[發明專利]一種變壓器設備故障的辨識方法

有效

• 申請號: 201610200416.7
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105891629B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 郭麗娟;尹立群;張玉波;胡軍;陶松梅;莊池杰;張煒;陳翔宇;黃志都;段煉;黃金劍;吳秋莉
• 申請（專利權）人: 廣西電網有限責任公司電力科學研究院;清華大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G06K9/62
• 代理公司: 南寧東智知識產權代理事務所(特殊普通合伙)45117
• 代理人: 巢雄輝,汪治興

技術領域

本發明屬于輸變電狀態評價與故障診斷技術領域，特別涉及一種變壓器設備故障的辨識方法，具體是一種基于k-Means聚類算法和相關性分析的主變壓器設備故障的辨識方法。

背景技術

輸變電設備的安全是電網安全、可靠、穩定運行的基礎，對電網意義重大。對設備狀態進行有效、準確的評估、診斷和預測，可顯著提高供電可靠性，并將提升電網運行智能化水平。

國外開展高壓電力設備狀態監測、評估與故障診斷技術研究較早，早在1951年，美國西屋公司的工程人員便針對正在正常運行中的發電機由于線槽放電而導致電機損壞的現象進行了監測和診斷；20世紀70年代前，蘇聯、日本、美國、德國、加拿大等發達國家在輸變電設備帶電、在線監測方面進行了較多的探索，首先開拓了在線監測技術研究領域，研制了變壓器油中溶解氣體，變壓器、GIS等的局部放電；20世紀90年代后，隨著傳感器、計算機、網絡通信等技術的發展，設備狀態監測和診斷技術發展迅猛，測量方法也不斷改進，監測對象從變電設備逐漸擴展到輸電設備，狀態信息也日益豐富，同時還出現一些其他通過非電量測量來反映設備狀況的測試儀器，如超高頻局部放電檢測、氣相色譜傳感器、光纖溫度在線測量、紅外裝置、超聲裝置等。

我國電力系統設備的狀態監測和評估研究開始于20世紀70-80年代，上世紀80年代開始，在線監測技術的研究奠定了我國發展狀態評估技術的基礎；近10年來，國內一次設備的帶電檢測和在線監測系統應用較為廣泛，尤其隨著智能電網的建設和發展，在線監測技術得到迅速的推廣和應用；近年來，我國的電網企業在設備運行維護領域進行了大量的探索和嘗試，逐步認識到準確掌握設備狀態信息的重要價值，并已經開始推廣以狀態評價為基礎的檢修管理策略。

目前我國電網公司使用較為廣泛的輸變電設備狀態評價方法包括設備狀態打分制方法、專家系統方法、基于傳統機器學習的多維度設備狀態評價方法以及引入遠程專家意見的樣本訓練方法等；然而，近年來隨著智能監測設備的發展，輸變電設備的狀態參量數據量呈指數級上升；且設備狀態數據來源于多個不同系統；傳統的狀態評價方法無法處理此類多源異構的海量數據。

發明內容

本發明針對以上問題，本發明目的是提供一種基于k-Means聚類算法和相關性分析的主變壓器設備故障的辨識方法，以充分合理的挖掘可能影響主變壓器設備狀態的多種有效信息進行狀態評價，為主變壓器設備的狀態評價提供了新的思路和方法。

為了達到上述目的，本發明是這樣實現的：

一種變壓器設備故障的辨識方法，具體步驟如下：

（1）數據預處理：將待挖掘主變壓器設備的故障異常狀態數據進行收集，根據故障異常狀態數據的不同表征對故障異常狀態量參量賦值；

所述故障異常狀態數據的不同表征為油位指示情況、滲漏油檢查情況、瓷套爬電情況或者外絕緣配置瓷質絕緣破損情況；

（2）常見故障模式的判斷：基于步驟（1）中的故障異常狀態數據收集的總和，再通過聚類分析方法去挖掘主變壓器設備常見的故障模式；

（3）故障模式的診斷：使用狀態量關聯規則分析方法，對被挖掘的主變壓器設備的若干個故障異常狀態量的組合、被挖掘的主變壓器設備故障異常狀態量不同表征進行提取與合并、故障異常狀態量之間的相互影響程度進行分析，最后進行故障模式的診斷；

所述聚類分析方法包括凝聚層次聚類法或k-Means聚類方法；所述狀態量關聯規則分析方法為Apriori關聯規則算法；

所述故障模式的診斷具體步驟如下：

首先求得變壓器故障模式與變壓器設備各故障模式的相關系數，然后得到故障模式診斷的診斷矩陣R；

其中，診斷矩陣R如下公式：

（I）

上式中，i表示所述的通過k-means聚類得到的故障模式的種類，j表示所述的變壓器設備狀態參量的種類，其中i∈[1,k]，j∈[1,m]；k故障模式的種類數，m代表變壓器設備狀態參量總數；

設BD_i表示變壓器設備第i種故障模式，V_j表示第j種狀態參量，則R_ij表示在第i種變壓器設備故障模式BD_i在第j種狀態參量V_j下的相關系數；

其中，R_ij相關系數是采用皮爾遜相關性系數進行計算，將兩個變量與各自變量的平均值的離差為基礎，按積差方法進行計算，再將兩個離差相乘，使用其積表示兩變量之間相關程度；