一种干式空心电抗器状态数据分析方法与流程

本发明涉及一种干式空心电抗器状态数据分析方法，属于数据统计
技术领域：
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背景技术：
：干式空心电抗器作为变电站基础电力设备用来补偿保护电力设备的安全运行，其运行状态主要由维护工作人员根据国家标准进行定期维护检修和停电进行例行试验对比的方式进行诊断。因为干式空心电抗器包封是固化完成没法拆卸，导致这种离线检修难以进行实现全面、实时的运行状态监测，现场工作人员遇到故障问题时很大部分需要依靠主观经验来判断是否进行检修，容易出现欠修和过修情况，造成一些不必要的资源浪费。所以这种方式具有很强的主观性和局限性。为了实现干式空心电抗器由其使用手册中规定的定期检测维护转变为运行状态检修，合理使用自动化与人工智能结合的检测手段。当运行中的干式空心电抗器出现异常状态时，通过埋入内部的传感器设备将收集干式空心电抗器的异常状态的相关数据发送给检测终端系统存储分析，及时全面的收集对设备异常状态分析有很大帮助。状态检测能够准确判断干式空心电抗器所处的工作运行状态，若发现设备可能存在异常状态，了解整个运行状态的详细信息；及时采取相应措施控制异常状态继续发展，若无法阻止则处理好异常状态引起的问题，再维修故障设备恢复其正常运行；正确分析引起异常状态的原因，做好预防措施避免类似状况出现。所以建立一个可靠的干式空心电抗器运行状态评估模型，有助于维护人员准确和快速地处理干式空心电抗器运行中的异常状态，有助于制定合适的干式空心电抗器检修和更换策略。有效保证用电安全同时避免突发停电事故，使输变电系统稳定正常运行。技术实现要素：本发明提供了一种干式空心电抗器状态数据分析方法，以解决现有技术中的干式空心电抗器运行状态分析方法难以进行实现全面、实时的运行状态监测，现有技术靠主观经验来判断是否进行检修，容易出现欠修和过修情况，造成一些不必要的资源浪费，具有很强的主观性和局限性。本发明的技术方案是：一种干式空心电抗器状态数据分析方法，所述干式空心电抗器状态数据分析方法的具体步骤如下：step1、获取影响干式空心电抗器运行状态的状态参量数据；step2、建立干式空心电抗器运行状态评估指标体系；step3、利用层次分析法确定干式空心电抗器运行状态评估指标权重；step4、利用模糊理论确定干式空心电抗器运行状态评估指标隶属度函数；step5、根据隶属度函数建立模糊关系矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度；step6、利用模糊层次分析法得到模糊综合评判矩阵，并计算出综合评估指标；step7、利用加权平均法对综合评估指标进行处理，得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果。进一步地，所述步骤step1中，所述获取影响干式空心电抗器运行状态的状态参量数据包括：抽取影响干式空心电抗器状态的3个方面12个状态参量包括：运行参数中的负荷水平、热点温度、噪声水平和损耗；运行环境中的环境温度、环境湿度、日照强度和海拔高度；运行历史中的运行年限、检修记录、报警记录和附件情况。进一步地，所述步骤step2中，所述建立干式空心电抗器运行状态评估指标体系包括：目标层包括干式空心电抗器运行状态；项目层包括运行参数、运行环境、运行历史；指标层包括负荷水平、热点温度、噪声水平、损耗、环境温度、环境湿度、日照强度、海拔高度、运行年限、检修记录、报警记录和附件情况。根据干式空心电抗器的实际工作运行状态分为良好、一般、注意和严重4个等级。进一步地，所述步骤step3中，所述利用层次分析法确定干式空心电抗器运行状态评估指标权重包括：利用专家和工作人员对影响运行状态各指标因素进行打分；利用层次分析法确定各评估指标的常权重；利用变权理论对各评估指标进行变权。进一步地，所述步骤step4中，所述利用模糊理论确定干式空心电抗器运行状态评估指标隶属度函数包括：对项目层中的定量指标参量归一化处理；利用模糊分布法得到半梯形和三角形结合的隶属度函数；对项目层中的定性评判因素包括：运行历史中的检修记录、报警记录和附件情况等因素，采用现场工作人员和专家进行评分，评分区间为[0-1]，通过各专家评分进行综合，得出评判因素的隶属度函数。进一步地，所述步骤step5中，所述根据隶属度函数建立模糊关系矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度包括：按照各因素的隶属函数计算所有指标因素对应的单因素评判矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度。进一步地，所述步骤step6中，所述利用模糊层次分析法得到模糊综合评判矩阵，并计算出综合评估指标包括：单因素评判矩阵与变权值结合得到模糊综合评判矩阵；利用加权平均型算子得出综合评估指标。进一步地，所述步骤step7中，所述得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果包括：利用加权平均法对所述综合评估指标进行处理得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果；使用1、2、3、4分别表示良好、一般、注意、严重4种等级；判断所述综合评估结果属于哪一运行状态等级。本发明提供的干式空心电抗器状态数据分析方法首先选择影响干式空心电抗器运行参数、运行环境和运行历史3个方面的12个状态参量作为评判指标，建立干式空心电抗器运行状态评判指标体系，采用层次分析法确定干式空心电抗器运行状态评估指标权重并通过变权理论对各评估指标进行变权，这将真实地反映干式空心电抗器的运行状态，对于不同的定量指标进行归一化处理，定量指标归一化后，对其采用模糊分布法得到定量指标的隶属度函数，对于定性指标通过各专家评分进行综合，得出评判因素的隶属度函数，通过定性和定量指标的隶属度函数得出干式空心电抗器运行状态对应的各指标因素对应单因素评判矩阵，单因素评判矩阵反映出干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度，利用模糊层次分析法得到模糊综合评判矩阵，采用加权平均型算子计算出综合评估指标，采用加权平均法对所述综合评估指标进行相应处理得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果，最终判断所述综合评估结果属于哪一运行状态等级。由于影响干式空心电抗器状态的因素众多，这与层次分析法允许多标准和同时评估的特点吻合，因此方法采用层次分析法对干式空心电抗器的状态进行评估，干式空心电抗器状态评估面临的另一个限制是无法准确客观地测量变量，通过使用模糊评分而不是具体评分来评估这些因素，可以更客观地评估电抗器真正的运行状态。本发明的有益效果是：目前大量对干式空心电抗器运行状态的评估研究主要是通过监测其运行时的温升、磁场、噪声和绕组直流电阻等因素来实现，但是这些方法都仅从某一方面参量对运行状态进行评价，有很大的片面性，评估结论的可信度并不高且考虑并不全面。本方法引入模糊层次分析法，综合多种参量对电抗器状态进行客观全面评判。考虑到用模糊层次分析法确定的干式空心电抗器运行状态指标权重是固定的，存在单个指标的影响会被整个系统所覆盖的情况，引入变权理论，使指标权重可以根据指标状态动态调整。最后结合隶属度函数得出干式空心电抗器运行状态等级。通过对现实干式空心电抗器的评估验证了该方法的有效性，可以作为干式空心电抗器状态评估的有效工具，为其检修维护方案的安排提供了有价值的信息。附图说明图1是本发明干式空心电抗器运行指标体系；图2是本发明半梯形和三角形结合的隶属度函数分布；图3为本发明中的流程图。具体实施方式实施例1：如图3所示，一种干式空心电抗器状态数据分析方法，所述干式空心电抗器状态数据分析方法的具体步骤如下：step1、获取影响干式空心电抗器运行状态的状态参量数据；step2、建立干式空心电抗器运行状态评估指标体系；step3、利用层次分析法确定干式空心电抗器运行状态评估指标权重；step4、利用模糊理论确定干式空心电抗器运行状态评估指标隶属度函数；step5、根据隶属度函数建立模糊关系矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度；step6、利用模糊层次分析法得到模糊综合评判矩阵，并计算出综合评估指标；step7、利用加权平均法对综合评估指标进行处理，得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果。进一步地，所述步骤step1中，所述获取影响干式空心电抗器运行状态的状态参量数据包括：抽取影响干式空心电抗器状态的3个方面12个状态参量包括：运行参数中的负荷水平、热点温度、噪声水平和损耗；运行环境中的环境温度、环境湿度、日照强度和海拔高度；运行历史中的运行年限、检修记录、报警记录和附件情况。进一步地，所述步骤step2中，所述建立干式空心电抗器运行状态评估指标体系包括：目标层包括干式空心电抗器运行状态；项目层包括运行参数、运行环境、运行历史；指标层包括负荷水平、热点温度、噪声水平、损耗、环境温度、环境湿度、日照强度、海拔高度、运行年限、检修记录、报警记录和附件情况。根据干式空心电抗器的实际工作运行状态分为良好、一般、注意和严重4个等级。进一步地，所述步骤step3中，所述利用层次分析法确定干式空心电抗器运行状态评估指标权重包括：利用专家和工作人员对影响运行状态各指标因素进行打分；利用层次分析法确定各评估指标的常权重；利用变权理论对各评估指标进行变权。进一步地，所述步骤step4中，所述利用模糊理论确定干式空心电抗器运行状态评估指标隶属度函数包括：对项目层中的定量指标参量归一化处理；利用模糊分布法得到半梯形和三角形结合的隶属度函数；对项目层中的定性评判因素包括：运行历史中的检修记录、报警记录和附件情况等因素，采用现场工作人员和专家进行评分，评分区间为[0-1]，通过各专家评分进行综合，得出评判因素的隶属度函数。进一步地，所述步骤step5中，所述根据隶属度函数建立模糊关系矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度包括：按照各因素的隶属函数计算所有指标因素对应的单因素评判矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度。进一步地，所述步骤step6中，所述利用模糊层次分析法得到模糊综合评判矩阵，并计算出综合评估指标包括：单因素评判矩阵与变权值结合得到模糊综合评判矩阵；利用加权平均型算子得出综合评估指标。进一步地，所述步骤step7中，所述得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果包括：利用加权平均法对所述综合评估指标进行处理得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果；使用1、2、3、4分别表示良好、一般、注意、严重4种等级；判断所述综合评估结果属于哪一运行状态等级。实施例2：如图1-3所示，一种干式空心电抗器状态数据分析方法，所述干式空心电抗器状态数据分析方法的具体步骤如下：step1、获取影响干式空心电抗器运行状态的状态参量数据；step2、建立干式空心电抗器运行状态评估指标体系；step3、利用层次分析法确定干式空心电抗器运行状态评估指标权重；step4、利用模糊理论确定干式空心电抗器运行状态评估指标隶属度函数；step5、根据隶属度函数建立模糊关系矩阵，得到干式空心电抗器运行状态的各因素隶属于某一运行等级的程度；step6、利用模糊层次分析法得到模糊综合评判矩阵，并计算出综合评估指标；step7、利用加权平均法对综合评估指标进行处理，得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果。其中，获取影响干式空心电抗器运行状态的状态参量数据指根据影响干式空心电抗器运行状态进行测量所得到的数据，所指的干式空心电抗器运行状态的状态参量数据可以包括但不限于运行参数中的负荷水平、热点温度、噪声水平和损耗，运行环境中的环境温度、环境湿度、日照强度和海拔高度，运行历史中的运行年限、检修记录、报警记录和附件情况。干式空心电抗器状态评估面临的一个限制是无法准确客观地测量变量。一般而言，电气参量是影响干式空心电抗器运行状态，然而电气参量很难获得。因此，本方法通过由电气参量导致的非电气参量因素来评估干式空心电抗器运行状态。本申请优选的实施例采用层次分析法建立干式空心电抗器运行状态评估指标体系。层次分析法一旦建立了层次结构，决策者就系统地评估其各种要素，方法是每次对它们进行相互比较，以了解它们对层次结构中高于它们的要素的影响。由于影响干式空心电抗器状态的因素众多，这与层次分析法允许多标准和同时评估的特点吻合，因此本方法采用层次分析法对干式空心电抗器的状态进行评估。ahp的关键是建立判断矩阵，判断矩阵是否一致性非常困难。引入了模糊一致矩阵的概念，从而得到了模糊层次分析法(fahp)实现干式空心电抗器运行状态评估。其步骤如下：(1)建立干式空心电抗器的评估因素集xx＝{x1,x2,…,xn}(1)(2)建立评语集vv＝{v1,v2,…,vn}(2)(3)构建判断矩阵和确定权重w构造优先关系矩阵，并将其转换为模糊一致矩阵，进行层次排序后得到w可表示为w＝(w1,w2,…wm)(3)(4)建立模糊关系矩阵c建立隶属度函数后，得到单因素的评估矩阵。则单因素评判矩阵c为式中，cij是x中因素xi对应于v中评语集vj的隶属关系，因素xi隶属于vj等级的程度。(5)模糊综合评判矩阵b式中w为各指标变权集；wi(i＝1,2,...,m)为各评判因素的权重；bi(j＝1,2,3,4)为模糊综合评判指标权重；·为模糊合成算子，本文采用加权平均型算子因此，得到的评估指标为bj(6)得到运行状态值按式(1)-式(7)的步骤，计算出评估指标bi(j＝1,2,3,4)后，本文采用加权平均法对bi(j＝1,2,3,4)进行相应的处理，得到干式空心电抗器运行状态的综合评估结果。表达式为：式中hj为各运行状态的值，取值为1-4。具体的，采用各种状态参量对干式空心电抗器进行整体运行状态评估。参考国家标准《6kv-35kv级干式并联电抗器技术参数和要求》，考虑干式空心电抗器运行中数据获取的可操作性、分析电抗器运行状态参数以及咨询变电站工作人员和技术专家，选择影响干式空心电抗器运行参数、运行环境和运行历史3个方面的12个状态参量作为评判指标，建立干式空心电抗器运行状态评判指标体系，如图1所示。根据干式空心电抗器的实际工作运行状态分为4个等级，如表1所示。表1运行状态划分等级等级划分状态描述良好故障率低，可以推迟检修计划一般故障概率较低，正常检修即可注意故障概率较高，应及时安排检修计划严重故障概率很高，必须立马进行检修干式空心电抗器运行状态评估目前尚处于研究的起步阶段，因为其内部结构和制作方式特殊性，发生运行异常或故障时，很难获取具有明确结论的故障样本。所以收集一些对电抗器运行状态有影响的指标数据，通过变电站工作人员和技术专家的经验，采用表2所示的打分法，利用层次分析法为建立的电抗器运行状态指标体系赋予相应的权重，引入模糊一致矩阵计算矩阵一致性，得到项目层和指标层常权重。表20.1-0.9标度的定义根据所建立的干式空心电抗器评判指标体系，在参照国家相关技术标准，同时广泛征求专家和现场运行人员意见的基础上，由于运行工况是直接反映干式空心电抗器运行状态的指标因素，其最能反映干式空心电抗器的运行状态。运行历史又比运行环境要稍微强些。所以项目层的优先关系矩阵为f1，转为模糊一致矩阵为r1。项目层中运行参数的4个指标中负荷水平和热点温度是最能反映干式空心电抗器运行状态，运行时损耗又比运行时噪声水平稍微强些，所以运行参数中4个指标的优先关系矩阵为f11，转为模糊一致矩阵r11：依据以上方法可求得运行环境指标层优先关系矩阵f12和运行历史指标层优先关系矩阵f13并分别转换为对应的模糊一致矩阵r12和r13。利用所求得模糊一致矩阵，通过因素关系法计算项目层和指标层各因素的常权值。因素关系法公式为：式中取β＝(n-1)/2使得权重之差最大，达到重视各因素之间重要差异程度的目的。用模糊层次分析法(fahp)确定的干式空心电抗器运行状态指标权重是固定的，不会因为评判指标的变化而发生变化。运行过程中若其中某个参数严重偏离正常值时，表示干式空心电抗器极大可能处于异常运行状态，这时需要立即进行观察，必要时立即停电进行检修，否则如果继续负载运行可能会引起故障的进一步发展，甚至发生起火燃烧等。所以各种因素的权重不应该是不变的，在专家和现场工作人员打分后通过模糊层次分析法得到各个因素的权重是固定不变的，有些次要影响因素的常权是较小的。为了防止出现以上情况的发生，引入变权理论，通过现场实测的数据值带入变权公式来改变各个因素的权重，实现评估指标的变权。因此，在常权的基础上根据实际运行时的指标数据进行计算改变权重，这将真实地反映干式空心电抗器的运行状态。其公式如下：当α越小说明对各指标之间的相互平衡问题考虑的较多；α越大说明对比较能干式空心电抗器能够容忍运行中的次要因素的缺陷。因此，对于运行工况的指标取α＝0.2，其它指标取α＝0.5。隶属度函数是模糊集合应用于实际问题的基础，其确定方法不是唯一的。根据定量指标和定性指标采用2种不同的隶属度函数。(1)定量指标隶属函数对于不同的定量指标，由于单位和数量的差异不能直接进行计算。所以需要先对数据进行归一化处理。对于指标因素越小干式空心电抗器运行越稳定。归一化处理采用式(13)：对于指标因素越大干式空心电抗器运行越稳定。归一化处理采用式(14)：其中:xi为第i个指标的归一化值，c0为该指标的允许值，cmax和cmin为该指标的极限值，ci为该指标实测值。定量指标归一化后，对其采用模糊分布法。结合实际情况由于三角形分布能很好地反映指标与状态之间的模糊关系，如图2所示。不同的指标根据自身特点选取不同的模糊分界区间。主要参考的是专家经验和有关规程，同时结合现场实际取得的干式空心电抗器运行的数据，例如，指标层中的热点温度越小电抗器运行越稳定，属于越小越优型指标。根据国家标准规定绝缘材料为b级的干式空心电抗器最高温升限值为85℃，所以带入式(10)为x＝ci/85，当ci＞85时，x取值为1，ci为实测的温升值。其对应的v1-v4的四种状态的隶属度函数表达如下：同理可以得到指标层中其它定量指标的隶属函数。(2)定性指标的隶属函数对于项目层的运行历史中的检修记录、报警记录和附件情况等定性描述的数据采用模糊统计试验法。通过现场工作人员和专家进行评分，评分区间为[0-1]。通过各专家评分进行综合，确定评判因素的隶属度，从而得到单因素评判矩阵，其表达式为：式中x为隶属度；xk为评分值；n为专家人数。模糊算子和评判指标处理，模糊综合评判表达式如下式。式中w为各指标变权集；wi(i＝1,2,…,m)为各评判因素的权重；bj(j＝1,2,3,4)为模糊综合评判指标权重；·为模糊合成算子，本文采用加权平均型算子使用这种算法既考虑了主要因素对干式空心电抗器运行状态的影响，又保留了单个因素的全部信息，比较符合实际情况。因此，得到的评估指标为bj：经过模糊综合评判计算出评估指标bj(j＝1,2,3,4)后，本申请采用加权平均法对评估指标bj(j＝1,2,3,4)进行的处理，最终得出干式空心电抗器运行状态综合评估结果。其表达式为：以下通过具体的实施例详细说明本申请的内容，干式空心电抗器运行分为良好、一般、注意和严重4个状态，从变电站获得状态数据作为训练集样本，对训练集样本进行归一化处理后，后采用模糊层次分析法确定运行状态评估体系的权重，进而对评判指标进行变权，最后确定隶属度函数并计算各指标因素对应的评判矩阵，综合得出干式空心电抗器的运行状态等级。具体步骤如下：(1)计算指标层和项目层中各因素的常权值，如表3和表4所示：表3项目层各因素常权值评判因素运行工况(x1)运行环境(x2)运行历史(x3)权重0.73340.06750.1991表4指标层各因素常权值评判因素常权值(x11,x12,x13,x14)(0.3747,0.3166,0.1278,0.1809)(x21,x22,x23,x24)(0.3500,0.3056,0.1944,0.1500)(x31,x32,x33,x34)(0.2468,0.3287,0.2411,0.1834)(2)计算指标层和项目层中各因素的变权值，如表5和表6所示表5项目层各因素常权值评判因素运行工况(x1)运行环境(x2)运行历史(x3)变权0.6540.1270.219表6指标层各因素变权值评判因素变权值(x11,x12,x13,x14)(0.301,0.438,0.097,0.165)(x21,x22,x23,x24)(0.416,0.344,0.105,0.137)(x31,x32,x33,x34)(0.294,0.262,0.251,0.192)(3)按照各因素的隶属函数，其中干式空心电抗器运行状态对应的项目层运行工况下的4种指标因素对应的隶属度函数计算评判矩阵为：结合运行工况的变权值，可得：项目层运行环境下4种指标因素对应的隶属度函数计算评判矩阵为：结合运行工况的变权值，可得：项目层运行历史下4种指标因素对应的隶属度函数计算评判矩阵为：结合运行工况的变权值，可得：(4)根据项目层各因素的常权值，求得干式空心电抗器整体运行状态的评估指标。(5)评估结果的确定。我们用1、2、3、4分别表示良好、一般、注意、严重4种等级，利用式(15)对b进行加权平均后求得v＝1.5605。该结果位于1和2之间，由此可知干式空心电抗器的运行状态位于评估集中的良好和一般之间。根据工作人员提供的运行资料分析，该台干式空心电抗器目前运行中大多数情况下时处于低负荷运行，而且内部的包封温升比较低。该台干式空心电抗器能维持安全稳定运行，定期维护即可。利用上述模型对干式空心电抗器的新运行数据所处的运行状态进行识别(即判断该干式空心电抗器处于已知某种状态的可能性)，确定其物理意义上的“状态类别”。当干式空心电抗器的运行参数发生变化时，算法可以判断出其运行状态的变化。上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。当前第1页12