CN102590688A - 六氟化硫变压器运行工况评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种六氟化硫变压器运行工况评估方法，包括：实时测量各个六氟化硫变压器的气体组份数据；依据预设的转换关系设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数；采用径向基函数神经网络算法，根据所述影响系数计算六氟化硫的健康指数；根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况。通过本发明的技术，可以准确地把握每一个六氟化硫变压器的运行工况，为电力企业合理地安排检修资源、制定高效周密的维修计划提供了重要的参考，解决了现有周期性试验六氟化硫气体技术的职能人员多、试验周期长、试验流程繁杂、效率低的问题，有利于电力企业节约人才、物力及财力等资源，提高电力企业生产效率及经济效益。

Description

六氟化硫变压器运行工况评估方法

技术领域

本发明涉及一种变压器运行工况检测技术，特别涉及一种六氟化硫变压器运行工况评估方法。

背景技术

六氟化硫变压器运行工况分析的目的是通过分析变压器的内部气体组份的含量水平来反映变压器的技术性能情况。

目前，在110kV及以上电压等级的电力***当中存在着大量六氟化硫变压器。作为电网运行的主要载体和高资产价值设备，其安全、可靠运行又直接关系着整个电网的稳定，因此，对六氟化硫变压器进行状态分析对电力企业制定中长期的变压器大修、技术改造和设备更换等策略提供有效的科学指导，能够协助电力企业提高供电安全可靠性和节省运行成本。

目前对于六氟化硫变压器运行工况的评估技术仍然较为原始，一般采用按一定周期现场采取六氟化硫气体样本，进行离线试验，进而确定六氟化硫气体样本中实际的各气体组份水平，进而形成数据报表，由人工录入电力变压器管理***，相关工作人员根据管理***获知当前六氟化硫变压器的健康状况，根据每个六氟化硫变压器具体地的健康状况来分配检修资源；进而制定相应的维修计划和解决方案，对于健康状况较差的六氟化硫变压器及时维修，确保供电正常。

对于现有的六氟化硫变压器的运行工况评估技术，其试验流程繁杂，周期较长，数据更新慢，无法实时监测气体组份数据来对六氟化硫变压器的健康状况进行评估，效率低，耗费人力、物力及财力，已经无法满足六氟化硫变压器的运行工况评估的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种六氟化硫变压器运行工况评估方法，使得对于大量的六氟化硫变压器的工况能够实时进行自动化的分析评估，支持电力企业运用数据分析结果确定有效的投资方案与管理措施。

一种六氟化硫变压器运行工况评估方法，包括如下步骤：

实时测量各个六氟化硫变压器的气体组份数据；

依据预设的转换关系设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数；

采用径向基函数神经网络算法，根据所述影响系数计算六氟化硫的健康指数；

根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况。

与现有技术相比，本发明的技术通过在线、实时获取六氟化硫气体组份数据，根据气体组份数据能够获取直接反映六氟化硫变压器运行工况的数据信息，进而采用径向基函数神经网络算法进行分析，计算六氟化硫变压器直观、单一的工况性能的健康指数，通过健康指数可以准确地判断每一个六氟化硫变压器的运行工况，为电力企业合理地安排检修资源、制定高效周密的维修计划提供了重要的参考，针对性地解决电力企业一直以来所采用的周期性六氟化硫气体试验方法的职能人员多、试验周期长、试验流程繁杂、效率低的问题，有利于电力企业节约人才、物力及财力等资源，提高电力企业生产效率及经济效益。

附图说明

图1是本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的六氟化硫变压器评估方法作详细描述。

参见图1所示，本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法，包括如下步骤：

S101：实时测量各个六氟化硫变压器的气体组份数据；

S102：依据预设的转换关系设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数；

S103：采用径向基函数神经网络算法，根据所述影响系数计算六氟化硫的健康指数；

S104：根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况。

本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法在线、实时获取六氟化硫气体组份数据；根据气体组份数据能够获取直接反映六氟化硫变压器运行工况的数据信息，进而采用径向基函数神经网络算法进行分析，获取六氟化硫变压器直观、单一的工况性能的健康指数，根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况，为电力企业合理地安排检修资源、制定高效周密的维修计划提供了重要的参考。

该方法针对性地解决电力企业一直以来所采用的周期性六氟化硫气体试验方法的职能人员多、试验周期长、试验流程繁杂、效率低的问题，有利于电力企业节约人才、物力及财力等资源，更及时、有效地安排检修资源，提高电力企业生产效率及经济效益。

为了更加清晰本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法，下面结合较佳实施例作更详细的阐述。

优选地，由于六氟化硫健康指数主要依据SF6各气体组份含量水平而确定，主要包括微水、硫化氢(H₂S)、二氧化硫(SO₂)、氟化氢(HF)、SOF₂、动态离子、一氧化碳(CO)等7个项目数据，所述步骤S101中测量各个六氟化硫变压器的气体组份数据，具体包括：利用气体传感器分别测量六氟化硫变压器的微水、硫化氢、二氧化硫、氟化氢、SOF₂、动态离子、一氧化碳的组份数据，对所提取的组份数据进行换精度为1/256的模拟量-数字量转换，并对所述组份数据进行校正。

所述组份数据为六氟化硫变压器的各气体的实测值，根据每一种气体对于六氟化硫变压器的影响程度及其重要性，依据预设的转换关系设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数。

具体地，将气体组份数据划分区段，其中每个区段对应一个影响系数，判决所述气体组份数据所在的区段，设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数；例如，可以依据以下表格设置各种气体的影响系数：

微水组份系数：

硫化氢组份系数：

二氧化硫组份系数：

氟化氢组份系数：

SOF组份系数：

动态离子组份系数：

一氧化碳组份系数：

根据各成分水平系数的之间的逻辑关系，根据公式计算六氟化硫健康指数，所述计算的公式如下：

${\mathrm{HI}}_{\mathrm{SF}6}=\left\{\begin{array}{c}{N}_1(N_1\≤1)\\ N_1+[\mathrm{sum}(N_2,N_3,N_4,...)-(n-1)]*S_{\mathrm{SF}6}(N_1>1)\end{array}\right.$

其中，HI_SF6为六氟化硫健康指数，N₁～N₄......按大小顺序排列的气体组份系数，N若大于1保留原值，否则取0，n是N₁～B₄......中大于1的个数，S_SF6是步进系数。

通过上述计算得到六氟化硫变压器直观、单一的工况性能的健康指数，该健康指数反映了当前六氟化硫变压器之间的性能排列状况及发生故障概率，通过健康指数可以准确地判断每一个六氟化硫变压器的运行工况。

另外，考虑到不同的六氟化硫变压器的基础技术参数的差异，包括六氟化硫变压器的生产厂家、型号规格、额定容量、出厂日期、投运日期、预期使用寿命等，运行数据的差异，包括六氟化硫变压器一年中的峰荷/日、六氟化硫变压器所在环境污秽等级、调压开关等，故障历史的差异，包括六氟化硫变压器的故障、缺陷数据等。

上述数据对于六氟化硫变压器的运行工况也存在重要的影响，所以可以根据其在六氟化硫变压器中的重要程度，设定相应的数据转换关系，赋予各个影响因素以相应的影响系数，进而综合计算六氟化硫变压器的健康指数。

具体地，本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法还包括：

依据预设的转换关系设定所述六氟化硫变压器的设备老化影响系数、调压开关影响系数以及工况状态影响系数。

分别采用径向基函数神经网络算法，根据所述设备老化影响系数、调压开关影响系数以及工况状态影响系数分别计算老化健康指数、调压开关健康指数以及状态修正系数。

根据所述老化健康指数、调压开关健康指数以及状态修正系数计算六氟化硫变压器的健康指数；其中，老化健康指数是直接与六氟化硫变压器老化进程相关的健康指数分量，主要包括设计使用寿命、运行年限、负荷/油温、环境影响等信息参数；调压开关是独立部件，能够间接反映六氟化硫变压器的健康状态；状态修正系数考虑的因素包括六氟化硫变压器的家族性缺陷、近区短路故障、冷却方式、缺陷修正、故障修正、预防性试验、套管等信息参数；计算六氟化硫变压器的健康指数公式如下：

HI＝F(HI₁，f_M，HI_SF6，HI_T)

其中，F为加权求和运算，HI为六氟化硫变压器的健康指数，HI₁为老化健康指数，HI_SF6为六氟化硫健康指数，HI_T为调压开关健康指数，f_M为状态修正系数。

对于加权求和运算中每一项的权重系数，本专利使用者可以根据实际情况而定，例如，若所评估的六氟化硫变压器的服役时间相差比较悬殊，环境比较恶劣，则可以相应地增大老化健康指数的权重；状态修正系数则主要考虑故障历史缺陷因素，可根据历次缺陷及故障情况记录来设置相应系数，其余因素可以适当考虑；调压开关作为独立器件，主要考虑其老化情况。

根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况。

具体地，计算所述老化健康指数的过程包括如下公式：

${\mathrm{HI}}_1={\mathrm{HI}}_0\×e^{B\×f_{\mathrm{Load}}\×f_{\mathrm{Env}}\×f_{\mathrm{Int}}\×(t_1-t_0)}$

其中，HI₀为初始老化健康指数，HI₁为目标老化健康指数，B为设定的老化常数，f_Load、f_Env、f_Int分别为设定的负荷修正系数、环境修正系数、中断使用修正系数，t₁为目标年份，t₀为投运年份。

具体地，计算所述六氟化硫健康指数的过程包括如下公式：

${\mathrm{HI}}_{\mathrm{SF}6}=\left\{\begin{array}{c}{N}_1(N_1\≤1)\\ N_1+[\mathrm{sum}(N_2,N_3,N_4,...)-(n-1)]*S_{\mathrm{SF}6}(N_1>1)\end{array}\right.$

其中，HI_SF6为六氟化硫健康指数，N₁～N₄......按大小顺序排列的气体组份系数，N若大于1保留原值，否则取0，n是N₁～N₄......中大于1的个数，S_SF6是步进系数。

具体地，计算所述状态修正系数的过程包括如下公式：

$f_M=\left\{\begin{array}{c}{M}_1(M_1\≤1)\\ M_1+[\mathrm{sum}(M_2,M_3,M_4,...)-(n-1)]*S_f(M_1>1)\end{array}\right.$

其中，f_M为状态修正系数，M₁～M₄......设定的按大小顺序排列的修正系数，M若大于1保留原值，否则取0，n是M₁～M₄......中大于1的个数，S_f是步进系数。

具体地，计算所述调压开关健康指数的过程包括公式：

${\mathrm{HI}}_T\left(n\right)={\mathrm{HI}}_{T0}\×f_{T-\mathrm{REA}}\×e^{B_T\×f_{\mathrm{Env}}\×f_{\mathrm{OPE}}\×(t_n-t_0)}$

0.5≤HI_T(n)≤10

其中，HI_T(n)为第n年的调压开关老化健康指数，HI_T0调压开关初始健康指数，f_T-REA、B_T、f_Env、f_OPE分别为设定的调压开关可靠性系数、调压开关老化常数、环境修正系数、调压开关操作系数，t_n为六氟化硫变压器的目标年份、t₀为投运年份。

另外，本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法还包括：根据所述健康指数，从所存储的故障历史数据中获取六氟化硫变压器的故障信息；其中，所述故障信息包括故障类型、发生故障的可能性以及故障的发展情况等。

具体地，判断出六氟化硫变压器的健康指数与变压器故障知识库中健康指数相差在一设定数据范围的故障历史数据，将各项气体组份含量水平以及各项基础信息数据，即设备老化、调压开关等信息参数，从而确定六氟化硫变压器可能发生的故障类型、发生故障的可能性、故障的发展情况等故障信息；其中，变压器故障知识库是用于存储各种故障历史数据建立起来的数据库，包括健康指数、故障发生概率、各气体组份含量水平数据及各项目基础信息数据，能够实现该各项数据与相应的故障数据的链接。

对于上述步骤来说，是在计算得到六氟化硫变压器的健康指数基础上，将计算过程中所运用的各项数据与故障历史数据进行比对，得到变压器可能的故障类型、故障原因等信息，进而可以快速获取故障排除方案。

另外，对于所得到的故障信息，还可以采用模糊算法，对所述故障信息数据进行反推理，验证所述故障信息数据，并根据验证的结果对所述故障信息数据进行调整得到更准确的故障信息数据。

进一步地，本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法还包括将所述故障信息进行展示并生成报表。

本发明的六氟化硫变压器运行工况评估方法，在线、实时获取六氟化硫气体组份数据，进一步地，还可以综合六氟化硫变压器的基础信息数据，包括制造工艺、设计参数、运行负荷、运行环境等，量化出能够全面、直接反映六氟化硫变压器运行工况的数据信息，进而进行分析计算，获取每一台六氟化硫变压器直观、单一的健康指数，根据该健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况，另外，还可以通过与历史故障数据进行比对，快速获取当前六氟化硫变压器的故障发生可能性数据、可能故障类型信息及可能故障的排除方案，针对性地解决电力企业一直以来所采用的周期性六氟化硫气体试验方法的职能人员多、试验周期长、试验流程繁杂、效率低的问题，同时提供快速、有效的解决方案，有利于电力企业节约人才、物力及财力等资源，更及时、有效地安排检修资源，提高电力企业生产效率及经济效益。

目前，本发明的技术已经在多个项目中得到应用，效果明显，为电力企业节约大量的人力、物力及财力等资源，大幅度提高了电力企业生产效率及经济效益。

例如，某供电局某220kV六氟化硫变压器运行年限达15年，在该变压器服役15年间，供电局一直采用对六氟化硫气体进行周期采样的方法，以期掌握变压器的运行工况。

由于采样方法产生的误差及试验周期较长，过去几年间，供电局采取了停电和滤气等措施对该变压器进行维护，耗费了大量的人力、物力及财力对该变压器进行检修，但收益甚微。为了有效评估该变压器的运行工况，以提供高效的维护方案，采用本发明的技术对该变压器进行评估。

运行工况数据：当前健康指数5.37、未来第5年为7.25。表明当前变压器技术性能不佳，需要采取一定的维护方案以确保其稳定运行，并且如果不采取任何措施，变压器在未来第5年的技术性能将严重恶化，发生故障的可能性加大；通过故障的推理得到如下结果：

故障类型数据：当前无故障类型、未来第5年可能发生变压器电晕放电故障；

故障原因数据：当前无故障原因、未来第5年故障原因为六氟化硫气体漏气；

故障可能性数据：0.76。表明变压器在未来第5年发生过热性故障的概率为0.76。

故障发展趋势数据：电弧放电。表明未来第5年后未来采取方案，变压器将可能发生电弧放电故障。

故障排除方案：验证是否漏气，检查各密封机构是否确实密封。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

实时测量各个六氟化硫变压器的气体组份数据；

依据预设的转换关系设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数；

采用径向基函数神经网络算法，根据所述影响系数计算六氟化硫的健康指数；

根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况。

2.根据权利要求1所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，所述利用气体传感器实时测量各个六氟化硫变压器的气体组份数据包括：

利用气体传感器分别测量六氟化硫变压器的微水、硫化氢、二氧化硫、氟化氢、SOF、动态离子、一氧化碳的组份数据，将所述组份数据转换成数字数据，并对所述组份数据进行校正。

3.根据权利要求1所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，所述依据预设的转换关系设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数包括：

将气体组份数据划分区段，其中每个区段对应一个影响系数，判决所述气体组份数据所在的区段，设定所述气体组份数据中各种气体的影响系数。

4.根据权利要求1所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，还包括：

依据预设的转换关系设定所述六氟化硫变压器的设备老化影响系数、调压开关影响系数以及工况状态影响系数；

分别采用径向基函数神经网络算法，根据所述设备老化影响系数、调压开关影响系数以及工况状态影响系数分别计算老化健康指数、调压开关健康指数以及状态修正系数；

根据所述老化健康指数、调压开关健康指数以及状态修正系数计算六氟化硫变压器的健康指数；

根据所述健康指数来判断六氟化硫变压器的运行工况；

其中，所述计算六氟化硫变压器的健康指数包括：

HI＝F(HI₁，f_M，HI_SF6，HI_T)

其中，F为加权求和运算，HI为六氟化硫变压器的健康指数，HI₁为老化健康指数，HI_SF6为六氟化硫健康指数，HI_T为调压开关健康指数，f_M为状态修正系数。

5.根据权利要求4所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，计算所述老化健康指数的过程包括：

${\mathrm{HI}}_1={\mathrm{HI}}_0\×e^{B\×f_{\mathrm{Load}}\×f_{\mathrm{Env}}\×f_{\mathrm{Int}}\×(t_1-t_0)}$

其中，HI₀为初始老化健康指数，HI₁为目标老化健康指数，B为设定的老化常数，f_Load、f_Env、f_Int分别为设定的负荷修正系数、环境修正系数、中断使用修正系数，t₁为目标年份，t₀为投运年份。

6.根据权利要求4所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，计算所述六氟化硫健康指数的过程包括：

${\mathrm{HI}}_{\mathrm{SF}6}=\left\{\begin{array}{c}{N}_1(N_1\≤1)\\ N_1+[\mathrm{sum}(N_2,N_3,N_4,...)-(n-1)]*S_{\mathrm{SF}6}(N_1>1)\end{array}\right.$

其中，HI_SF6为六氟化硫健康指数，N₁～N₄......按大小顺序排列的气体组份系数，N若大于1保留原值，否则取0，n是N₁～N₄......中大于1的个数，S_SF6是步进系数。

7.根据权利要求4所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，计算所述状态修正系数的过程包括：

$f_M=\left\{\begin{array}{c}{M}_1(M_1\≤1)\\ M_1+[\mathrm{sum}(M_2,M_3,M_4,...)-(n-1)]{*S}_f(M_1>1)\end{array}\right.$

其中，f_M为状态修正系数，M₁～M₄......设定的按大小顺序排列的修正系数，M若大于1保留原值，否则取0，n是M₁～M₄......中大于1的个数，S_f是步进系数。

8.根据权利要求4所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，计算所述调压开关健康指数的过程包括：

${\mathrm{HI}}_T\left(n\right)={\mathrm{HI}}_{T0}\×f_{T-\mathrm{REA}}\×e^{B_T\×f_{\mathrm{Env}}\×f_{\mathrm{OPE}}\×(t_n-t_0)}$

0.5≤HI_T(n)≤10

其中，HI_T(n)为第n年的调压开关老化健康指数，HI_T0调压开关初始健康指数，f_T-REA、B_T、f_Env、f_OPE分别为设定的调压开关可靠性系数、调压开关老化常数、环境修正系数、调压开关操作系数，t_n为六氟化硫变压器的目标年份、t₀为投运年份。

9.根据权利要求1至8任一项所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，还包括：

根据所述健康指数，从所存储的故障历史数据中获取六氟化硫变压器的故障信息；

所述故障信息包括故障类型、发生故障的可能性以及故障的发展情况。

10.根据权利要求9所述的六氟化硫变压器运行工况评估方法，其特征在于，还包括将所述故障信息进行展示并生成报表。

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