CN106442830B - 变压器油中气体含量告警值的检测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变压器油中气体含量告警值的检测方法和系统，上述方法包括：获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备诊断技术领域，特别是涉及一种变压器油中气体含量告警值的检测方法和系统。
背景技术
油浸式电力变压器是电力系统中的关键设备，作为输电网中的重要组成部分，担负着电力系统电能传递的重要任务，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。
随着智能电网建设的逐步开展，变压器油色谱在线监测技术作为一种成熟的、能够及时发现变压器早期故障的技术越来越受到重视，而明确变压器油中所溶解的各种气体的告警值是采用该技术的前提。上述告警值，也可以称之为注意值，指变压器油中气体含量的异常阈值，若变压器油所溶解的某种气体量超过相应的告警值，则变压器会由于变压器油中该种气体含量异常而影响其正常工作。
目前变压器油中气体含量告警值依据变压器油所溶解的氢气、甲烷等几种常见气体的含量所确定，容易使所确定的告警值准确性低。
发明内容
基于此，有必要针对传统方案容易使所确定的变压器油中气体含量告警值准确性低的计算问题，提供一种变压器油中气体含量告警值的检测方法和系统。
一种变压器油中气体含量告警值的检测方法，包括如下步骤：
获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；
将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；其中，所述零值样本是指取值为零的气体含量样本，非零值样本是指取值不为零的气体含量样本；
获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；
根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；
根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
一种变压器油中气体含量告警值的检测系统，包括：
第一获取模块，用于获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；
划分模块，用于将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；其中，所述零值样本是指取值为零的气体含量样本，非零值样本是指取值不为零的气体含量样本；
第二获取模块，用于获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；
确定模块，用于根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；
计算模块，用于根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
上述变压器油中气体含量告警值的检测方法和系统，可以获取目标气体的多个气体含量样本，将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，再获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数，根据上述零值样本的零值比例、非零值样本的非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，以确定目标气体的告警值，上述告警值依据相应目标气体在变压器油中的多个含量信息确定，具有较高的准确性。
附图说明
图1为一个实施例的变压器油中气体含量告警值的检测方法流程图；
图2为一个实施例的变压器油色谱数据的C2H6气体的百分比图；
图3为一个实施例的C2H6零值样本百分比图；
图4为一个实施例的C2H6非零值样本拟合概率密度函数图；
图5为一个实施例的C2H6非零值样本拟合分布函数图；
图6为一个实施例的变压器油中气体含量告警值的检测系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的变压器油中气体含量告警值的检测方法和系统的具体实施方式作详细描述。
参考图1，图1所示为一个实施例的触摸图形宽度的检测方法流程图，包括如下步骤：
S10，获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；
上述含量值是指相应变压器油所含目标气体的量；上述目标气体可以指变压器油可能溶解的任意一种气体，比如一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和总烃等。变压器油中溶解气体数据指变压器油中的溶解气体一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和总烃八种气体的油色谱数据。
在一个实施例中，上述步骤S10，获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本的过程可以包括：
以设定频率检测变压器油中目标气体的含量，得到目标气体的多个含量实测值；上述步骤可以以1分钟一次或者2分钟一次的频率检测变压器油中目标气体的含量，以获取目标气体的多个含量实测值；
在变压器油的气体含量历史数据中获取目标气体的多个历史含量值；上述历史含量值指之前检测并记录的目标气体在变压器油中的含量值；
根据所述含量实测值和历史含量值确定目标气体的气体含量样本。
本实施例确定的气体含量样本包括目标气体的含量实测值以及历史含量值，覆盖面广，具有较强的完整性。
S20，将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；其中，所述零值样本是指取值为零的气体含量样本，非零值样本是指取值不为零的气体含量样本；
上述零值样本包括样本取值为零的气体含量样本，零值样本的个数记为A，非零值样本包括样本取值不为零的气体含量样本，非零值样本的个数记为B，则零值样本在气体含量样本中所占的比例(零值比例)为非零值样本在气体含量样本中所占的比例(非零值比例)为
在一个实施例中，在步骤S20，将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数的过程前还可以包括：
计算气体含量样本的算术平均值；其中， 为算术平均值，n为气体含量样本的个数，xi(i＝1…n)表示第i个气体含量样本；
计算气体含量样本的标准误差；其中，s为标准误差；
将满足误差公式的气体含量样本设为异常值，并从气体含量样本中剔除所述异常值；其中，所述误差公式为k为误差系数，符号*表示相乘，i∈1，2...n。上述剔除异常值可以按照拉依达准则法进行剔除。
上述误差系数k可以取3等值，即上述误差公式为若第i个气体含量样本xi满足上述误差公式，则表明，上述第i个气体含量样本xi误差较大或者出现明显异常，将其进行剔除，可以使相应的气体含量样本更加准确。
S30，获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；
上述步骤可以对非零值样本进行分布检验、数据拟合或者非参数密度估计等处理，以获取非零值样本的概率密度函数f(x)，再通过公式得到分布函数F(x)。上述步骤还可以可运用Matlab中Distribution Fitting Tool生成非零值样本的概率密度函数以及相应的分布函数，以保证所得到的概率密度函数以及相应的分布函数的精度。
在一个实施例中，上述步骤S30，获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数的过程可以包括：
对所述非零值样本进行分布检验，得到非零值样本的概率密度函数f(x)；
通过公式得到分布函数F(x)。
对所述非零值样本进行分布检验是指先通过非零值样本的直方图假设满足某种常见分布，通过显著性来得知非零值样本是否属于假设的分布。
本实施例适用于常见的非零值样本分布，可以提高获取非零值样本概率密度函数的获取效率。
在一个实施例中，上述步骤S30，获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数的过程可以包括：
对所述非零值样本进行非参数密度估计得到非零值样本的概率密度函数f(x)；
通过公式得到分布函数F(x)。
作为一个实施例，上述对所述非零值样本进行非参数密度估计得到非零值样本的概率密度函数f(x)的过程可以包括：
对所述非零值样本进行非参数密度估计得到概率密度函数为：其中，K(u)是非参数密度估计的基准核函数，l为非零值样本的个数；h是对f(x)的局部光滑参数，s为样本标准差Q为非零值样本x1,...xl的75％分位数与25％分位数之差，即Q＝x[0.75l]-x[0.25l]。
上述xi(i＝1…l)表示第i个非零值样本，x[0.75l]表示非零值样本中，从左至右，75％位置(0.75l)处非零值样本的取值，x[0.25l]表示非零值样本中，从左至右，25％位置(0.25l)处非零值样本的取值，若上述l的75％或者25％不为整数，则可以分别对0.75l和0.25l分别进行取整后，再确定相应的x[0.75l]和x[0.25l]。
本实施例确定的概率密度函数f(x)以及相应的分别函数F(x)较为准确，适用于分布特性复杂的非零值样本，可以保证后续所获取的告警值的准确性。
S40，根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；
S50，根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
上述概率阈值c％根据变压器油的相关特性的保守程度进行设定，若保守程度为保守，则c％可以设置为90％；若保守程度为较保守，则c％可以设置为95％；若保守程度为不保守可以设置为c％取99％。作为一个实施例，上述概率阈值的取值范围可以为90％～99％。
在一个实施例中，所述根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值的过程可以包括：
将所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值代入气体含量参考值计算公式计算气体含量参考值；其中，所述气体含量参考值计算公式为D＝(c％-a％)/b％，D为气体含量参考值，a％为零值比例，b％为非零值比例，c％为预设的概率阈值；
将所述气体含量参考值代入分布函数，计算所述气体含量参考值在分布函数上对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
本发明提供的变压器油中气体含量告警值的检测方法，可以获取目标气体的多个气体含量样本，将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，再获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数，根据上述零值样本的零值比例、非零值样本的非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，以确定目标气体的告警值，上述告警值依据相应目标气体在变压器油中的多个含量信息确定，具有较高的准确性。
在一个实施例中，上述变压器油中气体含量告警值的检测方法，可以包括：
步骤一：搜集变压器油中溶解气体检测数据；
步骤二：并按照拉依达准则法剔除异常值；
步骤三：将变压器油色谱数据的C2H6(乙烷)气体通过0值样本(零值样本)和非0值样本(非零值样本)的分类，得到0值样本和非0值样本占总体样本的比例分别为10.6％和89.4％；
步骤四：对非零值样本进行分布检验：设定置信度为95％，对常见分布进行检验，显著性均小于0.05。所以则直接对非零值样本进行拟合，其中样本标准差s＝8.3412，Q＝4.6，从而得到估计的窗宽h＝0.58632，变压器油色谱数据的C2H6气体的百分比图如图2所示，C2H6零值样本百分比图如图3所示，C2H6非零值样本拟合概率密度函数图如图4所示，C2H6非零值样本拟合分布函数图如图5所示。
步骤五：设定指定概率(气体含量参考值)为95％；
步骤六：利用非0值样本所得到的分布函数确定分布函数值为(95％-10.6％)/89.4％＝94.77％下的气体含量为18.45μL/L，从而得到C2H6气体的告警值。
通过上述方法确定告警值可以避免气体种类少、不够全面的缺点。且在求解告警值过程中用参数估计(即分布检验得到服从的常见分布模型)和非参数估计互补，参数估计对数据有较强的假定条件，当满足假定条件时，参数方法能够广泛充分地提取信息。当不满足假定条件时用非参数方法，它是一种不事先对概率密度函数的具体函数形式作出假设的、直接从样本建立对概率密度函数的估计。且非参数方法具有稳健性，当真实模型与理论模型偏差不大时，统计方法仍能维持较良好性质。所以用参数估计和非参数估计互补能得到准确的概率密度函数图和分布函数图。通过得到分布函数图对各种色谱气体的注意值进行计算，从而准确的找到变压器状态的评估依据，以制定变压器检修方案，确保变压器在电网的安全运行。
参考图6，图6所示为一个实施例的变压器油中气体含量告警值的检测系统结构示意图，包括：
第一获取模块10，用于获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；
划分模块20，用于将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；其中，所述零值样本是指取值为零的气体含量样本，非零值样本是指取值不为零的气体含量样本；
第二获取模块30，用于获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；
确定模块40，用于根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；
计算模块50，用于根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
在一个实施例中，上述第一获取模块可以进一步用于：
以设定频率检测变压器油中目标气体的含量，得到目标气体的多个含量实测值；
在变压器油的气体含量历史数据中获取目标气体的多个历史含量值；
根据所述含量实测值和历史含量值确定目标气体的气体含量样本。
本发明提供的变压器油中气体含量告警值的检测系统与本发明提供的变压器油中气体含量告警值的检测方法一一对应，在所述变压器油中气体含量告警值的检测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于变压器油中气体含量告警值的检测系统的实施例中，特此声明。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种变压器油中气体含量告警值的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；
将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；其中，所述零值样本是指取值为零的气体含量样本，非零值样本是指取值不为零的气体含量样本；
获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；所述获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数的过程包括：
对所述非零值样本进行分布检验，得到非零值样本的概率密度函数f(x)；通过公式得到分布函数F(x)；
或，
对所述非零值样本进行非参数密度估计得到非零值样本的概率密度函数f(x)；通过公式得到分布函数F(x)；
根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；
根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值；
所述根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值的过程包括：
将所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值代入气体含量参考值计算公式计算气体含量参考值；其中，所述气体含量参考值计算公式为D＝(c％-a％)/b％，D为气体含量参考值，a％为零值比例，b％为非零值比例，c％为预设的概率阈值；
将所述气体含量参考值代入分布函数，计算所述气体含量参考值在分布函数上对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
2.根据权利要求1所述的变压器油中气体含量告警值的检测方法，其特征在于，所述获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本的过程包括：
以设定频率检测变压器油中目标气体的含量，得到目标气体的多个含量实测值；
在变压器油的气体含量历史数据中获取目标气体的多个历史含量值；
根据所述含量实测值和历史含量值确定目标气体的气体含量样本。
3.根据权利要求1所述的变压器油中气体含量告警值的检测方法，其特征在于，所述将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数的过程前还包括：
计算气体含量样本的算术平均值；其中，为算术平均值，n为气体含量样本的个数，xi(i＝1…n)表示第i个气体含量样本；
计算气体含量样本的标准误差；其中，s为标准误差；
将满足误差公式的气体含量样本设为异常值，并从气体含量样本中剔除所述异常值；其中，所述误差公式为k为误差系数，符号*表示相乘。
4.根据权利要求1所述的变压器油中气体含量告警值的检测方法，其特征在于，所述对所述非零值样本进行非参数密度估计得到非零值样本的概率密度函数f(x)的过程包括：
对所述非零值样本进行非参数密度估计得到概率密度函数为：其中，K(u)是非参数密度估计的基准核函数，l为非零值样本的个数；h是对f(x)的局部光滑参数，s为样本标准差Q为非零值样本x1,...xl的75％分位数与25％分位数之差，即Q＝x[0.75l]-x[0.25l]。
5.根据权利要求1至4任一项所述的变压器油中气体含量告警值的检测方法，其特征在于，所述概率阈值的取值范围为90％～99％。
6.一种变压器油中气体含量告警值的检测系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取目标气体在变压器油中的多个含量值，得到目标气体的多个气体含量样本；
划分模块，用于将所述气体含量样本划分为零值样本和非零值样本，并分别获取零值样本和非零值样本的个数；其中，所述零值样本是指取值为零的气体含量样本，非零值样本是指取值不为零的气体含量样本；
第二获取模块，用于获取所述非零值样本的概率密度函数，根据所述概率密度函数确定所述非零值样本的分布函数；所述第二获取模块进一步用于：
对所述非零值样本进行分布检验，得到非零值样本的概率密度函数f(x)；通过公式得到分布函数F(x)；
或，
对所述非零值样本进行非参数密度估计得到非零值样本的概率密度函数f(x)；通过公式得到分布函数F(x)；
确定模块，用于根据零值样本的个数计算零值样本在气体含量样本的零值比例，根据非零值样本的个数计算非零值样本在气体含量样本中的非零值比例；
计算模块，用于根据所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值计算气体含量参考值，在所述分布函数中查找所述气体含量参考值对应的函数取值，得到目标气体的告警值；所述计算模块进一步用于：
将所述零值比例、非零值比例以及预设的概率阈值代入气体含量参考值计算公式计算气体含量参考值；其中，所述气体含量参考值计算公式为D＝(c％-a％)/b％，D为气体含量参考值，a％为零值比例，b％为非零值比例，c％为预设的概率阈值；
将所述气体含量参考值代入分布函数，计算所述气体含量参考值在分布函数上对应的函数取值，得到目标气体的告警值。
7.根据权利要求6所述的变压器油中气体含量告警值的检测系统，其特征在于，所述第一获取模块进一步用于：
以设定频率检测变压器油中目标气体的含量，得到目标气体的多个含量实测值；
在变压器油的气体含量历史数据中获取目标气体的多个历史含量值；
根据所述含量实测值和历史含量值确定目标气体的气体含量样本。
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