一种基于相关性分析的有载调压变压器分接开关运行状态判断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于相关性分析的有载调压变压器分接开关运行状态判断方法， 属于电力系统设备监测技术领域。
【背景技术】
[0002] 有载调压变压器是保证电网供电质量的有效设备，可以联络电网、稳定负荷中心 电压、调节电网潮流分布，在有载调压变压器中，分接开关（OLTC)又是关键装置，且故障发 生率较高。在有载调压变压器的运行维护中，主要的工作量也集中在OLTC上。OLTC的性能 包含电气性能和机械性能两个方面，电气性能主要指触头接触电阻，当触头接触电阻增大 时，会引起触头过热，甚至烧损；OLTC的机械性能指OLTC操作过程中选择开关和切换开关 等部件的动作顺序和时间配合，以及切换过程中是否存在卡塞和触头切换不到位等，OLTC 的机械故障也能够导致触头、过渡电阻甚至变压器绕组烧损的严重故障。针对OLTC的故障 特性，如何在长期运行中及时发现其故障或潜在故障，保证其正常运行，是对有载调压开关 进行有效管控的重要问题。
[0003] 目前针对OLTC的运行状态的检测主要通过停电测试其接触电阻、过渡电阻、切换 时间来判断其是否正常运行，而针对日常运行的管理则没有有效的手段，尤其针对在线的 状态。一种可行的方法是监测变压器有载调压开关切换过程中的振动信号及驱动电机电流 信号，在OLTC处于正常运行、异常运行、故障状态时，从监测信息中提取的重要指标量具有 丰富的相关信息，对减少OLTC故障，保证有载调压变压器正常运行具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于监测指标量相关性分析的有载调压变 压器分接开关运行状态判断方法。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于相关性分析的有载调压变压器分接开关运行状态 判断方法，在对电力系统中有载调压变压器分接开关（OLTC)动作过程中驱动电机电流信 号和动作振动信号的在线或离线监测数据处理应用中，选取能反映OLTC运行状态及反映 OLTC发生潜在故障或直接故障的指标量，初选量值为驱动电机电流信号的持续时间、驱动 电机电流信号稳定功率输出阶段的幅值、OLTC振动包络信号中弹簧储能阶段的幅值、OLTC 振动包络信号中切换动作的持续时间、OLTC振动包络信号中切换动作的振动幅值；以已测 的至少10次同一台设备相同档位间正常切换动作的历史数据的数学期望值作为基准值， 将监测所得指标量值除以各自对应的基准值，得到指标量不同量纲基于基准值的相对值作 为标准化后的指标量值；以每次监测获得的一组指标量为一个样本，通过采集样本与正常 样本间的相关性分析，或两组以上的样本中某两个关注样本之间的偏相关性分析，得到相 关系数或偏相关系数作为OLTC运行状态评价的参考指标，判断设备运行的正常与否及劣 化程度。
[0006] 具体步骤如下：
[0007] (1)在对电力系统中有载调压变压器分接开关（OLTC)切换动作过程的监测中，测 得电动机构中驱动电机的A相电流信号和切换动作过程中产生的振动信号并经过处理形 成各自的包络信号。从包络信号中提取可以明显反映OLTC运行状态及反映OLTC发生潜在 故障或直接故障的指标量，根据相关研宄，初选量为显著关联OLTC运行状态的驱动电机电 流信号的持续时间、驱动电机电流信号稳定功率输出阶段的幅值、OLTC振动包络信号中弹 簧储能阶段的幅值、OLTC振动包络信号中切换动作的持续时间、OLTC振动包络信号中切换 动作的振动幅值，指标量个数可根据后续研宄并关联运行状态和故障及潜在故障增加。
[0008] (2)从同一台有载调压变压器的分接开关动作监测历史数据中选择至少10次相 同档位间经验证结果为正常切换动作的指标量数据，分别求取各个指标量的数学期望值作 为对应的档位切换相关的单个指标量的基准值，将一次监测结果中提取的指标量值除以各 自对应的基准值，得到指标量不同量纲基于基准值的相对值作为一组标准化后的指标量值 形成的一个样本。相应的样本定义及计算公式如下：
【主权项】
1. 一种基于相关性分析的有载调压变压器分接开关运行状态判断方法，其特征在于： 在对电力系统中有载调压变压器分接开关动作过程中驱动电机电流信号和动作振动信号 的在线或离线监测数据处理应用中，选取能反映 OLTC运行状态及反映 OLTC发生潜在故障 或直接故障的指标量；以已测的至少10次同一台OLTC相同档位间正常切换动作的历史数 据的数学期望值作为基准值，对监测所得指标量值进行标准化，得到指标量不同量纲基于 基准值的相对值作为标准化后的指标量值；以每次监测获得的一组指标量为一个样本，通 过采集样本与正常样本间的相关性分析，及两组以上的样本中某两个关注样本之间的偏相 关性分析，得到相关系数或偏相关系数作为OLTC运行状态评价的参考指标，判断设备运行 的正常与否及劣化程度。
2. 根据权利要求1所述的基于相关性分析的有载调压变压器分接开关运行状态判断 方法，其特征在于具体步骤为： (1) 在对电力系统中有载调压变压器分接开关切换动作过程的监测中，测得电动机构 中驱动电机的A相电流信号和切换动作过程中产生的振动信号并经过处理形成各自的包 络信号；从包络信号中提取可以反映 OLTC运行状态及反映 OLTC发生潜在故障或直接故障 的指标量，初选的指标量为关联OLTC运行状态的驱动电机电流信号的持续时间、驱动电机 电流信号稳定功率输出阶段的幅值、OLTC振动包络信号中弹簧储能阶段的幅值、OLTC振动 包络信号中切换动作的持续时间、OLTC振动包络信号中切换动作的振动幅值； (2) 从同一台有载调压变压器的分接开关动作监测历史数据中选择至少10次相同档 位间经验证结果为正常切换动作的数据，数据内容为步骤（1)中定义的5个指标量，分别求 取各个指标量的数学期望值作为对应的档位切换相关的单个指标量的基准值，将一次监测 结果中提取的指标量值除以各自对应的基准值，得到指标量不同量纲基于基准值的相对值 作为一组标准化后的指标量值形成的一个样本，相应的样本定义及计算公式如下：
其中，Xn为监测历史数据中正常运行的任意一个指标量样本，E(Xn)是Xn的数学期望 值，？1是X u的分布概率，X ^为某次测量的一个指标量样本，X#为指标量基于基准值标准化 后无量纲的相对值样本，Xp .<(./ = m4,5)为依次对应步骤（1)中的监测指标量； (3) 以步骤（2)中标准化的指标量形成样本X，以一组正常运行的相对值标准化样本为 Y，计算其相关系数，以新采集样本和正常运行样本之间的相关关系的密切程度，即相关系 数评价OLTC的运行状态的安全与否及其安全程度；相关系数越大，即表示OLTC越接近已知 的正常运行状态；相关系数越小，则表示OLTC运行异常或存在弹簧老化、触头磨损等相关 潜在故障或直接故障，相应的计算公式如下：
(公式中X为一标准化后的正常样本，Y 为标准化后的待评价样本） 其中P1为相关系数，I P J彡1，当I P1I的值越大，说明X和Y之间的相关程度越大 或称越相似，即OLTC运行趋于正常；当I P1I的值越小，说明X和Y越不相关或称越不相似， 即OLTC运行状态为异常或故障。 利用相关系数P i判断相关关系的密切程度标准定义如下： 若相关系数I P i I = 〇,则相关程度为完全不相关； 若相关系数0 < I P i I < 0. 5,则相关程度为低度相关； 若相关系数0. 5 < I P i I < 0. 9,则相关程度为显著相关； 若相关系数〇. 9 < I P i I < 1，则相关程度为高度相关； 若相关系数I P」=1，则相关程度为完全相关； (4)在对OLTC的运行管控中，需要对OLTC的相同档位切换在一年内的运行状态趋势变 化进行比较分析，则选取这一时期内的同一档位切换的多组样本，进行偏相关性分析，即应 用最近一次的样本和之前某一时间点的一个样本，求取它们之间的偏相关系数作为评价这 两个档位之间切换动作的状态变化趋势的标准。相关系数越小，表示跟这一时期内其它样 本相关的两个样本间的相关密切程度越低，则相关档位切换动作的状态变化较大；相关系 数越大，表示跟这一时期内其它样本相关的两个样本间的相关密切程度越高，则相关档位 切换动作的状态变化较小；相应的计算公式如下：
其中S为样本组Y1, Y2, X1, X2, Λ，样本协方差矩阵的分块矩阵形式，Y 1为样本组 中的两个关注变量，XpX2, Λ ,Xp为样本组中除Y1, Y2的其余样本，P 2为Y 1与YJg样本组 中其余样本相关联的偏相关系数，I P2I彡1，当I P2I越小，表示1与￥2的相关密切程度 越低，则相关档位切换动作的状态变化较大；当I P2I越大，表示￥:与Y2的相关密切程度越 高，则相关档位切换动作的状态变化较小。
【专利摘要】本发明提供一种基于相关性分析的有载调压变压器分接开关运行状态判断方法，属于电力系统设备监测领域。在对电力系统中有载调压变压器分接开关动作过程中驱动电机电流信号和动作振动信号的在线或离线监测数据处理应用中，选取能反映有载调压变压器分接开关运行状态的指标量，对不同量纲的指标量进行基于数学期望值的标准化；以每次监测获得的一组指标量为一个样本，通过采集样本与正常样本间的相关性分析，及两组以上的样本中某两个关注样本之间的偏相关性分析，得到相关系数及偏相关系数作为有载调压变压器分接开关运行状态评价的参考指标，判断设备运行的正常与否及劣化程度。
【IPC分类】G01M13-00, G01R31-327
【公开号】CN104749519
【申请号】CN201510107805
【发明人】王开明, 束洪春, 董俊, 曹立平, 苏应敢, 何天金, 黄天义, 崔政, 刘楠, 彭玉林, 王浩兵
【申请人】云南电网公司西双版纳供电局, 昆明理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月12日