CN109541350A - 基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力变压器状态评估领域，涉及基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，该变压器状态评价方法包括：1：获取一段时间内连续的变压器绝缘油气体色谱分析数据；2：根据自适应多元累积和控制图的要求对数据进行预处理；3：根据自适应多元累积和控制图的公式计算出控制图的统计量和控制限；4：绘出自适应多元累积和控制图，对控制图进行分析判断变压器运行状态步骤。该变压器状态评价方法，利用现有监测获得的大量数据、能够更早的通过控制图发现变压器的异常运行状态。

Description

基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法

技术领域

本发明属于电力变压器状态评估领域，尤其是涉及一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法。

背景技术

变压器作为电力系统中至关重要的一环，当变压器出现故障时，对供电服务造成重大影响的同时还会造成设备损失，保障变压器能够一直处于良好的运行状态不发生故障一直以来为电力检修部门工作的核心。变压器运行状态的健康与否通过变压器的状态数据是否正常来反映，在正常情况下，变压器的状态数据会在正常值的一定范围内波动，这种波动从具体数据上显示了变压器运行状态是否稳定，影响这种波动的因素很多，例如变压器硬件设备的老化、外部环境改变造成的影响、测量仪器测量时产生的误差等。对实时监测获得的变压器状态数据进行分析和状态评价，通过分析结果和状态评价决定是否要对变压器进行停电检修。现在，进一步发展的状态监测技术使得关于变压器的状态的监测方法越来越多、手段也越来越丰富，同时也通过先进的监视设备获得的数据日趋丰富和多样化。

但是目前在对变压器状态判断方面的方法却不多，现有的判断方法均采用阈值比较法，这种方法虽然简单，但是阈值的设定缺乏理论依据，而且没有充分利用先进手段所获得的监测数据中的信息；通过单参数分别评判的方法无法反映多个参数之间关系的变化情况，效率较低，也难以反映多个监控参数之间的关系变化以及性能趋势的变化情况，而且发出警报时相对而言比较晚不能更早的发现故障。

公开号为CN 108680814 A的文献涉及变压器状态评估技术领域，特别涉及一种多维度变压器运行状态评价方法，包含：采集变压器油运行状态的色谱分析数据、电气试验数据和油化试验数据，将获取到的数据作为样本数据并进行标准化处理；将标准化处理后的数据划分为训练样本和测试样本；利用训练样本并结合支持向量机，构建变压器运行状态多维度评价模型，获取故障诊断的目标函数；迭代求解变压器运行状态多维度评价模型中目标函数的最佳可行解，虽然该文献通过油中溶解气体、局部放电、绕组变形与热点温升、绝缘微水等多维度进行评价，故障诊断时间短，收敛速度快等优点，获得较高的准确率；利用多因素进行证据融合，可信度较高，评估结论清晰、准确，实用性和可操作性强，但该文献的分析方法不够直观。

公开号为CN 105095621 A的文献涉及一种变压器在线运行状态评价方法，该方法主要包括以下步骤 1) 获取变压器的历史、实时和未来三态运行数据，然后进行分类整合；2) 建立变压器的评价模型 ；3) 按分层分区原则将评价指标分成六大类二十五个子指标，基于运行数据分别计算各子指标 ；4) 基于层次分析法计算得到一个综合指标来评价变压器在线运行状态，虽然该文献的方法提出了基于变压器运行数据的综合评价指标的计算方法，量化了影响变压器运行的各类因素，全面评估了变压器在线运行状态，保证了变压器的安全经济运行，但该文献方法监测数据利用率低、参数之间无法关联、效率较低、难以反映数据变化趋势、报警时间较晚。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，解决目前所采用方法监测数据利用率低、参数之间无法关联、效率较低、难以反映数据变化趋势、报警时间较晚的技术问题，力求准确及早地发现变压器中存在的早期故障，并及时发出预警提示。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，包括以下步骤：

步骤1：按照电力公司的油化试验技术操作要求，在一段时间内连续的抽取变压器的绝缘油样本，使用气相色谱仪对抽取的绝缘油样本进行分析，获得绝缘油样本中的气体数据；

步骤2：按照自适应多元累积和控制图的要求对上述步骤1获得的绝缘油中的气体数据进行初步处理,得到初步处理数据；

步骤3：将上述步骤2的初步处理数据，代入自适应多元累积和控制图的统计量的计算公式中得到控制图的统计量，通过相应的方法得到控制限；

步骤4：利用上述步骤3得到的统计量和控制限，使用绘图工具绘出自适应多元累积和控制图，利用自适应多元累积和控制图对变压器运行状态进行评价。

进一步的，所述步骤1中的气体数据包括气体种类和气体含量。

进一步的，所述的气体种类为五种气体，分别为：CH₄、C₂H₂、C₂H₆、C₂H₄和H₂。

进一步的，所述步骤2中的初步处理包括以下步骤：

S1：根据绝缘油样本的样品数和统计学的要求，将绝缘油样本分为数量适当的子组；

S2：对步骤S1中的子组中的样本作均值处理；

S3：利用数学分析软件计算出绝缘油样本的均值、方差、协方差；

S4：使用数学分析软件对绝缘油样本的正态性检验，如不满足则使用Johnson变换将非正态分布转换为正态分布。

进一步的，所述步骤3中的相应方法包括以下步骤：

A：将统计的绝缘油样本近似为状态有限的马尔科夫链；

B：把统计量对应成马尔科夫链的各个状态空间；

C：写出转移概率矩阵，得到两组ARL曲线，将得到的转移概率矩阵和ARL曲线使用插值法或者近似计算公式得到控制图的控制限。

进一步的，自适应多元累积和控制图是动态的，每一个统计量所对应的控制限都是一一对应。

进一步的，所述步骤4中的评价标准为自适应多元累积和控制图的统计量越过控制限时，说明变压器的运行状态出现了异常状况。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，根据数学原理假设检验来构造控制图，能够通过控制图数据是否超过控制限来判断生产的产品品质是否失控。利用控制图，可以按时间顺序将变压器状态监测数据的典型特征（如均值、标准差）的变化以图表的形式展现出来，通过自适应多元累积和控制图的变压器状态有利于直观了解变压器状态参数的分布及变化情况，为变压器的运行过程是否发生异常提供判断依据。

2、本发明提供一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，能够良好的利用现有监测获得的大量数据、更早的发现变压器的异常运行状态。如果变压器存在早期故障，应用此方法可以对日常试验的监测数据进行分析，通过控制图分析发现变压器的异常状态，在传统方法的基础上提前4到6天对运检部门发出预警，提醒人员进行变压器检修。此方法的应用能够有效解决传统方式中存在的不足，实现提前发现变压器的早期故障的目的，为提高变压器的运行可靠性提供了有效的技术手段，在变压器出现明显故障之前解决问题，防止因变压器故障而造成损失。

附图说明

图1为本发明的自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法的流程图；

图2为本发明的自适应多元累积和控制图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，包括以下步骤：

步骤1：通过各电力公司的油化班的油化试验，按照技术操作要求在一段时间内连续的抽取变压器的绝缘油样本，使用气相色谱仪对抽取的绝缘油样本进行分析，获得绝缘油样本中的气体数据；

在本发明中，主要采用五项与变压器运行状态关系密切的气体——CH₄、C₂H₂、C₂H₆、C₂H₄以及H₂的气体数据，所述步骤1中的气体数据包括这五种气体和五种气体的气体含量。使用气相色谱仪分析得到绝缘油中CH₄、C₂H₂、C₂H₆、C₂H₄、H₂五种气体的含量数据。

步骤2：按照自适应多元累积和控制图的要求对上述步骤1获得的绝缘油中的气体数据进行初步处理,得到初步处理数据；

所述步骤2中的初步处理包括以下步骤：

S1：由气相色谱分析得到五种气体的含量数据后，根据获得的绝缘油样本数和统计学的要求，将绝缘油样本分为数量适当的子组；

S2：由于步骤S1中每个子组中可能存在不止一个样品，这时需要对子组中的样本作均值处理；

S3：由于控制图的控制参数计算式需要相应的数据，所以利用数学分析软件计算出样本的均值、方差、协方差。

S4：控制图的特性要求分析的样本必须满足正态分布，再使用数学分析软件进行样本的正态性检验，如不满足则使用Johnson变换将非正态分布转换为正态分布，自此完成了数据的初步处理。

步骤3：将上述步骤2的初步处理数据，代入自适应多元累积和控制图的统计量的计算公式中得到控制图的统计量，通过相应的方法得到控制限。

其中：统计量计算式如下：

所述步骤3中的相应方法包括以下步骤：

A：将统计的绝缘油样本近似为状态有限的马尔科夫链；

B：把统计量对应成马尔科夫链的各个状态空间；

C：写出转移概率矩阵，得到两组ARL曲线（ARL1和ARL0），将得到的转移概率矩阵和ARL曲线使用插值法或者近似计算公式得到控制图的控制限，完成控制图的控制参数的计算。

步骤4：利用上述步骤3得到的统计量和控制限（控制限需要根据数据和变压器安全要求通过公式进行计算，不同的案例有不同的控制限，详见上述步骤3中的步骤C），使用绘图工具绘出自适应多元累积和控制图，根据某例数据绘出的控制图（图2中的控制限U_cl=5.400），利用自适应多元累积和控制图对变压器运行状态进行评价。

自适应多元累积和控制图是基于中计算得出的控制参数使用绘图软件制出的，由于自适应多元累积和控制图是动态的，每一个统计量所对应的控制限都是一一对应的。自适应多元累积和控制图中横坐标为子组（一个子组为一天），纵坐标为统计值，从中可以看到，从第14日开始直到第23日统计量超过上控制限，表明运行过程中变压器各状态指标的均值出现了显著偏移，或是协方差出现了异常，反映出变压器的状态参数出现了一定程度的失控，那么就意味着运行状态出现了异常，变压器可能存在早期故障。从变压器的运行日志可知，从17日起在该段时间内，CH₄、C₂H₂、C₂H₆、C₂H₄和H₂含量都出现了较大波动，现实情况也证实了变压器在这段时间里确实发生了故障。可见本方法能够在传统方法发现前四天左右发现变压器的早期故障。

观察每一个子组，它的统计量是否超过了本子组的控制限，如果没有超过则说明变压器处于正常运行状态，根据它的统计量的变化还可以判断变压器的运行是否稳定；如果统计量超过了控制限，那么说明变压的运行状态出现了异常，可能存在变压器的早期故障，同时自适应多元累积和控制图发出警报，提醒检修部门及时派人员进行检修，在变压器出现明显故障之前解决问题，防止因变压器故障而造成损失。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：按照电力公司的油化试验技术操作要求，在一段时间内连续的抽取变压器的绝缘油样本，使用气相色谱仪对抽取的绝缘油样本进行分析，获得绝缘油样本中的气体数据；

步骤2：按照自适应多元累积和控制图的要求对上述步骤1获得的绝缘油中的气体数据进行初步处理,得到初步处理数据；

步骤3：将上述步骤2的初步处理数据，代入自适应多元累积和控制图的统计量的计算公式中得到控制图的统计量，通过相应的方法得到控制限；

步骤4：利用上述步骤3得到的统计量和控制限，使用绘图工具绘出自适应多元累积和控制图，利用自适应多元累积和控制图对变压器运行状态进行评价。

2.根据权利要求1所述的基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：所述步骤1中的气体数据包括气体种类和气体含量。

3.根据权利要求2所述的基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：所述的气体种类为五种气体，分别为：CH₄、C₂H₂、C₂H₆、C₂H₄和H₂。

4.根据权利要求1所述的基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：所述步骤2中的初步处理包括以下步骤：

S1：根据绝缘油样本的样品数和统计学的要求，将绝缘油样本分为数量适当的子组；

S2：对步骤S1中的子组中的样本作均值处理；

S3：利用数学分析软件计算出绝缘油样本的均值、方差、协方差；

S4：使用数学分析软件对绝缘油样本的正态性检验，如不满足正态性检验条件，则使用Johnson变换将非正态分布转换为正态分布。

5.根据权利要求1所述的基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：所述步骤3中的相应方法包括以下步骤：

A：将统计的绝缘油样本近似为状态有限的马尔科夫链；

B：把统计量对应成马尔科夫链的各个状态空间；

C：写出转移概率矩阵，得到两组ARL曲线，将得到的转移概率矩阵和ARL曲线使用插值法或者近似计算公式得到控制图的控制限。

6.根据权利要求1所述的基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：自适应多元累积和控制图是动态的，每一个统计量所对应的控制限都是一一对应。

7.根据权利要求1所述的基于自适应多元累积和控制图的变压器状态评价方法，其特征在于：所述步骤4中的评价标准为自适应多元累积和控制图的统计量越过控制限时，说明变压器的运行状态出现了异常状况。