CN114779127A - 一种电力变压器出线短路冲击管控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种电力变压器出线短路冲击管控系统，包括历史故障信息模块、数据获取模块、数据输入模块、数据处理模块、短路故障诊断模块、数据调用模块、单项试验诊断模块、主变油色谱检测模块、综合管控模块。本发明还包括电力变压器出线短路冲击管控系统的使用方法。利用本发明，能够对变压器近区短路中的故障情况进行判断，并对故障后变压器的状态进行合理分析，获知变压器的健康状况从而为其检修提供依据。

Description

一种电力变压器出线短路冲击管控系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种管控系统，具体涉及一种电力变压器出线短路冲击管控系统及其方法。

背景技术

变压器是电网的核心设备之一，其稳定、可靠运行将对电力系统意义重大。由于设计制造、工艺及运维水平限制或系统故障，变压器的损坏时有发生。统计表明，随着电网的迅猛发展，电力系统短路容量增加，近区短路故障的大电流冲击是近年来造成变压器损坏的主要原因：受到近区短路时大电流下的电动力和机械力的作用，变压器绕组将发生变形，绕组变形后可能引起局部放电，在局部放电的长期作用下，变压器绝缘损伤部位逐渐扩大，最终可能导致变压器的绝缘发生击穿。同时，当设备遭受过电压时，绕组很有可能发生匝间短路而导致变压器绝缘击穿。因而判断分析变压器遭受短路冲击的情况及其受损情况，对掌握变压器状况，合理决定检修决策具有重要意义。

近年来，为加强变压器短路冲击管控，防范变压器遭受近区短路冲击损坏，电力公司出台了多个专业管理文件，从短路冲击数据收集、分析、管理及预警等方面提出了多项管控措施，但受短路冲击基础数据量大、数据获取不及时、人工处理效率低、基层班组承载力有限等诸多因素影响，虽然取得了一些成效，但仍未杜绝变压器短路冲击损坏事件的发生。因此，为进一步提高变压器运行水平，有必要利用数字化手段，依托多源数据实现变压器短路冲击管控，降低变压器短路冲击损坏风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种变压器短路冲击管控效果好、能降低变压器短路冲击损坏风险的电力变压器出线短路冲击管控系统及其方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种电力变压器出线短路冲击管控系统，包括历史故障信息模块、数据获取模块、数据输入模块、数据处理模块、短路故障诊断模块、数据调用模块、单项试验诊断模块、主变油色谱检测模块、综合管控模块，所述历史故障信息模块输送存储信息至短路故障诊断模块和单项试验诊断模块，数据获取模块输送获取的信息至短路故障诊断模块，数据输入模块通过数据处理模块与短路故障诊断模块连接，数据调用模块连接单项试验诊断模块，数据分析模块获取状态监测系统中变压器油色谱数据，短路故障诊断模块和单项试验诊断模块及主变油色谱检测模块连接综合管控模块，综合管控模块输出控制策略。

一种电力变压器出线短路冲击管控系统的使用方法，包括所述的电力变压器出线短路冲击管控系统，包括以下步骤：

步骤一： 针对各特征量及管控状态量预先设置参数；

步骤二：通过历史故障信息模块存储历史跳闸信息和故障电流信息，将故障后的保护动作图与故障录波图通过所述数据输入模块输入系统，同时输入对应变压器的设备名称及设备编号，系统通过所述数据调用模块自动从PMS系统中调取当前变压器本次及历史的频率响应试验、短路阻抗试验、电容量试验、电压比试验数据，从状态监测系统获取变压器油色谱检测数据；

步骤三：所述数据处理模块对输入的故障录波图进行处理，提取短路电流峰值与持续过流时间；

步骤四：所述短路故障诊断模块根据提取的三相电流的幅值对故障相别进行判别，根据保护动作的信息与存储单元中的判别标准进行匹配，确定故障类型；

步骤五：所述单项试验诊断模块将本次试验的状态量值与历史值进行比较得出差值，三相状态量中有一项差值超过设定的阈值，则将该项状态量的健康分数置0；

步骤六：所述主变状态检测分析模块将变压器受到冲击后的油色谱数据进行甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气及三比值法的自动分析，获取变压器状态情况；

步骤七：所述综合管控模块计算变压器状态的综合分数，对计算结果进行判断。

进一步，步骤一中的特征量及管控状态量设置具体包括以下步骤：

（1）频率响应试验、短路阻抗试验、电容量试验、电压比试验、油色谱检测数据的阈值，现有标准给定的特征参量阈值往往体现同类设备的平均水平，无法反映设备间的差异性，利用上述阈值构造的评价方法往往无法反应设备的真实状态水平，进而降低了指标的可信度和评价结果的精确度。本发明提出基于设备状态分布概率的特征参量差异化阈值权重计算方法，即通过收集故障特征参量的全量历史数据，利用两参数威布尔模型的概率密度函数和累积分布函数，获取设备状态分布概率和平均故障概率，利用逆累积分布函数反演计算出各个故障特征参量的离散区间和差异化预警值。由于上述所述变压器特征参量均为负劣化特征参量，即特征参量量测值随着设备状态的劣化而下降。构造式(1)~(4)所示的隶属函数，如图2所示，由图可知，随着特征参量量测值的不断增加，设备状态劣化趋势的隶属度越低；

正常状态：

注意状态：

异常状态：

严重状态：

其中，x_I、x_II和x_III分别为特征参量的注意值、异常值和严重值；

（2）设置故障特征量的权重初始值为

，变压器各状态量的权重初始值为

，各权重值的取值范围为可以设置在0~1之间，并且满足其和等于1；为了 避免人为设定权重的不合理性以及偏好，提出基于熵权法的特征参量的权重计算，采用式 （5）：

(5)

其中，

为指标的客观权重值，

为特征参量数据。

（3）每个故障特征量可以设置多个指标值范围，对应不同的分数，以衡量故障特征 量的影响程度，分数的取值可以设置为0-100之间。例如，设置电流幅值在小于

大于

三个范围段，对应的分数值设定为0、a、100，表示当电流较小时其 影响程度较低，电流较大时，影响程度大，在中间段内将产生一定影响；

电流幅值指标值范围用变压器额定电流In的倍数表示，存储系统按照设定的倍数及调用的变压器台账数据自动对范围值进行计算；

（4）每个变压器特征量的变化指标值范围设置为

，当特征量变化 值在该范围内则定义为该项特征量变化较小，健康评分为100，否则为0；

（5）设置变压器有i个综合状态，综合状态的名称记为

，对应不同 的变压器综合分数段。为了综合考虑不同特征参量及其权重的影响，提出基于加权模型的 多参量设备状态评估，设置

分成正常、注意、异常和严重四个状态。设有m类参量，则 建立加权模型，计算设备处于状态等级k的置信度方法如式(6)所示：

(6)

将

最大的计算结果作为该设备对应的状态。

利用本发明，能够对变压器造受出线短路冲击后，第一时间获取变压器跳闸、故障、保护动作等信息，对故障情况进行判断，并综合故障后变压器的多种检测试验信息对变压器健康状态进行合理分析诊断，获知变压器的健康状况，从而为变压器精准检修提供科学依据。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中的特征参量阈值隶属函数

的示意图。

图中：1-历史故障信息模块、2-数据获取模块、3-数据输入模块、4-数据处理模块、5-短路故障诊断模块、6-数据调用模块、7-单项试验诊断模块、8-数据分析模块、9-综合管控模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参照附图1，本实施例包括历史故障信息模块1、数据获取模块2、数据输入模块3、数据处理模块4、短路故障诊断模块5、数据调用模块6、单项试验诊断模块7、数据分析模块8、综合管控模块9。

其中，历史故障信息模块1输送历史跳闸和故障电流信息至短路故障诊断模块5和单项试验诊断模块7，数据获取模块2输送获取的信息至短路故障诊断模块5，数据输入模块3通过数据处理模块4与短路故障诊断模块5连接，数据调用模块6连接单项试验诊断模块7，数据分析模块8获取状态监测系统数据，进行油色谱检测分析，短路故障诊断模块5和单项试验诊断模块7及数据分析模块8连接综合管控模块9，综合管控模块8输出控制策略。

所述历史故障信息模块1用于存储预先设置的故障特征量的指标值范围、对应的分值及影响权重；也用于存储变压器各状态量的权重、各状态量指标值范围、综合状态及其对应的管控分数范围；

所述数据获取模块2用于从D5000镜像系统取10千伏和35千伏线路与所属主变对应关系，从调度云系统筛选线路近区短路跳闸信号，判断为近区短路的逻辑为“过流Ⅰ段保护&&出口&&动作”信息；

所述数据调用模块6用于从PMS系统（设备（资产）运维精益管理系统）中调用故障后设备的频率响应试验、短路阻抗试验、电容量试验、电压比试验的试验数据以及对应的历史试验数据；

所述数据输入模块3用于输入设备故障过程中的保护动作情况及故障录波图；

所述数据处理模块4用于对故障录波图进行分析处理，获取短路故障电流峰值及受电流冲击时长；

所述短路故障诊断模块5用于根据故障过程中的保护动作情况进行短路类型的判别，并对当次故障的电流峰值、持续时间与设定的相应指标值范围进行分析比较，根据短路电流幅值及其持续时间判别是否为近区短路，若判断结果为近区短路，则对当前故障的各特征量的影响程度进行评分；

所述单项试验诊断模块7用于将各状态量的当前值与历史值进行分析比较，并根据设定的指标值范围，对单项试验各状态量的变化程度进行评分；

所述数据分析模块8用于将变压器油色谱检测数据进行诊断分析，对变压器单项特征状态打分；

所述综合管控模块9用于根据故障中状态量的影响分值、单项试验各状态量变化程度管控分数以及历史故障信息模块中对应的权重计算变压器的综合状态分值，进而根据预设的综合状态及其对应的管控分数范围确定变压器的当前状态。

本实施例的电力变压器出线短路冲击管控系统的使用方法如下：

步骤一：首先针对各特征量及管控状态量预先设置以下参数：

假设本实施例中期望管控的故障特征量为电流幅值及持续时间，记为

；期望 管控变压器状态量为n个，记为

；

（1）频率响应试验、短路阻抗试验、电容量试验、电压比试验、油色谱检测数据的阈值，现有标准给定的特征参量阈值往往体现同类设备的平均水平，无法反映设备间的差异性，利用上述阈值构造的评价方法往往无法反应设备的真实状态水平，进而降低了指标的可信度和评价结果的精确度。本发明提出基于设备状态分布概率的特征参量差异化阈值权重计算方法，即通过收集故障特征参量的全量历史数据，利用两参数威布尔模型的概率密度函数和累积分布函数，获取设备状态分布概率和平均故障概率，利用逆累积分布函数反演计算出各个故障特征参量的离散区间和差异化预警值。由于上述所述变压器特征参量均为负劣化特征参量，即特征参量量测值随着设备状态的劣化而下降。构造式(1)-(4)所示的隶属函数，如图2所示，由图可知，随着特征参量量测值的不断增加，设备状态劣化趋势的隶属度越低。

正常状态：

注意状态：

异常状态：

严重状态：

其中，x_I、x_II和x_III分别为特征参量的注意值、异常值和严重值；针对本实施例，指电容量、短路阻抗、电压比、频率响应、油色谱的注意值、异常值和严重值，该三个值可从变压器行业标准中查询。

（2）设置故障特征量的权重初始值为

，变压器各状态量的权重初始值为

，各权重值的取值范围为可以设置在0~1之间，并且满足其和等于1；为了 避免人为设定权重的不合理性以及偏好，提出基于熵权法的特征参量的权重计算，采用式 （5）：

(5)

其中，

为指标的客观权重值，

为特征参量数据。

（3）每个故障特征量可以设置多个指标值范围，对应不同的分数，以衡量故障特征 量的影响程度，分数的取值可以设置为0-100之间。例如，设置电流幅值在小于

大于

三个范围段，对应的分数值设定为0、a、100，表示当电流较小时其 影响程度较低，电流较大时，影响程度大，在中间段内将产生一定影响；

电流幅值指标值范围用变压器额定电流In的倍数表示，存储系统按照设定的倍数及调用的变压器台账数据自动对范围值进行计算；

（4）每个变压器特征量的变化指标值范围设置为

，当特征量变化 值在该范围内则定义为该项特征量变化较小，健康评分为100，否则为0；

（5）设置变压器有i个综合状态，综合状态的名称记为

，对应不同 的变压器综合分数段。为了综合考虑不同特征参量及其权重的影响，提出基于加权模型的 多参量设备状态评估，设置

分成正常、注意、异常和严重四个状态。设有m类参量，则 建立加权模型，计算设备处于状态等级k的置信度方法如式(6)所示：

(6)

将

最大的计算结果作为该设备对应的状态。

步骤二：通过所述历史故障信息模块1存储以上所述各项管控指标，使用本实施例中的变压器近区短路后状态管控系统管控变压器的状态时，将故障后的保护动作图与故障录波图通过所述数据输入模块3输入系统，同时输入对应变压器的设备名称及设备编号，系统将通过所述数据调用模块6自动从PMS系统中调取当前变压器本次及历史的频率响应试验、短路阻抗试验、电容量试验、电压比试验数据；

步骤三：数据处理模块4对输入的故障录波图进行处理，提取短路电流峰值与持续过流时间；

步骤四：短路故障诊断模块5根据提取的三相电流的幅值对故障相别进行判别，根据保护动作的信息与存储单元中的判别标准进行匹配，确定故障类型；

步骤五：单项试验诊断模块7将本次试验的状态量值与历史值进行比较得出差值，数据分析模块8获取油色谱数据计算单项指标值和三比值，再根据式（1）-式（4）确定特征量新的阈值，若当前数据超过新的阈值则将该项状态量的健康分数置0；

步骤六：综合管控模块9计算变压器状态的综合分数，对计算结果进行判断。

其中，步骤六中的综合管控模块9预定的管控算法为：

其中，V为变压器的综合评分，由综合得分再根据式（6）确定变压器状态

，

为 第i个故障特征量的影响分值（分为电流峰值与短路时间两项），

为第i项试验中第j个状 态量变化程度的管控分值，

为第i个故障特征量的影响权重，

为第i项试验中第j个 状态量在变压器状态管控中的权重；

所述综合管控模块9根据所述计算值所在的参考值范围确定所述变压器的状态。

变压器近区短路后状态管控的计算值范围及其对应的状态的对照表，如下表所示。按照电力行业评价标准，一般而言n取4。

值得指出的是本系统利用所述数据调用模块6从PMS系统中调用变压器试验数据，充分利用PMS设备（资产）运维精益管理系统，突破了对变压器进行状态管控的时间与地点限制，并大大提高了提取数据的效率。

针对电力变压器，在应用中可参考如下状态量，对变压器进行综合诊断。

预设的参数如下表所示：

在实施中，变压器出线短路冲击后状态诊断结果建议分为四个等级如下（n取4）：

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也仍在本发明专利的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种电力变压器出线短路冲击管控系统，其特征在于：包括历史故障信息模块、数据获取模块、数据输入模块、数据处理模块、短路故障诊断模块、数据调用模块、单项试验诊断模块、主变油色谱检测模块、综合管控模块，所述历史故障信息模块输送存储信息至短路故障诊断模块和单项试验诊断模块，数据获取模块输送获取的信息至短路故障诊断模块，数据输入模块通过数据处理模块与短路故障诊断模块连接，数据调用模块连接单项试验诊断模块，数据分析模块获取状态监测系统中变压器油色谱数据，短路故障诊断模块和单项试验诊断模块及主变油色谱检测模块连接综合管控模块，综合管控模块输出控制策略。

2.一种电力变压器出线短路冲击管控系统的使用方法，包括权利要求1所述的电力变压器出线短路冲击管控系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：针对各特征量及管控状态量预先设置参数；

步骤二：通过历史故障信息模块存储历史跳闸信息和故障电流信息，将故障后的保护动作图与故障录波图通过所述数据输入模块输入系统，同时输入对应变压器的设备名称及设备编号，系统通过所述数据调用模块自动从PMS系统中调取当前变压器本次及历史的频率响应试验、短路阻抗试验、电容量试验、电压比试验数据，从状态监测系统获取变压器油色谱检测数据；

步骤三：所述数据处理模块对输入的故障录波图进行处理，提取短路电流峰值与持续过流时间；

步骤四：所述短路故障诊断模块根据提取的三相电流的幅值对故障相别进行判别，根据保护动作的信息与存储单元中的判别标准进行匹配，确定故障类型；

步骤五：所述单项试验诊断模块将本次试验的状态量值与历史值进行比较得出差值，三相状态量中有一项差值超过设定的阈值，则将该项状态量的健康分数置0；

步骤六：所述主变状态检测分析模块将变压器受到冲击后的油色谱数据进行甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气及三比值法的自动分析，获取变压器状态情况；

步骤七：所述综合管控模块计算变压器状态的综合分数，对计算结果进行判断。

3.根据权利要求2所述的电力变压器出线短路冲击管控系统的使用方法，其特征在于：步骤一中的特征量及管控状态量设置具体包括以下步骤：

（1）通过收集故障特征参量的全量历史数据，利用两参数威布尔模型的概率密度函数和累积分布函数，获取设备状态分布概率和平均故障概率，利用逆累积分布函数反演计算出各个故障特征参量的离散区间和差异化预警值；由于上述所述变压器特征参量均为负劣化特征参量，即特征参量量测值随着设备状态的劣化而下降，构造式(1)-(4)所示的隶属函数：

正常状态：

注意状态：

异常状态：

严重状态：

其中，x_I、x_II和x_III分别为特征参量的注意值、异常值和严重值；

（2）设置故障特征量的权重初始值为

，变压器各状态量的权重初始值为

，各权重值的取值范围设置在0-1之间，并且满足其和等于1；为了避免人 为设定权重的不合理性以及偏好，提出基于熵权法的特征参量的权重计算，采用式（5）：

(5)

其中，

为指标的客观权重值，

为特征参量数据；

（3）设置电流幅值在小于

大于

三个范围段，对应的分数值设定为0、 a、100，表示当电流较小时其影响程度较低，电流较大时，影响程度大，在中间段内将产生一 定影响；电流幅值指标值范围用变压器额定电流In的倍数表示，存储系统按照设定的倍数 及调用的变压器台账数据自动对范围值进行计算；

（4）每个变压器特征量的变化指标值范围设置为

，当特征量变化值在 该范围内则定义为该项特征量变化较小，健康评分为100，否则为0；

（5）设置变压器有i个综合状态，综合状态的名称记为

，对应不同的变 压器综合分数段，设置

分成正常、注意、异常和严重四个状态；设有m类参量，则建立 加权模型，计算设备处于状态等级k的置信度方法如式(6)所示：

(6)

将

最大的计算结果作为该设备对应的状态。

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