基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統及其評估方法

2023-06-03 13:44:16 3

專利名稱：：基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統及其評估方法
技術領域：
：本發明涉及一種基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統及其評估方法，適用於對油浸式電力變壓器進行故障檢測。
背景技術：
：目前，對油浸式電力變壓器進行故障檢測的方法眾多，比較常用的方法有以下四種(1)採用模糊核聚類和支持向量機故障診斷算法的油色譜分析法通過色譜儀檢測變壓器絕緣油中溶解氣體，利用色譜分析儀分析甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、氫氣、乙炔、一氧化碳和二氧化碳的含量，將其轉變為數位訊號，送入計算機後，首先採用模糊核聚類算法對訓練樣本進行聚類，然後將各類聚類正確的樣本數據放入支持向量機(SVM)多類目標簡化結構中進行訓練，最終利用訓練好的分類器將各類故障樣本分開，從而判斷是否存在低溫過熱、高溫過熱、低能放電、高能放電等故障現象。(2)採用小波頻譜分析算法的局部放電超高頻信號檢測法通過天線把接收到的超高頻信號頻率(大於350MHz，變壓器內部發生故障時伴隨的脈衝電流)送至信號調理器放大後經數據採集卡將模擬信號轉變為數位訊號，送入計算機後，利用小波包分解算法進行不同尺度上的小波包分解，對其進行頻譜分析，從而判斷是否發生局部放電和電弧放電故障。(3)採用小波頻譜分析算法的繞組變形振動信號檢測法首次測量得到的變壓器器身各處的振動信號保存為正常狀態的歷史數據，作為以後進行故障判斷的依據。電力變壓器鐵心或繞組發生位移、鬆動或變形時，相對於正常狀態下的振動信號，這時測得振動信號會有較高頻成分的出現，原來一些頻率處的幅值也會發生變化，並且鐵心或繞組位移、鬆動或變形越嚴重，出現的高頻成分越多；另外，此時在一些頻率處的幅值變化也就越大。變壓器鐵心或繞組發生故障時，振動信號的能量分布也會發生變化。對得到的振動信號運用小波包分解算法，求出其幅頻特性。在振動信號的幅頻特性曲線上，相對於正常狀態下的振動信號，若出現了一些高頻分量，則可以認為繞組或鐵心有故障存在。(4)採用電流互感器的電流檢測法-在變壓器高、低壓側安裝電流互感器，檢測變壓器的高、低壓兩側電流，根據縱聯差動保護原理可判斷被測變壓器內部及兩側套管和引出線上的相間短路故障；檢測中性線電流，並判斷零序電流是否超過設定值來判定接地和中性點零序過電流故障。目前對油浸式電力變壓器的故障檢測是分別獨立地採用上述四種方法中的一種方法對變壓器進行檢測，由於上述四種檢測方法中每一種方法是針對一種或一些故障和異常運行狀態而提出的，因此每一種方法不能完全反映一臺被測變壓器的運行狀態，只能反映一個側面，即不能完全表徵被測變壓器的工況。
發明內容本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術中的缺點，而提供一種能夠及時發現和準確判斷變壓器故障、並能全面反映變壓器運行狀態的基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統及其評估方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案技術方案一本發明的評估系統由油色譜分析子系統，局部放電超高頻信號檢測子系統，繞組變形振動信號檢測子系統，電流互感器檢測子系統，計算機組成，所述油色譜分析子系統由色譜儀、色譜分析儀、計算機組成；所述色譜儀的輸出端經色譜分析儀接所述計算機的第一輸入端；所述局部放電超高頻信號檢測子系統由天線、第一信號調理器、第一數據採集卡、所述計算機組成；天線接第一信號調理器的天線接口端，第一信號調理由器的輸出端經第一數據採集卡接所述計算機的第二輸入端；所述繞組變形振動信號檢測子系統由振動傳感器、電荷放大器、第二數據採集卡、所述計算機組成；所述振動傳感器的輸出端依次經電荷放大器、第二數據採集卡接所述計算機的第三輸入端；所述電流互感器檢測子系統由電流互感器、第二信號調理器、第三數據採集卡組成；所述電流互感器的輸出端依次經第二信號調理器、第三數據採集卡接所述計算的第四輸入端。在所述計算機中裝有基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法軟體、小波頻譜分解算法軟體、電流信號分析軟體、基於D-S證據理論融合評估算法軟體。技術方案二本發明的評估方法包括有以下四種檢測方法採用基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法的油色譜分析法、採用基於小波頻譜分析算法的局部放電超高頻信號檢測法、採用基於小波頻譜分析算法的繞組變形振動信號檢測法、採用電流互感器的電流信號分析法；其特徵在於利用D-S證據理論融合評估算法將上述四種檢測方法所得的檢測結果融合起來評判一臺被測變壓器的運行狀態；具體方法步驟如下(1)首先利用上述四種檢測方法分別對被測變壓器進行檢測得出各自的檢測結果；(2)然後根據所述的檢測結果分別給出證據對目標的基本概率指派函數值即指派概率a、所述油色譜分析法指派概率的確定通過基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法，得到中低溫過熱(鐵心多點接地)，高溫過熱(繞組短路)，低能放電(局部放電)，高能放電(電弧放電)四類故障的指派概率；b、所述局部放電超高頻信號檢測法指派概率的確定通過小波包分解，提取最大放電量和放電次數兩個特徵值，將其作為ANFIS網絡的輸入，輸出為局部放電或電弧放電故障的指派概率；所述ANFIS網絡為神經網絡和Sugeno型模糊推理系統的結合；C、所述繞組變形振動信號檢測指派概率的確定根據高頻分量是否出現，判斷繞組變形故障的有無，若有故障，則指派概率為l;若無故障，指派概率為0;d、所述電流檢測法指派概率的確定根據電流互感器的檢測結果，判斷繞組短路、電弧放電和外部故障，若為外部故障，指派概率為1;若為繞組短路或電弧放電故障，指派概率分別為0.5;(3)計算每種故障的證據空間a、針對所述四種檢測方法，取j二l，2，3，4;針對下述六種故障Ai:繞組短路、鐵心多點接地、局部放電、電弧放電、繞組變形、外部故障，i取l，2，3，4，5，6，然後計算基本可信數m,(0和不確定性概率m^^;b、利用D-S證據理論融合評估算法中的合併法則即下述公式(A)對w,進行融合，m=Wl@w20W3@W4，得到的融合後的基本可信數附(/)(/=1，2，3,4,5,6)和不確定性概率附的formulaseeoriginaldocumentpage8c、按照下述公式(B)計算證據區間;^(/)]:formulaseeoriginaldocumentpage8其中^/々')為信任函數；；^(/)為似真度函數；(4)根據下述診斷決策確定診斷結果即故障類型Fc如下所述診斷決策為規則1:目標類別應具有最大的基本可信度值;規則2:目標類別與其他類別的基本可信度值的差必須大於某一閾值;規則3:不確定性概率^.(0必須小於某一闊值；規則4:目標類別的基本可信度值必須大於不確定概率m,W)。下面把本發明方法中使用的D-S證據理論融合評估算法作一簡要說明油色譜分析、局部放電超高頻信號檢測、變壓器繞組變形振動信號分析都可以反映變壓器的潛伏性故障，但各有側重；採用電流互感器的電流分析方法是在變壓器內部或外部發生故障時快速切斷電源，屬於事後策略。因此在故障診斷中，可以將振動信號、超高頻信號、電氣參數、油色譜數據等多源信息進行融合，從不同側面反映變壓器內部故障的演變過程，反映變壓器故障從潛伏到發生的完整過程，同時幾種方法可以互相驗證，更加準確對變壓器故障進行分類和定位，從而更有效地評估變壓器的狀態。對於同一事物，由於證據來源不同，得到了兩個不同的基本可信數島和處，並且它們是相互獨立的，即它們相應的信任函數BeL和Bel2是相互獨立的。這時恥和處可以合成一個新的基本可信數島④處，相應的信任函數用BeL0Bel2表示，BeL④Bel2的大小可根據信任函數的定義，通過處@處來計算。函數處@處:20—[O，l]，它的定義為附iw2(C)=0C=D(A)上述公式(A)的重要特性之一是分母"i-5>104>2(￡)，它可以用來表示不同的證據體之間的衝突，也可以理解為證據組合規則的一個標準化因子。若結合幾個證據時，可先結合前兩個，然後，再把此結論同第三個證據結合起來，以此類推，直到最後。證據區間[&//0,;^(0]:5e/乂(!')二mj(z')(B)其中為信任函數；/7/;(/)為似真度函數；具體算法見圖3。本發明的有益效果如下-本發明利用數據融合理論將油色譜分析法、超高頻信號、振動信號、電氣參數分析四種方法的檢測信息融合起來評判一臺被測變壓器的工況，能夠準確發現被測變壓器潛伏性故障，促使變壓器維護由定期檢修、事故維修向狀態檢修、可靠性維護方向發展，提高檢測準確率，預防和減少設備事故，調高電力企業的生產效率。圖1為本發明的評估系統硬體配置圖。圖2為本發明的評估方法原理框圖。圖3為本發明評估方法中的D-S證據理論融合評估算法軟體流程圖。圖4為實施例2中的變壓器內部局放電頻譜圖(屏幕截圖)。圖5為實施例2中的變壓器振動信號頻譜圖(屏幕截圖)。具體實施例方式實施例1(本發明評估系統的實施例)由圖1所示的實施例1可知，本發明的評估系統由油色譜分析子系統，局部放電超高頻信號檢測子系統，繞組變形振動信號檢測子系統，電流互感器檢測子系統，計算機12組成，所述油色譜分析子系統由色譜儀4、色譜分析儀5、計算機12組成；所述色譜儀4的輸出端經色譜分析儀5接所述計算機12的第一輸入端；所述局部放電超高頻信號檢測子系統由天線1、第一信號調理器2、第一數據採集卡3、所述計算機12組成；天線l接第一信號調理器2的天線接口端，第一信號調理由器2的輸出端經第一數據採集卡3接所述計算機12的第二輸入端；所述繞組變形振動信號檢測子系統由振動傳感器9、電荷放大器10、第二數據採集卡ll、所述計算機12組成；所述振動傳感器(9)的輸出端依次經電荷放大器10、第二數據採集卡11接所述計算機12的第三輸入端；所述電流互感器檢測子系統由電流互感器6、第二信號調理器7、第三數據採集卡8組成；所述電流互感器6的輸出端依次經第二信號調理器7、第三數據採集卡8接所述計算機12的第四輸入端。在所述計算機12中裝有基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法軟體、小波頻譜分解算法軟體、電流信號分析軟體、基於D-S證據理論融合評估算法軟體。所述天線1採用超寬帶雙臂平面等角螺旋天線；所述振動傳感器9的型號為朗斯LC0803型應變加速度傳感器；所述電流互感器6的型號為LZZJB6-10Q400-1600/5;所述第一至第三數據採集卡的型號為HP3901A;所述第一至第二信號調理器的型號為KD0705;所述電荷放大器的型號為朗斯LC0602。所述振動傳感器9的個數為6-12個。實施例2(本發明評估方法的實施例，參見圖1-5):被測變壓器13採用特變電工500kV360MVA三相雙繞組變壓器。利用實施例1所述的系統，按照上述
發明內容部分的技術方案二操作即可。本實施例2的檢測診斷結果見附表1，對附表1的說明如下在附表1中，由於油色譜分析法不能對繞組變形和外部故障進行鑑別，因此其指派概率為0。超高頻信號局部放電分析只能鑑別是否發生局部放電和電弧放電故障，無法鑑別其他故障，圖4為本實施例檢測到的放電波形，圖5為振動信號頻譜圖。振動信號分析只能判別繞組是否變形，無法鑑別其他故障類型，本實施例沒有振動異常，因此振動信號分析對各故障的指派概率為0。電流分析法無法鑑別局部放電和繞組變形，因此這兩項的指派概率為0，且電流分析法只能區分內部短路、外部過載、內部接地、外部接地，而繞組短路往往與電弧放電同時發生，從而引發繼電保護動作。本實施例診斷去除振動信號分析的影響，只有電弧放電得到三種方法的支持，因此證據組合的結果是被測變壓器發生了電弧放電。附表l(證據指派概率):tableseeoriginaldocumentpage11權利要求1、基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統，其特徵在於它由油色譜分析子系統，局部放電超高頻信號檢測子系統，繞組變形振動信號檢測子系統，電流互感器檢測子系統，計算機(12)組成，所述油色譜分析子系統由色譜儀(4)、色譜分析儀(5)、計算機(12)組成；所述色譜儀(4)的輸出端經色譜分析儀(5)接所述計算機(12)的第一輸入端；所述局部放電超高頻信號檢測子系統由天線(1)、第一信號調理器(2)、第一數據採集卡(3)、所述計算機(12)組成；天線(1)接第一信號調理器(2)的天線接口端，第一信號調理由器(2)的輸出端經第一數據採集卡(3)接所述計算機(12)的第二輸入端；所述繞組變形振動信號檢測子系統由振動傳感器(9)、電荷放大器(10)、第二數據採集卡(11)、所述計算機(12)組成；所述振動傳感器(9)的輸出端依次經電荷放大器(10)、第二數據採集卡(11)接所述計算機(12)的第三輸入端；所述電流互感器檢測子系統由電流互感器(6)、第二信號調理器(7)、第三數據採集卡(8)組成；所述電流互感器(6)的輸出端依次經第二信號調理器(7)、第三數據採集卡(8)接所述計算機(12)的第四輸入端；在所述計算機(12)中裝有基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法軟體、小波頻譜分解算法軟體、電流信號分析軟體、基於D-S證據理論融合評估算法軟體。2、根據權利要求1所述的基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統，其特徵在於所述天線(1)採用超寬帶雙臂平面等角螺旋天線；所述振動傳感器(9)的型號為朗斯LC0803型應變加速度傳感器；所述電流互感器(6)的型號為LZZJBe-10Q400-1600/5;所述第一至第三數據採集卡的型號為HP3901A;所述第一至第二信號調理器的型號為KD0705;所述電荷放大器的型號為朗斯LC0602。3、根據權利要求2所述的基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統，其特徵在於所述振動傳感器(9)的個數為6-12個。4、基於多源信息融合的變壓器狀態評估方法，它包括有以下四種檢測方法採用基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法的油色譜分析法、採用基於小波頻譜分析算法的局部放電超高頻信號檢測法、採用基於小波頻譜分析算法的繞組變形振動信號檢測法、採用電流互感器的電流信號分析法；其特徵在於利用D-S證據理論融合評估算法將上述四種檢測方法所得的檢測結果融合起來評判一臺被測變壓器的運行狀態；具體方法步驟如下(1)首先利用上述四種檢測方法分別對被測變壓器進行檢測得出各自的檢測結果；(2)然後根據所述的檢測結果分別給出證據對目標的基本概率指派函數值即指派概率a、所述油色譜分析法指派概率的確定通過基於模糊核聚類和支持向量機的故障診斷算法，得到中低溫過熱即鐵心多點接地，高溫過熱即繞組短路，低能放電即局部放電，高能放電即電弧放電四類故障的指派概率；b、所述局部放電超高頻信號檢測法指派概率的確定-通過小波包分解，提取最大放電量和放電次數兩個特徵值，將其作為ANFIS網絡的輸入，輸出為局部放電或電弧放電故障的指派概率；所述ANFIS網絡為神經網絡和Sugeno型模糊推理系統的結合；c、所述繞組變形振動信號檢測指派概率的確定根據高頻分量是否出現，判斷繞組變形故障的有無，若有故障，則指派概率為l;若無故障，指派概率為O;d、所述電流檢測法指派概率的確定根據電流互感器的檢測結果，判斷繞組短路、電弧放電和外部故障，若為外部故障，指派概率為1;若為繞組短路或電弧放電故障，指派概率分別為0.5;(3)計算每種故障的證據空間a、針對所述四種檢測方法，取j二l，2，3，4;針對下述六種故障Ai:繞組短路、鐵心多點接地、局部放電、電弧放電、繞組變形、外部故障，i取l，2，3,4，5，6,然後計算基本可信數(i)和不確定性概率^W);b、利用D-S證據理論融合評估算法中的合併法則即下述公式(A)對,進行融合，m-附,④w2④w3④附4，得到的融合後的基本可信數m(0(!'=1,2,3,4，5,6)和不確定性概率m(0:formulaseeoriginaldocumentpage4(A)C、按照下述公式(B).計算證據區間[BA(/),;^(/)]:formulaseeoriginaldocumentpage4(P)(B)其中B^(0為信任函數；A(0為似真度函數；(4)根據下述診斷決策確定診斷結果即故障類型Fc如下所述診斷決策為規則1:目標類別應具有最大的基本可信度值;規則2:目標類別與其他類別的基本可信度值的差必須大於某一閾值;規則3:不確定性概率m/。必須小於某一閾值；規則4:目標類別的基本可信度值必須大於不確定概率m,W)。全文摘要本發明涉及一種基於多源信息融合的變壓器狀態評估系統及其評估方法。本發明的評估系統由油色譜分析子系統，局部放電超高頻信號檢測子系統，繞組變形振動信號檢測子系統，電流互感器檢測子系統，計算機組成；本發明評估方法的技術要點是利用D-S證據理論融合評估算法將上述四種檢測子系統所使用的檢測方法所得的檢測結果融合起來評判一臺被測變壓器的運行狀態。本發明的有益效果能夠及時發現和準確判斷變壓器故障、並能全面反映變壓器運行狀態。文檔編號G01R31/00GK101614775SQ200910074890公開日2009年12月30日申請日期2009年7月15日優先權日2009年7月15日發明者劉東輝,孫曉雲,梁永春申請人:河北科技大學