CN116520101A - 基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，依次通过预处理及评估、分析、辨识缺陷、计算、建模和评估，设计四种典型缺陷，并对其进行高压频域介电响应测试以及多种类的局部放电测试，分析不同缺陷高压频域响应特性以及局部放电相关信息，对比不同缺陷套管的红外热成像结果，多维度识别与判断油浸纸绝缘套管不同缺陷特征差异，从而辨识油浸纸套管绝缘状态；通过试验得到的绝缘指标量，建立基于博弈论组合赋权法的缺陷套管状态评估模型，采用频域介电响应及局部放电试验结果作为变压器油浸纸套管绝缘状态评估的特征指标，通过不同试验结果辨识套管缺陷种类并建立套管绝缘状态评估模型，为套管绝缘状态的检测与评估提供理论依据。
Description
技术领域
本发明属于变压器技术领域，涉及一种基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法。
背景技术
高压套管作为一种起到电能输送与绝缘作用的电力设备，是确保电力变压器安全运行的重要辅助设施之一。高压套管的工作环境往往会存在高电压和大电流，同时还受到拉力，振动等各个方面的影响。在这样的工作环境下，套管极易出现不可预知的故障，从而影响套管的寿命，更会危及电力变压器的安全稳定运行。由于高压套管的位置和结构都较为特殊，一般情况下会存在检修困难等问题。一般会在停电检修时，测试高压套管的电容以及介损来评估设备的状态。油浸纸绝缘套管目前是装配在变压器上最广泛的套管，同时出现缺陷故障也较多。对油浸纸绝缘套管故障缺陷进行统计与归类，常见的故障有油位不足缺陷、极板绝缘缺陷、套管芯体受潮缺陷、末屏接触不良缺陷等。这些故障会导致套管本体产生局部放电以及表面温升过大的问题，其介质损耗和电容量相对于正常套管均有明显的上升，严重影响了套管绝缘状态。
频域介电特性测试以及分析局部放电机理等方法被越来越多的学者应用于套管状态监测上，对套管芯体受潮缺陷进行频域介电特性研究，研究表明套管的介质损耗对水分较为敏感，受潮后的介质损耗会显著增大。此外，检测套管绝缘状态还可以通过其局放过程进行监测，而特高频局放检测技术具有抗干扰能力强，检测灵敏度高的优点。杨智豪等人开展了特高频局放检测试验，研究了局部放电量和放电相位可反映套管绝缘状态。超声波局放检测也能有效反映绝缘状态，通过超声波局放测量仪检测套管局部放电情况，从而反映套管绝缘状态。同时，红外成像法能对绝缘设备进行检测评估，结果表明红外成像可作为套管绝缘缺陷的重要表征指标量。
通过多种测量技术，可以辨识套管不同缺陷，得到套管相关指标量。但上述参量对套管绝缘状态的判断具有局限性，需要建立套管绝缘状态评估模型进行全面评估。提出了基于层次分析法的电气设备绝缘状态评估模型，能有效的判断缺陷设备的故障及老化状态。然而，单一的评估赋权法会陷入局部主观，造成评估结果不合理的情况，无法进行有效评估。因此，从多种方面研究变压器油纸套管缺陷种类的辨识及绝缘评估模型，综合的判断套管绝缘状态是不可或缺的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，采用多源融合绝缘特征参量在线评估方法，监测变压器油纸绝缘套管更科学准确，具有在线实时监测，更利于变压器套管的检修和维护。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，它包括如下步骤：
S1，预处理及评估，对套管进行缺陷模拟的预处理，并通过吸潮试验方法制备多支不同缺陷的实验套管，再进行频域介电谱测试、局部放电测试及红外成像测试，对油纸绝缘缺陷套管所得试验结果按期进行评估；
S2，分析，对获得的试验数据进行评估分析，选取不同缺陷套管在额定电压与电流下的试验结果进行横向对比，获取不同缺陷套管的频域介电以及局部放电曲线并进行相应的规律分析，并结合红外成像试验结果协同分析；
S3，辨识缺陷，从油纸绝缘套管不同缺陷的角度出发，通过放电脉冲序列图谱展现的规律，结合频域介电试验结果、局部放电试验结果及红外成像试验结果，在线分析并辨识出套管不同缺陷；
S4，计算，以实验结果作为套管绝缘状态模型的指标量，采用层次分析法对S3中不同指标量进行评估，计算套管绝缘状态指标量在评估体系中主观权重Wi；应用熵权法，根据套管绝缘状态指标量信息熵值，计算获得该指标量占评估体系的客观权重Wj；通过博弈论组合赋权法引入综合权重W*，从套管绝缘指标量的自身属性出发，对表征变压器纸绝缘的八种指标量的相对重要程度按比例赋权，即对Wi与Wj进行重新分配，获得组合赋权的综合权重W*；
S5，建模，根据不同绝缘指标量采用层次分析法及熵权法所得权重Wi与Wj，获取套管不同缺陷情况下的绝缘状态综合评价得分yi与yj；通过组合赋权的综合权重W*，获得套管绝缘状态综合评价得分yi；对不同评估方法得到的综合评价得分进行分析对比，建立基于博弈论组合赋权法的套管绝缘状态评估模型，以该模型为依据来进行油纸套管的绝缘状态评估；
S6，评估，通过频域介电、局部放电及红外成像试验辨识得到的套管缺陷种类进行在线融合归类，并结合套管绝缘状态评估模型所得评估分数，建立油纸绝缘套管在线缺陷辨识及绝缘状态评估系统。
在S1中，对套管进行预处理并模拟缺陷套管包括对四支试验套管进行预处理，将套管放置于恒温恒湿干燥箱中，在80℃-110℃进行干燥36h-72h；而后在不同套管设置四种典型缺陷，分别为：油位不足缺陷、极板绝缘缺陷、芯体受潮缺陷及末屏接地不良缺陷。
在S2中，采取频域介电测试仪，选取某一支缺陷套管，测试其相关参数，包括不同频率下的介质损耗及电容量；并使用局部放电测试仪，获得放电脉冲序列图谱相关结果；再进行红外成像测试，得到套管不同部位发热成像结果。
在S3中，对不同缺陷套管进行频域介电测试、局部放电测试及红外成像测试，获得四种典型缺陷套管测试结果；对试验所得结果对比分析，得到某一缺陷套管的特异性，从而在线辨识套管所含不同缺陷。
在S4中，提取套管绝缘相关指标量，包括工频介损、工频介损偏差值、介损平均值、2mhz介损、复电容实部、局部放电密集区相位、局部放电脉冲电压幅值、套管表面温升。
在S4中，将提取套管绝缘的指标量设为X1—X8个特征参量，采用层次分析法比较X1—X8的相对重要性，构建判断矩阵记为aij，计算不同指标量权重数学表达式为：
式中Wi为层次分析法计算得到的套管指标归一化最终权重；
求解最大特征根λmax与一致性指标CI、随机一致性指标RI及一致性比例CR，其中RI通过查找RI取值表所得；
判断CR值小于0.1，即判断矩阵的一致性程度被认为在容许的范围内，逻辑检验通过；反之则检查判断矩阵相对重要性逻辑，对相关指标量重新评估。
在S4中，将提取套管绝缘的指标量设为X1—X8个特征参量；设有n个评价对象，即套管缺陷类型，m个评价指标所构成的评价矩阵为X＝(xij)nxm；将不同指标分为正向指标及负向指标，标准化处理为：
式中Zij与Z′ij分别为套管绝缘正向指标和负向指标的标准化评价矩阵，yij为归一化评价矩阵；得到归一化评价矩阵后计算套管绝缘指标量的信息熵值ej，信息熵本质上就是对信息量的期望，熵值越小，包含的信息量越大；还需计算信息效用值dj，信息效用值越大，信息量越大；
dj＝1-ej
最终将信息效用值归一化，得到熵权法计算出的客观权重Wj，且j＝1,2...n；
在S4中，经过层次分析法以及熵权法计算套管绝缘指标量权重后，得到的主客观权重引入博弈论的思想进行组合赋权，既兼顾专家主观评估以及指标量客观评估；将上述层次分析法指标权重Wi＝(W11,W12,···W1n)以及熵权法指标权重Wj＝(W21,W22,···W2n)认为是博弈的双方，最佳的状态评估权重为两者处于博弈的平衡状态；应满足W1、W2与最优组合权重的离差之和最小，即为双方博弈平衡，求解公式为：
上式λ1、λ2为线性组合系数，Wi、Wj线性组合而成的指标组合权重向量W：
基于博弈论的核心思想，以双方博弈平衡为目标，使权重W与Wi及Wj离差之和最小，找寻最优的线性组合系数从而得到最优组合权重W*；以下为目标函数及相关约束条件：
依据微分学，上式取得最小一阶导数的约束条件为：
对上式所得线性组合系数λ1、λ2归一化，可得：
最终得到所求指标量最优组合权重W*为
在S5中，获得最优组合权重W*，对套管绝缘状态进行评分，记为yi，式中ai是各指标量的权重，xi为套管绝缘各指标量，得到套管绝缘状态评估模型；
yi＝(a1x1+a2x2+…+aixi)×100％
在S6中，通过上述评分结果，判断套管绝缘水平；并结合频域介电、局部放电及红外测试实验结果，辨识套管缺陷种类。
本发明的主要有益效果在于：
针对变压器套管在长期运行情况下，极易出现不可预知的故障，影响套管的寿命，该方法灵敏的监测了套管绝缘状态。
本发明设计了四种不同的缺陷套管，并设置不同电气绝缘相关实验，如频域介电、局部放电、红外成像试验等，通过研究与对比分析不同缺陷套管实验结果的差异，辨识套管所发生缺陷种类。
在试验结果的基础上，提取套管绝缘特征指标量，对工频介质损耗等指标量采用层次分析法与熵权法进行赋权。
通过博弈论组合赋权法将二者赋权结果进行组合赋权，并建立套管绝缘状态评估模型对套管进行评分，从而在线监测套管是否发生绝缘缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明极板绝缘缺陷图。
图2为本发明不同缺陷示意图。
图3为本发明频域介电图介质损耗tanδ曲线图。
图4为本发明频域介电图复电容实部C’曲线图。
图5为本发明频域介电图复电容虚部C”曲线图。
图6为本发明超声波局放图谱油位不足缺陷图。
图7为本发明超声波局放图谱极板绝缘缺陷图。
图8为本发明超声波局放图谱芯体受潮缺陷图。
图9为本发明超声波局放图谱末屏接地不良缺陷图。
图10为本发明特高频局放图谱油位不足缺陷图。
图11为本发明特高频局放图谱极板绝缘缺陷图。
图12为本发明特高频局放图谱芯体受潮缺陷图。
图13为本发明特高频局放图谱末屏接地不良缺陷图。
图14为本发明高频局放脉冲图谱油位不足缺陷曲线图。
图15为本发明高频局放脉冲图谱极板绝缘缺陷曲线图。
图16为本发明高频局放脉冲图谱芯体受潮缺陷曲线图。
图17为本发明高频局放脉冲图谱末屏接地不良缺陷曲线图。
图18为本发明红外成像图谱油位不足缺陷图。
图19为本发明红外成像图谱极板绝缘缺陷图。
图20为本发明红外成像图谱芯体受潮缺陷图。
图21为本发明红外成像图谱末屏接地不良缺陷图。
具体实施方式
如图1～图21中，一种基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，它包括如下步骤：
S1，预处理及评估，对套管进行缺陷模拟的预处理，并通过吸潮试验方法制备多支不同缺陷的实验套管，再进行频域介电谱测试、局部放电测试及红外成像测试，对油纸绝缘缺陷套管所得试验结果按期进行评估；
S2，分析，对获得的试验数据进行评估分析，选取不同缺陷套管在额定电压与电流下的试验结果进行横向对比，获取不同缺陷套管的频域介电以及局部放电曲线并进行相应的规律分析，并结合红外成像试验结果协同分析；
S3，辨识缺陷，从油纸绝缘套管不同缺陷的角度出发，通过放电脉冲序列图谱展现的规律，结合频域介电试验结果、局部放电试验结果及红外成像试验结果，在线分析并辨识出套管不同缺陷；
S4，计算，以实验结果作为套管绝缘状态模型的指标量，采用层次分析法对S3中不同指标量进行评估，计算套管绝缘状态指标量在评估体系中主观权重Wi；应用熵权法，根据套管绝缘状态指标量信息熵值，计算获得该指标量占评估体系的客观权重Wj；通过博弈论组合赋权法引入综合权重W*，从套管绝缘指标量的自身属性出发，对表征变压器纸绝缘的八种指标量的相对重要程度按比例赋权，即对Wi与Wj进行重新分配，获得组合赋权的综合权重W*；
S5，建模，根据不同绝缘指标量采用层次分析法及熵权法所得权重Wi与Wj，获取套管不同缺陷情况下的绝缘状态综合评价得分yi与yj；通过组合赋权的综合权重W*，获得套管绝缘状态综合评价得分yi；对不同评估方法得到的综合评价得分进行分析对比，建立基于博弈论组合赋权法的套管绝缘状态评估模型，以该模型为依据来进行油纸套管的绝缘状态评估；
S6，评估，通过频域介电、局部放电及红外成像试验辨识得到的套管缺陷种类进行在线融合归类，并结合套管绝缘状态评估模型所得评估分数，建立油纸绝缘套管在线缺陷辨识及绝缘状态评估系统。
在S1中，对套管进行预处理并模拟缺陷套管包括对四支试验套管进行预处理，将套管放置于恒温恒湿干燥箱中，在80℃-110℃进行干燥36h-72h；而后在不同套管设置四种典型缺陷，分别为：油位不足缺陷、极板绝缘缺陷、芯体受潮缺陷及末屏接地不良缺陷。
在S2中，采取频域介电测试仪，选取某一支缺陷套管，测试其相关参数，包括不同频率下的介质损耗及电容量；并使用局部放电测试仪，获得放电脉冲序列图谱相关结果；再进行红外成像测试，得到套管不同部位发热成像结果。
在S3中，对不同缺陷套管进行频域介电测试、局部放电测试及红外成像测试，获得四种典型缺陷套管测试结果；对试验所得结果对比分析，得到某一缺陷套管的特异性，从而在线辨识套管所含不同缺陷。
在S4中，提取套管绝缘相关指标量，包括工频介损、工频介损偏差值、介损平均值、2mhz介损、复电容实部、局部放电密集区相位、局部放电脉冲电压幅值、套管表面温升。
在S4中，将提取套管绝缘的指标量设为X1—X8个特征参量，采用层次分析法比较X1—X8的相对重要性，构建判断矩阵记为aij，计算不同指标量权重数学表达式为：
式中Wi为层次分析法计算得到的套管指标归一化最终权重；
求解最大特征根λmax与一致性指标CI、随机一致性指标RI及一致性比例CR，其中RI通过查找RI取值表所得；
判断CR值小于0.1，即判断矩阵的一致性程度被认为在容许的范围内，逻辑检验通过；反之则检查判断矩阵相对重要性逻辑，对相关指标量重新评估。
在S4中，将提取套管绝缘的指标量设为X1—X8个特征参量；设有n个评价对象，即套管缺陷类型，m个评价指标所构成的评价矩阵为X＝(xij)nxm；将不同指标分为正向指标及负向指标，标准化处理为：
式中Zij与Z′ij分别为套管绝缘正向指标和负向指标的标准化评价矩阵，yij为归一化评价矩阵；得到归一化评价矩阵后计算套管绝缘指标量的信息熵值ej，信息熵本质上就是对信息量的期望，熵值越小，包含的信息量越大；还需计算信息效用值dj，信息效用值越大，信息量越大；
dj＝1-ej
最终将信息效用值归一化，得到熵权法计算出的客观权重Wj，且j＝1,2...n；
在S4中，经过层次分析法以及熵权法计算套管绝缘指标量权重后，得到的主客观权重引入博弈论的思想进行组合赋权，既兼顾专家主观评估以及指标量客观评估；将上述层次分析法指标权重Wi＝(W11,W12,···W1n)以及熵权法指标权重Wj＝(W21,W22,···W2n)认为是博弈的双方，最佳的状态评估权重为两者处于博弈的平衡状态；应满足W1、W2与最优组合权重的离差之和最小，即为双方博弈平衡，求解公式为：
上式λ1、λ2为线性组合系数，Wi、Wj线性组合而成的指标组合权重向量W：
基于博弈论的核心思想，以双方博弈平衡为目标，使权重W与Wi及Wj离差之和最小，找寻最优的线性组合系数从而得到最优组合权重W*；以下为目标函数及相关约束条件：
依据微分学，上式取得最小一阶导数的约束条件为：
对上式所得线性组合系数λ1、λ2归一化，可得：
最终得到所求指标量最优组合权重W*为
在S5中，获得最优组合权重W*，对套管绝缘状态进行评分，记为yi，式中ai是各指标量的权重，xi为套管绝缘各指标量，得到套管绝缘状态评估模型；
yi＝(a1x1+a2x2+…+aixi)×100％
在S6中，通过上述评分结果，判断套管绝缘水平；并结合频域介电、局部放电及红外测试实验结果，辨识套管缺陷种类。
实施例1：
对套管进行缺陷模拟的预处理，通过吸潮试验对需要模拟缺陷的套管进行干燥处理，并测试套管初始频域介电曲线、局部放电情况等。随后设置套管运行情况中的四种典型缺陷，即油位不足缺陷、极板绝缘缺陷、芯体受潮缺陷、末屏接触不良缺陷，如图1、2所示。局部放电测试从特高频局放、超声波局放以及脉冲电流法测局放，多个维度反映缺陷套管局部放电过程。
对得到的实验数据进行分析，得到不同缺陷套管在绝缘试验中的特异性。分析四种缺陷套管在频域介电响应试验所得结果，如图3～5所示。可以看出，随着激励电压频率的升高，四种不同缺陷套管介质损耗均有明显的下降趋势。而芯体受潮缺陷油浸纸套管的介质损耗则远高于其他三种缺陷，这是由于当油浸纸芯子受潮后，其内部的含水量骤增，使得相应的离子含量增加，导致对应于曲线低频部分的电导损耗增加。由于水分子含量增加且为极性分子，在油浸纸绝缘中会存在偶极子松弛极化损耗，其主要影响频域介电谱曲线中部频段。此外，油纸之间的交界处以及油纸不均匀受潮引起的空间电荷变化会产生界面极化损耗，其影响着频域介电谱曲线高部频段，并且会出现“弛豫峰”。因此，水分会影响整个频带的频域介电谱曲线，使得介质损耗相较于其他缺陷会显著增大。
对得到的局部放电实验数据进行对比分析，在不同局放试验中，各个缺陷套管的表现存在差异。超声波局放检测试验结果如图6～9所示，由图可知将电压增至起始放电电压72.5kV时，芯体受潮缺陷套管PRPS图谱最大幅值达到了93.3mV，且信号分布具有较好的聚类性，主要聚集在0°、180°以及360°相位附近。综上而言，芯体受潮缺陷套管PRPS图谱放电峰值最大，分布具有规律性，相较于其他缺陷PRPS图谱有明显的特征。此外，对不同缺陷套管采用特高频局部放电监测方法，监测结果如图10～13所示。由图10～13可知，油位不足缺陷套管放电脉冲主要分布在90°-180°和270°-360°相位之间，而其他缺陷套管局部放电相位分布较为散乱。由上述试验结果可知，油位不足缺陷套管局放信号具有较强聚集性的特点。随后使用HFCT监测在外施电压72.5kV下的局部放电脉冲，旨在更准确清晰辨识套管的不同缺陷。通过套管的电压信号过零点作为示波器局放采集的触发信号，使得相位同步，从而得到的两个通道的一个周期内的时域波形，如图14～17所示。可知，极板绝缘缺陷套管在外施电压施加到套管起始放电电压时，局放脉冲幅值增加。极板尖端处由于空间电荷改变，会产生更大的反向电压降，加剧放电程度。且每次放电产生的反向电荷也不相等，从而导致了局放脉冲幅值的变大。在工频周期内局放信号幅值最大为200mV。而其余三种缺陷局部放电幅值较小，且放电次数较少，无极板绝缘缺陷套管明显的放电特性。
对得到的红外成像实验数据进行对比分析，对四种典型故障缺陷套管施加72.5kV电压红外热成像如图18～21所示。由图18～21可知，极板绝缘缺陷套管从室温26℃升高至54.7℃，即套管出现局部过热的情况，且套管上端温度高于套管中部。该现象是由于极板设置了细铜丝用于模拟极板绝缘缺陷，使极板间电场出现畸变，产生局部放电从而使套管上端温度升高。其余缺陷未出现明显发热现象，由此可知红外热成像技术对极板绝缘缺陷识别较好。
通过上述72.5kV不同缺陷套管的电气测试可知，套管的绝缘性能与其固有的参数有关，如介质损耗角正切值、套管电容量以及绝缘电阻等，可以通过测量得到的信息评估缺陷套管运行状态。通过上述套管运行相关绝缘状态参量，参考GB/T4109—2022相关规定，结合本文缺陷套管相关试验结果，建立表1所示的缺陷套管运行状态评分模型。再基于改进层次分析法(AHP)以及熵权法组合赋权建立了套管运行状态评估模型。
表1油浸纸缺陷套管运行状态评分表
将套管缺陷类型分为四种，并设置相关参量作为代表。如油位不足缺陷(F1)、极板绝缘缺陷(F2)、芯体受潮缺陷(F3)、末屏接地不良(F4)，同时结合测量结果与缺陷类型的关联度，设置故障类型的相关指标量，相关选取结果见表2。由于不同缺陷的绝缘指标量相同，便不赘述F2、F3与F4。极板缺陷(F2)中的二级指标同F1一致且分别为X9—X16，芯体受潮缺陷(F3)中的二级指标同F1、F2一致且分别为X17—X24，同理末屏接地不良(F4)中的二级指标分别为X25—X32。
表2油浸纸套管典型缺陷及指标量
使用AHP法对F1、F2、F3、F4四种不同缺陷下的二级指标量(F1—F4)进行权重分析，权重W2＝(0.3135,0.2067,0.0226,0.0594,0.1391,0.1389,0.0888,0.0311)。对套管不同缺陷(F1—F4)等一级指标进行评估，相对于二级指标的不同权重W1＝(0.0928，0.4053，0.4128，0.0891)，即AHP评估的不同缺陷套管运行状态的最终权重。为了避免AHP法主观因素对最终评估的影响，本文采用了客观的熵权法作为补充分析，如表3所示。可见工频介损、工频介损偏差值在四种缺陷下保持的相对稳定，信息熵值较大，包含的绝缘信息相对较少。而局部放电密集区相位与局部放电脉冲幅值变化较大，信息熵值较小，包含的信息更多，对绝缘状态的信息权重影响较大。因此不同缺陷的一级指标权重(即F1—F4的权重)为W2＝(0.2328，0.2537，0.3581，0.1553)。
表3油浸纸套管典型缺陷熵权法二级指标量权重值
进一步地，经过层次分析法以及熵权法计算套管绝缘指标量权重后，得到的主客观权重引入博弈论的思想进行组合赋权，这样既兼顾了专家主观评估以及指标量客观评估。将上述层次分析法指标权重Wi＝(W11,W12,···W1n)以及熵权法指标权重Wj＝(W21,W22,···W2n)认为是博弈的双方，最佳的状态评估权重为两者处于博弈的平衡状态。应满足W1、W2与最优组合权重的离差之和最小，即为双方博弈平衡，求解公式如下：
上式λ1、λ2为线性组合系数，Wi、Wj线性组合而成的指标组合权重向量W：
基于博弈论的核心思想，以双方博弈平衡为目标，使权重W与Wi及Wj离差之和最小，找寻最优的线性组合系数从而得到最优组合权重W*。以下为目标函数及相关约束条件：
依据微分学，上式取得最小一阶导数的约束条件为：
对上式所得线性组合系数λ1、λ2归一化，可得：
最终得到所求指标量最优组合权重W*为
进一步地，获得最优组合权重W*＝(0.1253,0.3701,0.4001,0.1045)，对套管绝缘状态进行评分记为yi，从而得到套管绝缘状态评估模型。
yi＝(a1x1+a2x2+…+aixi)×100％
使用上述评估权重结果对套管绝缘状态进行评估，得到的评估分数如表4所示。
表4套管运行状态评估结果
进一步地，S6中，通过上述评分结果，判断套管绝缘水平。并结合频域介电、局部放电及红外测试实验结果，辨识套管缺陷种类。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1，预处理及评估，对套管进行缺陷模拟的预处理，并通过吸潮试验方法制备多支不同缺陷的实验套管，再进行频域介电谱测试、局部放电测试及红外成像测试，对油纸绝缘缺陷套管所得试验结果按期进行评估；
S2，分析，对获得的试验数据进行评估分析，选取不同缺陷套管在额定电压与电流下的试验结果进行横向对比，获取不同缺陷套管的频域介电以及局部放电曲线并进行相应的规律分析，并结合红外成像试验结果协同分析；
S3，辨识缺陷，从油纸绝缘套管不同缺陷的角度出发，通过放电脉冲序列图谱展现的规律，结合频域介电试验结果、局部放电试验结果及红外成像试验结果，在线分析并辨识出套管不同缺陷；
S4，计算，以实验结果作为套管绝缘状态模型的指标量，采用层次分析法对S3中不同指标量进行评估，计算套管绝缘状态指标量在评估体系中主观权重Wi；应用熵权法，根据套管绝缘状态指标量信息熵值，计算获得该指标量占评估体系的客观权重Wj；通过博弈论组合赋权法引入综合权重W*，从套管绝缘指标量的自身属性出发，对表征变压器纸绝缘的八种指标量的相对重要程度按比例赋权，即对Wi与Wj进行重新分配，获得组合赋权的综合权重W*；
S5，建模，根据不同绝缘指标量采用层次分析法及熵权法所得权重Wi与Wj，获取套管不同缺陷情况下的绝缘状态综合评价得分yi与yj；通过组合赋权的综合权重W*，获得套管绝缘状态综合评价得分yi；对不同评估方法得到的综合评价得分进行分析对比，建立基于博弈论组合赋权法的套管绝缘状态评估模型，以该模型为依据来进行油纸套管的绝缘状态评估；
S6，评估，通过频域介电、局部放电及红外成像试验辨识得到的套管缺陷种类进行在线融合归类，并结合套管绝缘状态评估模型所得评估分数，建立油纸绝缘套管在线缺陷辨识及绝缘状态评估系统。
2.根据权利要求1所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S1中，对套管进行预处理并模拟缺陷套管包括对四支试验套管进行预处理，将套管放置于恒温恒湿干燥箱中，在80℃～110℃进行干燥36h～72h；而后在不同套管设置四种典型缺陷，分别为：油位不足缺陷、极板绝缘缺陷、芯体受潮缺陷及末屏接地不良缺陷。
3.根据权利要求1所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S2中，采取频域介电测试仪，选取某一支缺陷套管，测试其相关参数，包括不同频率下的介质损耗及电容量；并使用局部放电测试仪，获得放电脉冲序列图谱相关结果；再进行红外成像测试，得到套管不同部位发热成像结果。
4.根据权利要求1所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S3中，对不同缺陷套管进行频域介电测试、局部放电测试及红外成像测试，获得四种典型缺陷套管测试结果；对试验所得结果对比分析，得到某一缺陷套管的特异性，从而在线辨识套管所含不同缺陷。
5.根据权利要求1所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S4中，提取套管绝缘相关指标量，包括工频介损、工频介损偏差值、介损平均值、2mhz介损、复电容实部、局部放电密集区相位、局部放电脉冲电压幅值、套管表面温升。
6.根据权利要求5所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S4中，将提取套管绝缘的指标量设为X1—X8个特征参量，采用层次分析法比较X1—X8的相对重要性，构建判断矩阵记为aij，计算不同指标量权重数学表达式为：
式中Wi为层次分析法计算得到的套管指标归一化最终权重；
求解最大特征根λmax与一致性指标CI、随机一致性指标RI及一致性比例CR，其中RI通过查找RI取值表所得；
判断CR值小于0.1，即判断矩阵的一致性程度被认为在容许的范围内，逻辑检验通过；反之则检查判断矩阵相对重要性逻辑，对相关指标量重新评估。
7.根据权利要求6所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S4中，将提取套管绝缘的指标量设为X1—X8个特征参量；设有n个评价对象，即套管缺陷类型，m个评价指标所构成的评价矩阵为X＝(xij)nxm；将不同指标分为正向指标及负向指标，标准化处理为：
式中Zij与Z′ij分别为套管绝缘正向指标和负向指标的标准化评价矩阵，yij为归一化评价矩阵；得到归一化评价矩阵后计算套管绝缘指标量的信息熵值ej，信息熵本质上就是对信息量的期望，熵值越小，包含的信息量越大；还需计算信息效用值dj，信息效用值越大，信息量越大；
dj＝1-ej
最终将信息效用值归一化，得到熵权法计算出的客观权重Wj，且j＝1,2...n；
8.根据权利要求7所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S4中，经过层次分析法以及熵权法计算套管绝缘指标量权重后，得到的主客观权重引入博弈论的思想进行组合赋权，既兼顾专家主观评估以及指标量客观评估；将上述层次分析法指标权重Wi＝(W11,W12,…W1n)以及熵权法指标权重Wj＝(W21,W22,…W2n)认为是博弈的双方，最佳的状态评估权重为两者处于博弈的平衡状态；应满足W1、W2与最优组合权重的离差之和最小，即为双方博弈平衡，求解公式为：
上式λ1、λ2为线性组合系数，Wi、Wj线性组合而成的指标组合权重向量W：
基于博弈论的核心思想，以双方博弈平衡为目标，使权重W与Wi及Wj离差之和最小，找寻最优的线性组合系数从而得到最优组合权重W*；以下为目标函数及相关约束条件：
依据微分学，上式取得最小一阶导数的约束条件为：
对上式所得线性组合系数λ1、λ2归一化，可得：
最终得到所求指标量最优组合权重W*为
9.根据权利要求1所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S5中，获得最优组合权重W*，对套管绝缘状态进行评分，记为yi，式中ai是各指标量的权重，xi为套管绝缘各指标量，得到套管绝缘状态评估模型；
yi＝(a1x1+a2x2+…+aixi)×100％
10.根据权利要求1～9任一项所述的基于多源融合的套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法，其特征是：在S6中，通过上述评分结果，判断套管绝缘水平；并结合频域介电、局部放电及红外测试实验结果，辨识套管缺陷种类。
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