CN107064758A

CN107064758A - 一种干式变压器在线监测装置及监测方法

Info

Publication number: CN107064758A
Application number: CN201710251132.5A
Authority: CN
Inventors: 孙建辉; 刘小平; 刘明; 吴桂林; 郑才生; 陈浪; 邓万彬
Original assignee: JIANGXI MINGZHENG SUBSTATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: JIANGXI MINGZHENG SUBSTATION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2017-08-18

Abstract

本发明涉及一种干式变压器在线监测装置及监测方法，主要解决现有技术中存在的检测准确性低的技术问题，本发明通过采用包括位于干式变压器内壁的参数采集装置，与参数采集装置连接的参数发射装置，与参数发射装置对应设置的数据处理终端，所述数据处理终端包括参数接收装置；使用改进层次分析法确定主观权重，熵值法确定客观权重；确定组合权重，计算出最优权重向量α_*，根据最优权重向量α_*计算出各干式变压器参数对应的最优权重；使用雷达图分析法进行评估计算的技术方案，较好的解决了该问题，可用于干式变压器的工业生产中。

Description

一种干式变压器在线监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及干式变压器测量领域，特别涉及到一种干式变压器在线监测装置及监测方法。

背景技术

干式变压器作为电气设备，在店里系统中具有重要地位，其是否可靠运行关系到电网的稳定安全。现有电网公司都是采取定期检修方式，然而这种方式会导致检修过度、检修不足的问题。依据干式变压器的状态进行检修，可以节约大量的人力物力，最大限度地保证电网的安全可靠性。因此，对干式变压器状态进行精确评估就具有意义。

现有的干式变压器评估，一般采用物元利润、模糊综合评判、贝叶斯网络、灰靶利润、云模型等监测方法。应用模糊综合评判，存在不能客观反映异常值。现有的改进是使用变权代替常权，更加贴近实际运行状态，但是忽略了信息的不充分性。因此，提供一种准确的干式变压器状态监测装置及监测方法就很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的忽略信息不充分性、准确度低、计算复杂的问题。提供一种新的干式变压器在线监测装置，该干式变压器在线监测装置具有采集信息全面、智能化、使用方便的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种干式变压器在线监测装置，所述在线监测装置包括位于干式变压器内壁的参数采集装置，与参数采集装置连接的参数发射装置，与参数发射装置对应设置的数据处理终端，所述数据处理终端包括参数接收装置；所述参数采集装置包括数据采集卡，与数据采集卡连接的放电量采集单元、温度采集单元及噪音采集单元；所述参数发射装置包括信号处理单元，与信号处理单元连接的发射天线；所述发射天线工作频段覆盖参数采集装置工作频率；所述放电量采集单元包括超高频传感器及超声波传感器，与超高频传感器连接的检波放大电路，与所述超声波传感器连接的分离放大单元；所述检波放大电路与分离放大单元均与数据采集卡连接；所述参数接收装置包括接收天线，与接收天线连接的低噪声放大器，与低噪声放大器连接的滤波器，与滤波器连接的信号处理单元。

本发明采用在干式变压器内分布设置参数采集装置，参数采集装置后端设置参数发射装置，通过无线方式，将采集的参数发送到信号处理单元处。其中，在参数接收装置处设置低噪声放大器，能够将信号线性放大，通过滤波器滤除干扰，有利于信号处理单元进行进一步计算。本发明中的干式变干式变压器参数包括放电量参数、温度参数及噪音参数，放电量参数通过超高频传感器及超声波传感器的组合使用能够精确有效的采集。

上述方案中，为优化，进一步地，所述温度采集单元包括分布设置的铂电阻温度传感器，与铂电阻温度传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

进一步地，所述噪音采集单元包括声音传感器，与声音传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

进一步地，所述噪音采集单元包括振动传感器，与振动传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

本发明还提供一种基于权利要求1-4的干式变压器在线监测方法，包括：

(1)采集干式变压器参数，输入各参数的数据，干式变压器参数包括局部放电参数，噪音参数，温度参数，所述局部放电参数、噪音参数及温度参数均包括5组数据；

(2)根据步骤(1)中参数数据，分别确定主观权重及客观权重，确定主观权重使用改进层次分析法；确定客观权重包括设定干式变压器的4种工作状态，分别为正常状态、注意状态、异常状态及严重状态；根据参数数据确定评价因素对状态的隶属度，形成评价矩阵B，根据评价矩阵B使用熵值法确定客观权重；

(3)根据步骤(2)中主观权重与客观权重确定组合权重，计算出最优权重向量α_*，根据最优权重向量α_*计算出各干式变压器参数对应的最优权重；

(4)使用雷达图分析法进行评估计算；

(5)获得评估结果；

其中，l为正整数，k为正整数，k＝1,2,3...,l,m为正整数，n为正整数，i为正整数，j为正整数。

上述方案中，为优化，进一步地，所述步骤(2)中改进层次分析法包括：

利用三标度法建立判断矩阵A：

根据判断矩阵A计算出判断矩阵C_ij：

根据判断矩阵C_ij，形成拟优一致矩阵并求出对应参数下最大特征值为主观权重值，主观权重值为最大特征值对应的特征向量，归一化主观权重值。

进一步地，所述步骤(3)中包括：

使用权重向量w＝(w1,w2,...,w_n)^T，建立单目标规划模型：

根据拉格朗日常数计算监测方法及单目标规划模型，计算求解出各干式变压器参数的最优权重向量α_*＝(α₁，α_,2，...α_l)^T，计算出各干式变压器参数对应的最优权重。

进一步地，步骤(4)中所述雷达图分析法包括：

(a)以原点为圆心，垂直向上引出一条射线，长度为1个单位，将局部放电参数指标权重转化为角度值，然后以该条射线为基础，绘制噪音参数对应噪音射线、温度参数对应的温度射线，其中，权重转化角度值

(b)以圆点为起点，对每一扇形作角平分线，将各归一化指标作为角平分线长度，依次连接各点形成雷达图；

(c)依据步骤(b)中雷达图,计算各干式变压器参数对应的综合评估值；，设定正常状态阈值、注意状态阈值、异常状态阈值及严重状态阈值；通过综合评估值与正常状态阈值、注意状态阈值、异常状态阈值及严重状态阈值的对比确定干式变压器的工作状态。

进一步地，所述综合评估值为：

其中，C_i为雷达图面积的周长，S_i为雷达图面积。

为更加贴近干式变压器的真实情况。不仅需要主观性的经验，也需要考虑客观的设备本身情况，所以要将主观、客观两种权重监测方法进行组合赋权拟合。综合各种组合赋权监测方法，线性表示：w＝αu+(1-α)v，其中w为组合权重值，u我主观权重值，v为客观权重值，α为主管权重的系数，然而α的取值主观性太大，因此，本发明采用改进线性表示法，选取最小标准差差的原则进行组合赋权。假设运用客观、主观赋权法共l种，权重向量λ_k＝(λ_k1,λ_k2,...，λ_kn)^T，其中k＝1,2，...，l，组合赋权中，第i种赋权监测方法的权重为α_k，则不同赋权监测方法的权重向量为其中，本发明的优点是采用最优传递矩阵构造判断矩阵直接求权重，简化了计算，利用三度标法替代九度标法，进一步降低人的主管因素。客观赋权选用熵值法，对于干式变压器，引入熵值的理论，可以判断各参数指标的健康状态。熵值越小，包含的信息越多，在综合评价中其的作用越大，相应的权重越大；熵值越大，则权重越小。为使主客观趋于统一，加入权重向量w＝(w1,w2,...,w_n)^T，使决策结果与主客观各监测方法得到的总偏差最小，个监测方法的加权权重偏差取极小值。传统的雷达图分析法是评估综合实力而采取的财务综合评价法，现已经运用到汽车性能评估、电能质量、管理绩效等领域，适用于对多属性体系做出全局、整体评估。其评价原则是面积越大，表示该指标整体优势越大，面积越小、则该指标整体劣势越大。当面积一定时，周长越小，越类似圆，表示指标发展越协调。对于同一个指标，排列顺序不同，面积周长不同。本发明选取总面积与周长作为特征量，将二者的平均数作为评估指标，为本发明选用改进后的雷达图法对干式变压器进行评估，较现有监测方法，监测方法简洁直观，解决了评估过程中指标相对顺序会对评估结果产生影响的问题。

本发明的有益效果：

效果一，减小了评估算法计算量；

效果二，通过主客观结合、采用改进雷达图法方式增加了评估精确性；

效果三，通过使用无线布局，能够增加分布传感器的数量，提高参数数据测采集精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，在线监测装置示意图。

图2，测量监测方法流程示意图。

图3，实施例1分析结果示意图。

图4，实施例1中干式变压器评估雷达图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1，本实施例提供一种干式变压器在线监测装置，所述在线监测装置包括位于干式变压器内壁的参数采集装置，与参数采集装置连接的参数发射装置，与参数发射装置对应设置的数据处理终端，所述数据处理终端包括参数接收装置；所述参数采集装置包括数据采集卡，与数据采集卡连接的放电量采集单元、温度采集单元及噪音采集单元；所述参数发射装置包括信号处理单元，与信号处理单元连接的发射天线；所述发射天线工作频段覆盖参数采集装置工作频率；所述放电量采集单元包括超高频传感器及超声波传感器，与超高频传感器连接的检波放大电路，与所述超声波传感器连接的分离放大单元；所述检波放大电路与分离放大单元均与数据采集卡连接；所述参数接收装置包括接收天线，与接收天线连接的低噪声放大器，与低噪声放大器连接的滤波器，与滤波器连接的信号处理单元。

优选地，所述温度采集单元包括分布设置的铂电阻温度传感器，与铂电阻温度传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。通过使用铂电阻温度传感器，能够精确测量干式变压器温度参数。

优选地，所述噪音采集单元包括声音传感器，与声音传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

优选地，所述噪音采集单元包括振动传感器，与振动传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。通过测试干式变压器的振动参数与声波的参量关系，推导出声波的参数，进而计算出噪声的参数。

本实施例还提供一种干式变压器在线监测方法，如图2，包括：

(2)根据步骤(1)中参数数据，确定主观权重使用改进层次分析法确定局部放电参数主观权重，包括利用三标度法建立判断矩阵A：

根据判断矩阵A计算出判断矩阵C_ij：

根据判断矩阵C_ij，形成拟优一致矩阵并求出对应参数下最大特征值为主观权重值，局部放电参数主观权重值为最大特征值对应的特征向量，w₁＝(0.805,0.055,0.168,0.510,0.105)^T,归一化局部放电参数主观权重值w'₁＝(0.585,0.035,0.168,0.250,0.075)^T,。

依据相同的步骤计算出噪音参数，温度参数的归一化权重值

w'₂＝(0.085,0.035,0.158,0.310,0.135)^T,

w'₃＝(0.045,0.235,0.358,0.310,0.135)^T,

确定局部放电参数的客观权重：包括设定干式变压器的4种工作状态，分别为正常状态、注意状态、异常状态及严重状态；根据参数数据确定评价因素对状态的隶属度，形成评价矩阵B，根据评价矩阵B使用熵值法确定客观权重，

局部放电参数客观权重w₁‘’＝(0.1864,0.2136,0.1828,0.2167,0.2005)^T,依据同样的方式得出噪音参数，温度参数的客观权重值

w₂‘’＝(0.0921,0.1176,0.2428,0.2970,0.2505)^T,

w₃‘’＝(0.2621,0.1776,0.1428,0.1770,0.2405)^T,

使用权重向量w＝(w1,w2,...,w_n)^T，建立单目标规划模型：

根据拉格朗日常数计算监测方法及单目标规划模型，计算求解出各干式变压器参数的最优权重向量α_*＝(α₁，α_,2，...α_l)^T，计算出各干式变压器参数对应的最优权重；

局部放电参数最优权重w₁ ²＝(0.5432,0.0276,0.1028,0.2678,0.0595)^T,

噪音参数最优权重w₁ ²＝(0.0864,0.0376,0.5478,0.1678,0.1595)^T,

温度参数最优权重w₁ ²＝(0.2864,0.1276,0.2028,0.2237,0.1595)^T,

局部放电参数，噪音参数及温度参数3项权重值为：

w＝(0.2866,0.2244,0.4890)^T,

(4)如图4，使用雷达图分析法进行评估计算；(a)以原点为圆心，垂直向上引出一条射线OA，长度为1个单位，将局部放电参数指标权重转化为角度值，然后以该条射线为基础，绘制噪音参数对应噪音射线OB、温度参数对应的温度射线OC，其中，权重转化角度值

进一步地，所述综合评估值为：

其中，C_i为雷达图面积的周长，S_i为雷达图面积。计算出S₁＝0.4，L₁＝6.52，局部放电参数综合评估值为η₁＝0.1712，温度参数综合评估值为η₂＝0.1756，噪声参数综合评估值为η₃＝0.1442；

对比干式变压器4种状态，用改进雷达图法计算分析，分析结果如图3。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种干式变压器在线监测装置，其特征在于：所述在线监测装置包括位于干式变压器内壁的参数采集装置，与参数采集装置连接的参数发射装置，与参数发射装置对应设置的数据处理终端，所述数据处理终端包括参数接收装置；

所述参数采集装置包括数据采集卡，与数据采集卡连接的放电量采集单元、温度采集单元及噪音采集单元；所述参数发射装置包括信号处理单元，与信号处理单元连接的发射天线；所述发射天线工作频段覆盖参数采集装置工作频率；

所述放电量采集单元包括超高频传感器及超声波传感器，与超高频传感器连接的检波放大电路，与所述超声波传感器连接的分离放大单元；所述检波放大电路与分离放大单元均与数据采集卡连接；

所述参数接收装置包括接收天线，与接收天线连接的低噪声放大器，与低噪声放大器连接的滤波器，与滤波器连接的信号处理单元。

2.根据权利要求1所述的干式变压器在线监测装置，其特征在于：所述温度采集单元包括分布设置的铂电阻温度传感器，与铂电阻温度传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

3.根据权利要求1所述的干式变压器在线监测装置，其特征在于：所述噪音采集单元包括声音传感器，与声音传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

4.根据权利要求1所述的干式变压器在线监测装置，其特征在于：所述噪音采集单元包括振动传感器，与振动传感器连接的信号转换电路，与信号转换电路连接的AD采样模块，所述AD采样模块与数据采集卡连接。

5.一种基于权利要求1-4的干式变压器在线监测方法，其特征在于：所述在线监测方法包括：

(4)使用雷达图分析法进行评估计算；

(5)获得评估结果；

6.根据权利要求5所述的干式变压器在线监测方法，其特征在于：所述步骤(2)中改进层次分析法包括：

利用三标度法建立判断矩阵A：

根据判断矩阵A计算出判断矩阵C_ij：

根据判断矩阵C_ij，形成拟优一致矩阵并求出对应参数下最大特征值为主观权重值

计算出主观权重值，主观权重值为最大特征值对应的特征向量，归一化主观权重值。

7.根据权利要求5所述的干式变压器在线监测方法，其特征在于：所述步骤(3)中包括：

使用权重向量w＝(w1,w2,...,w_n)^T，建立单目标规划模型：

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>Q</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>l</mi> </munderover> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>k</mi> </msub> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>j</mi> </msub> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>l</mi> </munderover> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

根据拉格朗日常数计算监测方法及单目标规划模型，计算求解出各干式变压器参数的最优权重向量α_*＝(α₁，α,₂，...α_l)^T，计算出各干式变压器参数对应的最优权重。

8.根据权利要求5所述的干式变压器在线监测方法，其特征在于：步骤(4)中所述雷达图分析法包括：

9.根据权利要求8所述的干式变压器在线监测方法，其特征在于：所述综合评估值为：

其中，C_i为雷达图面积的周长，S_i为雷达图面积。