$

步骤四：计算权值向量最终值W₀：

计算寿命阈值控制量K_D与实际预测值之差

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=\sqrt{|y_{t_n}-K_D|}$

若t_n时刻有：则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网变压器油箱剩余寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：

$y_{t_{n+1}}={W_{t_{n+1}}}^T{X}_{t_{n+1}}$

即为配网变压器油箱剩余寿命预测值。

预测模型的部分预测结果与实测值比较如图4所示，所建立的预测模型误差基本上控制在±10％之内。

如图2所示，本发明一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，它包括信号采集模块1、TLC2543串行A/D转换器2、STM32F103RBT6的单片机3、NRF24L01型蓝牙模块5、HG1286402C型液晶显示模块4和USB模块6。信号采集模块1是由压力传感器、电流互感器、电压互感器、温度传感器、降雨量传感器构成。其结构为：安装在配网变压器上的信号采集模块1，信号采集模块1的输出端分别经过信号转换电路后连接到TLC2543串行A/D转换器2的输入端连接，TLC2543串行A/D转换器的输出端与STM32F103RBT6单片机3的输入端连接，STM32F103RBT6单片机3的串口与USB模块6、NRF24L01型蓝牙模块5、HG1286402C型液晶显示模块4的输入端连接，USB模块6的输出端与STM32F103RBT6单片机3的输入端连接，NRF24L01型蓝牙模块5的输出端与远程上位机通讯。压力传感器采用PTG501型号油压传感器、电流互感器采用DHC03B型号电流互感器、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号电压互感器、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计。A/D转换器采用TLC2543串行A/D转换器。STM32F103RBT6单片机采用型号为STM32F103RBT6的单片机。NRF24L01型蓝牙模块为NRF24L01型号的蓝牙模块。HG1286402C型液晶显示模块为HG1286402C型号的液晶显示模块；USB模块接口的型号为PL2303。

上述的信号采集模块的压力传感器、电流互感器、电压互感器、温度传感器、降雨量传感器输出端分别经过信号转换电路后连接到TLC2543串行A/D转换器的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，如图3所示，TLC2543串行A/D转换器的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到单片机STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC3、PC4、PC5引脚，STM32F103RBT6单片机STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、PC7与HG1286402C型液晶显示模块的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7连接，STM32F103RBT6单片机STM32F103RBT6芯片的PC8、PC9、PC10、PC11、PC12与HG1286402C型液晶显示模块的RS、R/W、CS1、CS2、EN相连接，STM32F103RBT6单片机STM32F103RBT6芯片的PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6分别与NRF24L01型蓝牙模块NRF2401的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ相连，STM32F103RBT6单片机STM32F103RBT6芯片的PB10和PB11分别与USB模块的TXD和RXD引脚相连。

本发明的工作原理如下：

经过变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入单片机的数据输入口，再由单片机对配网变压器油箱剩余寿命数据进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据通过蓝牙模块进行无线传输，同时USB接口还能与电脑进行数据传输。A/D转换器用于将信号采集单元采集的模拟信号转换成数字信号；单片机对A/D转换器输出的数字信号进行；液晶显示模块用于配网变压器油箱剩余寿命预测结果的显示；蓝牙模块用于配网变压器油箱剩余寿命预测结果向远方调度中心的传输；USB模块用于处理后的数据和计算机的通信。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其特征在于步骤如下：

步骤一、建立配网变压器油箱剩余寿命演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到变压器电流、变压器电压、油箱温度、降雨量、变压器油压力构成的一系列状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定初始权值向量：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量调整量为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=(\mathrm{\η}-1){W_{t_{n-1}}}^T{X}_{t_{n-1}}$

η为调整加速系数；

给定寿命阈值控制量K_D，令配网变压器邮箱剩余寿命预测值为

$y_{t_n}={W_{t_n}}^T{X}_{t_n}$

则权值调整方程式为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=\mathrm{\Δ}{W}_{t_{n-1}}+(\mathrm{\η}-1)\sqrt{\left|(y_{t_{n-1}}-K_D)\right|}{X}_{t_{n-1}}$

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

定义为寿命阈值控制量K_D与实际预测值之差，有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=\sqrt{|y_{t_n}-K_D|}$

若t_n时刻有：小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网变压器油箱剩余寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：

$y_{t_{n+1}}={W_{t_{n+1}}}^T{X}_{t_{n+1}}$

即为配网变压器油箱剩余寿命预测值。

2.一种权利要求1所述配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其特征在于结构如下：信号采集模块1的输出端分别经过信号转换电路后连接到TLC2543串行A/D转换器的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，TLC2543串行A/D转换器TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到STM32F103RBT6单片机的PC0、PC1、PC3、PC4、PC5引脚，STM32F103RBT6单片机的PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7、PC7引脚与HG1286402C型液晶显示模块的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7引脚连接，STM32F103RBT6单片机的PC8、PC9、PC10、PC11、PC12引脚与HG1286402C型液晶显示模块的RS、R/W、CS1、CS2、EN相连接，STM32F103RBT6单片机的PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6引脚分别与NRF24L01型蓝牙模块的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ相连，STM32F103RBT6单片机的PB10和PB11与USB模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其特征在于所述的信号采集模块是由压力传感器、电流互感器、电压互感器、温度传感器、降雨量传感器构成；压力传感器采用PTG501型号油压传感器、电流互感器采用DHC03B型号电流互感器、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号电压互感器、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、降雨量传感器采用BL-YW900型号雷达液位计。

4.根据权利要求3所述的一种配网变压器油箱剩余寿命预测装置，其特征在于所述的上述的USB模块接口的型号为PL2303，STM32F103RBT6单片机的PB10和PB11与USB模块连接PL2303的TXD和RXD引脚相连。