一种变压器健康状态评估方法

1.本发明属于变压器信息处理技术领域，具体涉及一种变压器健康状态评估方法。


背景技术：

2.当前我国已有较多变压器运行时间超过一定年限，设备不可避免会出现绝缘老化等问题从而引起故障隐患，变压器在线监测系统在不影响变压器正常运行的前提下，通过各种传感器感知设备采集变压器运行数据，变压器状态评估系统根据运行数据构建评估模型对变压器运行进行健康状态评估，决策人员根据不同评估结果实施相应的运维策略，保证变压器安全稳定运行。所以对变压器运行状态进行评估不仅能够提前感知变压器运行状态变化，避免部分故障的发生及恶化，还能够减少由于变压器故障带来的经济损失。目前变压器在线监测系统存在监测数据单一、监测误报率高等缺点，且传统的状态评估比较简单，就是依据设备运行数据的波动范围人为的给各项指标评价进行打分，最后得到设备的综合得分，状态等级的划分也比较简单，采用“非黑即白”的评价原则，即设备运行状态只有正常和异常两种状态。随着输变电设备状态评估技术的不断发展，传统的状态评估方法由于主观因素对评估结果起决定性影响、无法对电力设备的运行状态进行细分，而逐渐被现在的评估方法所替代。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，提供一种多元信息融合和主客观组合赋权的变压器运行状态评估方法，本发明采用了如下技术方案：
4.本发明提供了一种变压器健康状态评估方法，用于对变压器的运行状态进行等级评价，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，针对待测变压器，采集使用不同局部放电检测方法的检测结果，对所有检测结果赋予不同权重并基于特征层数据融合结构进行融合后输入至评估模型，获取待测变压器的运行状态；步骤s2，建立变压器运行状态评估体系，该体系包括变压器评估指标权重确定模块与物元分析模型；步骤s3，变压器评估指标权重确定模块采用主、客观赋权融合的方式确定选取的各项变压器评估指标的综合权重；步骤s4，物元分析模型基于可拓学将变压器局部放电的各项评估指标与运行等级评价区间的关系定量化，并用关联度矩阵表示；步骤s5，变压器运行状态评估体系通过综合权重和关联度矩阵确定待测变压器的运行状态所隶属的评价等级。
5.本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，步骤s3包括以下子步骤：步骤s3-1，选取评估指标：以局部放电指标量为基础，采用不同检测方式对同一放电源进行检测获取对应的指标量数据，局部放电指标量包括放电次数和放电量；步骤s3-2，划分状态等级：统计预定时间内局部放电指标量数据并做归一化处理，根据统计结果将选取的每个指标的范围划分为五个等级，根据实际指标数据与等级范围确定待测变压器的运行状态评价等级；步骤s3-3，采用主观权重与客观权重结合的方法，计算选取的评估指标的综合权重：
[0006][0007]
式中ω
gi
表示主观权重，ω
si
表示客观权重，ω
gsi
表示综合权重，m表示有m个评价指标，由上式得到综合权重为
gsi
(i＝1,2
…
m)，则待测变压器运行状态的权重矩阵为：
[0008]
ω＝|ω
gs1
ω
gs2
…
ω
gsi
…
ω
gsm
|。
[0009]
本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，步骤s3-1中采用的检测方式至少包括超声波局部放电检测、特高频局部放电检测以及高频局部放电检测。
[0010]
本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，变压器的运行状态等级包括优秀、良好、一般、故障以及严重故障。
[0011]
本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，主观权重通过对评估指标的专家打分采用g1序关系分析法确定，客观权重通过对指标数据采用熵权法确定。
[0012]
本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，在步骤s4中，变压器的运行状态评价对象n的所有评价指标在第j个运行状态评价等级下的关联度矩为：
[0013]
kj＝|kj(v1)kj(v2)
…
kj(vi)
…
kj(vm)|
t
[0014]
式中，kj(vi)表示待评物元在第j个运行状态评价等级下第i个评价指标的关联度，由上式得到变压器运行状态m个评价指标在n个运行状态评价等级下的综合关联度矩阵为：
[0015]
k＝|k1k2…
kj…kn
|。
[0016]
本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，在步骤s5中，基于待测变压器运行状态的权重矩阵和综合关联度矩阵获取对应的运行状态评价矩阵：
[0017]
h＝ω
·k[0018]
在评价矩阵h中，若第j列的值最大，则表示待测变压器运行状态隶属于第j个运行状态评价等级。
[0019]
本发明提供的一种变压器健康状态评估方法，还可以具有这样的技术特征，其中，变压器运行状态评估体系还可以基于待测变压器的运行状态评价等级提供对应的运维策略，运维策略包括正常运行、延期检修、计划检修、尽快检修以及立即检修。
[0020]
发明作用与效果
[0021]
根据本发明的变压器健康状态评估方法，针对变压器在线监测装置及状态评估存在不确定性、主观性和评估指标单一性等问题，首先通过特征层数据融合同一放电源通过超声波、特高频、高频电流三种局部放电检测方式的检测结果，基于融合信息对变压器运行状态进行评估，解决变压器监测数据单一、监测误报率高等问题。其次优选变压器状态评估的指标和状态等级划分，在此基础之上，选取评估指标权重确定的方法采用主观赋权和客观赋权的组合赋权方式，有利于克服主观因素或者客观因素对评估结果的决定性影响。然后运用可拓学中的物元分析法，通过物元和关联函数的概念将变压器局部放电各项评估指标与运行等级评价区间的关系定量化，用关联度矩阵表示。最后通过综合权重和关联度矩
阵确定变压器运行状态所隶属的评价等级。
附图说明
[0022]
图1是本发明实施例中变压器健康状态评估方法的流程图；
[0023]
图2是本发明实施例中第一阶段信息融合状态评估过程的框架图；
[0024]
图3是本发明实施例中变压器运行状态评估体系的结构示意图；
[0025]
图4是本发明实施例中变压器运行状态评估指标的选取过程示意图；
[0026]
图5是本发明实施例中综合权重的确定过程示意图。
具体实施方式
[0027]
针对变压器在线监测系统存在监测数据单一、监测误报率高等缺点，且变压器状态评估技术还没有形成统一的标准，可能会存在误检、漏检、应用场合适应度不够高等问题，从而造成变压器运行状态评估结果准确度下降，因此本发明考虑对同一放电源对多种检测结果进行信息源融合，并针对目前变压器在线监测装置及状态评估存在不确定性、主观性和评估指标单一性等问题，开展基于信息融合的变压器状态监测及物元评估模型的评估算法。
[0028]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的一种变压器健康状态评估方法作具体阐述。
[0029]
《实施例》
[0030]
图1是本发明实施例中变压器健康状态评估方法的流程图。
[0031]
如图1所示，本实施例提供的变压器健康状态评估方法的具体过程如下：
[0032]
第一阶段，变压器局部放电检测信息融合：针对同一放电源通过超声波、特高频、高频电流三种局部放电检测方式的信息融合对变压器运行状态进行评估。
[0033]
图2是本发明实施例中第一阶段信息融合状态评估过程的框架图。
[0034]
本实施例中，信息融合技术采用的是特征层信息融合，主要是对不同局部放电检测方式检测结果的融合。如图2所示，首先针对待测变压器，分别采集超声波局部放电检测数据、特高频局部放电检测数据与高频局部放电检测数据，对所有检测结果赋予不同权重并基于特征层数据融合结构进行融合后输入至评估模型，获取待测变压器运行状态的评估结果。
[0035]
假设将局部放电检测方式看作输入层，评估模型看作中间层，评估结果看作输出层，本实施例的信息融合状态评估和传统的评估过程仅在输入层有所差别，如图2所示。传统评估过程的输入层仅考虑单一局部放电检测方式，本实施例则考虑超声波、特高频、高频电流三种局部放电检测方式，通过评估模型将三个信息源的数据赋予不同权重并进行融合，综合得出变压器的运行状态。
[0036]
第二阶段，建立变压器运行状态评估体系，基于该评估体系确定变压器运行状态所隶属的评价等级。
[0037]
图3是本发明实施例中变压器运行状态评估体系的结构示意图。
[0038]
如图3所示，本实施例的变压器运行状态评估体系包括变压器评估指标权重确定模块与物元分析模型。为了避免权重确定过程中主观因素或客观因素对评估结果的决定性
影响，变压器评估指标采用主客观赋权融合的方式确定其权重，选择可拓学中的物元分析法构建变物元分析模型。根据综合权重和关联度矩阵确定变压器评价矩阵，再通过评价矩阵确定变压器运行所隶属的评级等级。
[0039]
其中，确定变压器评估指标权重的具体过程如下：
[0040]
首先，选取评估指标：以局部放电指标量即放电次数和放电量为基础，采用不同检测方式对同一放电源进行检测获取对应的指标量数据。
[0041]
变压器内部结构复杂，其运行产生的海量数据包含了变压器运行的特征信息，不同种类的数据从不同维度反映了变压器的运行状态，选取全部指标量不仅工作量大而且也不现实，指标选取既要保证评估指标的简洁性和普适性，也应该不影响变压器运行状态。局部放电作为变压器的一种监测手段，不仅能够实现变压器在线监测，保证其正常运行，还能够客观反映变压器运行状态。
[0042]
由于评估指标的选取主要针对局部放电，而且超声波、特高频、高频电流局部放电三种检测方式具有不同特点，超声波局部放电检测技术多用于放电定位和缺陷识别，且在内部结构复杂的变压器中，由于超声波的衰减行为可能导致部分放电信号无法被检测到；特高频局部放电检测技术受干扰信号影响较小，检测的频带较高，可以有效抑制背景噪声；高频电流局部放电检测技术的频带介于超声波和特高频检测频带之间，可应用于高压电力设备的带电检测，因此三种局部放电检测方式对同一放电源的检测结果可能有所差异。
[0043]
图4是本发明实施例中变压器运行状态评估指标的选取过程示意图。
[0044]
如图4所示，由于局部放电主要有超声波、特高频、高频电流三种检测方式，所以为了克服单一检测方式不确定性等缺点，本实施例从变压器局部放电的上述三种检测结果中选取评估指标。
[0045]
由于局部放电能够较为准确的反映变压器的运行状态，所以本实施例的变压器评估指标选取以局部放电指标量为基础，由于单一的pd检测方式存在误报、漏报等缺点，所以选取较为常见的三种pd检测方式针对同一放电源进行检测，避免偶然因素对检测结果的影响。主要选取的局部放电指标量是放电次数和放电量，pd放电量的大小和pd的放电次数对绝缘材料的影响程度很大，如果pd放电量越大、在单位时间内的放电次数越多，则绝缘材料的绝缘损坏越严重，材料老化的速度越快，所以检测局部放电的放电量和放电次数是保证绝缘材料绝缘水平良好必须考虑的指标量，通过三种pd检测方式的特点确定各个评估指标量的权重大小完成对变压器的运行状态评估。
[0046]
然后，划分状态等级：统计预定时间内局部放电指标量数据并做归一化处理，根据统计结果将选取的每个指标的范围划分为五个等级，根据实际指标数据与等级范围确定待测变压器的运行状态评价等级。
[0047]
对变压器运行状态进行等级划分是状态评估中的重要部分，不仅可以掌握变压器的健康状态，还能够为后续变压器的运维策略提供参考。然而不同文献中等级划分有所差别，划分的等级程度不同，没有统一的标准。在变压器的状态等级划分方面，传统的“是非制”已基本淘汰，即状态划分为两种状态，“合格”和“不合格”，这种划分方法虽然简单易于理解，但是不能更细致的评估变压器的运行状态，不利于后续的变压器运维管理。传统评估方法采用“评分制”，即以0-100分划分变压器的运行状态，但这种方法受人为因素较大，不能完全利用变压器的运行数据进行综合评判，不利于根据变压器的运行状态进行维修管
理。
[0048]
本实施例通过多次实验结果和实际情况对变压器运行状态进行等级划分。将传感器测得指标数据进行预处理，为了方便计算和不同评估指标量纲不同对实验结果的影响，对所有评估指标的量值进行了归一化处理。根据多次实验统计1分钟内局部放电指标数据的结果，将每个指标的范围划分为5个等级，根据指标数据确定变压器的运行状态等级，所以变压器的运行状态也划分为5个等级，并且针对不同等级的运行状态提供对应的运维策略，如下表1所示：
[0049]
表1变压器运行状态评价指标量值的分级标准
[0050][0051][0052]
如上表1所示的五个等级说明如下：
[0053]
变压器处于“优秀”状态，意味着变压器的各项运行指标均在正常范围内波动，无异常值出现，变压器完全处于正常状态，此时，变压器可以继续正常运行。
[0054]
变压器处于“良好”状态，意味着变压器的某项运行指标接近临界值或者在临界值附近波动，此时变压器处于正常状态，但是应延期检修。
[0055]
变压器处于“一般”状态，意味着变压器的某些运行指标已超过正常值，但是此时异常指标值并未影响变压器运行，仍处于正常运行状态，但是应指定检修计划。
[0056]
变压器处于“故障”状态，意味着变压器的某些运行指标已超过正常值，且异常的指标值已对变压器的运行造成了影响，此时，变压器可以带故障运行一段时间，但是只允许短时间运行，所以应尽快安排检修，防止出现更严重故障。
[0057]
变压器处于“严重故障”状态，意味着某些指标数据劣化趋势非常明显，随时有可能出现危险事故，此时，变压器应该立即停电进行检修，降低事故发生率。
[0058]
最后，主观权重采用g1序关系分析法确定，客观权重采用熵权法确定，将主观权重与客观权重相结合计算选取的评估指标的综合权重。
[0059]
权重是评价体系中非常重要的指标，权重的大小可以主观或客观赋予其不同值，不同值的大小反映了对应评价指标对评估结果的影响程度。由于变压器的实际结构较为复杂，其运行产生的数据种类繁多，有些数据包含特征信息较多，与变压器运行状态紧密联系，相反，有些数据包含较少有用信息，所以为了合理利用数据包含的特征信息，在对变压器运行状态进行评估时应该对各评估指标的权重赋予不同值，才能更加客观真实反映出变压器的运行状态。
[0060]
随着评估算法研究的不断发展，不同种类的权重确定方法也应运而生。根据权重
赋值本质的不同，可以分为主观赋权法和客观赋权法两类。主观赋权法是根据人为的经验因素赋予权重不同的大小值。主观赋权法概念的提出较早，受主观因素影响太大，针对同一指标权重不同专家根据自身经验赋予的值不同，容易造成同一评估结果差别太大。客观赋权法权重的大小主要根据评价指标的测量值确定，虽然避免了人为因素对评估结果的影响，但是可能会使指标的权重偏离实际情况，从而造成评估结果不可信，所以为了弥补两类方法的优缺点，使评估结果更准确，本实施例将两类方法结合起来对变压器的运行状态进行评估，避免主观或客观因素对其评估结果的决定性影响。
[0061]
g1法是一种解决复杂问题的主观权重确定方法，也称为序关系分析法，该方法和层次分析法一样需要相关专家凭借自己的经验知识对评估指标进行打分，但不同的是g1法不需要构造判断矩阵，也不需要进行一致性检验，与层次分析法相比其计算量较小，权重确定效率较高。
[0062]
熵权法是一种客观赋权的方法，评价指标测量值决定了其权重大小。一般用信息熵的概念描述指标包含有用信息量的大小，信息熵越小，说明该指标包含较多有用信息，对评估结果起到的作用越大，所以根据包含信息量大小应赋予该指标较大权重值。
[0063]
而上述主观权重确定过程中权重是根据专家经验确定的，因此会造成主观权重因人而异，从而对评估结果产生影响。同时，客观权重确定过程中权重是根据数据大小确定的，忽略了专家经验的主观因素，因此会出现异常数据造成客观权重不合理的情况。
[0064]
综上，主观权重确定由专家给评估指标打分确定，客观权重是根据指标数据的实测值来确定，两种权重确定的方式仅考虑了单一因素，易造成评估结果的不可靠，因此为了避免主客观因素对评价结果的决定性影响，本实施例采用g1法和熵权法的组合赋权方式确定评估指标权重并进行数据融合，如图5所示，对应的权重计算公式如下：
[0065][0066]
式中ω
gi
表示主观权重，ω
si
表示客观权重，ω
gsi
表示综合权重，m表示有m个评价指标。
[0067]
由上式得到综合权重为
gsi
(i＝1,2
…
m)，则变压器运行状态的权重矩阵为：
[0068]
ω＝|ω
gs1
ω
gs2
…
ω
gsi
…
ω
gsm
|。
[0069]
变压器的运行状态评价对象n的所有评价指标在第j个运行状态评价等级下的关联度矩为：
[0070]
kj＝|kj(v1)kj(v2)
…
kj(vi)
…
kj(vm)|
t
[0071]
式中，kj(vi)表示待评物元在第j个运行状态评价等级下第i个评价指标的关联度.
[0072]
由上式得到变压器运行状态m个评价指标在n个运行状态评价等级下的综合关联度矩阵为：
[0073]
k＝|k1k2…
kj…kn
|。
[0074]
最终基于上述权重矩阵和综合关联度矩阵获取变压器运行状态的评价矩阵：
[0075]
h＝ω
·k[0076]
在评价矩阵h中，若第j列的值最大，则表示变压器运行状态隶属于第j个运行状态评价等级。
[0077]
实施例作用与效果
[0078]
根据本实施例提供的变压器健康状态评估方法，针对变压器在线监测装置及状态评估存在不确定性、主观性和评估指标单一性等问题，首先通过特征层数据融合同一放电源通过超声波、特高频、高频电流三种局部放电检测方式的检测结果，基于融合信息对变压器运行状态进行评估，解决变压器监测数据单一、监测误报率高等问题。其次优选变压器状态评估的指标和状态等级划分，在此基础之上，选取评估指标权重确定的方法采用主观赋权和客观赋权的组合赋权方式，有利于克服主观因素或者客观因素对评估结果的决定性影响。然后运用可拓学中的物元分析法，通过物元和关联函数的概念将变压器局部放电各项评估指标与运行等级评价区间的关系定量化，用关联度矩阵表示。最后通过综合权重和关联度矩阵确定变压器运行状态所隶属的评价等级。
[0079]
上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。