CN107450428A - 一种基于平移等效的主变压器油位实时监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，属于视频监控和变电站自动化技术领域。首先获取一台主变压器设备最近30天的油温、油位实测数据，再根据现场主变压器运行环境确定注油曲线；随后将注油曲线进行平移，使得分别穿过30天实测数据点，得到30天实测数据油位等效直线，并计算30天在设定温度下的等效油位值；以时间为自变量、等效油位值为因变量进行线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数及斜率；对斜率进行判定，得到主变压器的油位状态，完成实时监控。本发明通过结合主变压器实际运行环境温度，动态调整油温‑油位关系，将油温‑油位关系变化统一在同一标准下，减小等效后油位值之间的误差，保证结果准确可靠。

Description

一种基于平移等效的主变压器油位实时监控方法

技术领域

本发明涉及视频监控和变电站自动化技术领域,特别涉及一种基于平移等效的主变压器油位实时监控方法。

背景技术

电力变压器是电力***中重要的输变电设备之一,连接多个电压等级,在电网中处于枢纽地位,其运行的安全可靠性直接影响电网的运行安全,提高电力变压器的运行可靠性,对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。因此,在运行过程中对变压器状态的准确评估,是及早发现变压器潜在故障的基础,也是电力***安全运行的重要保障。

长期以来,电力***主要是通过定期维修,来保障变压器的健康水平和良好的运行状况的判断。主要包括预防性试验、大修、小修等相关内容。我国的电力行业标准《电力设备预防性试验规程》和《变压器检修导则》规定“110kV及以上电压等级的变压器投运年进行大修一次,以后每隔年必须进行一次大修,每年进行一次小修。”在这种管理体制下,不管变压器的状态如何,到了规定时间就必须进行检修。往往造成不需要检修的变压器进行不必要的检修,在设备尚未发生缺陷时就进行停运检修甚至更换设备,必然会造成人力、物力和财力的巨大浪费。同时当前的定期维修体制还存在一定的“维修不足”问题,由于试验方法、试验电压等级等问题,使缺陷未被发现,或由于维修任务过重、时间紧张，造成应当修理的变压器没有修理,导致变压器运行时发生故障而引起电力***及国民经济的重大损失。因此,建立预知性维修制度,走到“需修才修,修必修好”,是当前电力变压器检修方式的必然发展趋势。

变压器运行中渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。但是变压器油渗漏严重，或连续从破损处不断外溢，造成变压器油面过低，使套管引线和分接开关暴露于空气中，绝缘水平将大大降低，因此易引起击穿放电，造成生产事故。

平移等效法通过分析主变压器铭牌上油温-油位关系曲线，结合现场实际注油情况(因现场注油不规范会造成油温-油位实测点整体偏离标准注油曲线)，采用平移标准注油曲线的方法，保证各油温-油位实测数据处于同一变化趋势，再利用直线上各点互为等效原理，将不同油温下油位值转化为相同油温下的等效值去分析，采用判断等效油位拟合直线斜率的方式达到主变压器油位实时监测的目的。

该方法克服了巡视人员难于从油位直接判断设备运行情况的缺点，通过分析直接给出主变当前油位状态趋势情况，并在主变出现严重缺陷之前，给出维护提示信息。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种有效提高运检人员工作效率，减小生产事故发生概率，克服以往渗漏油故障排查方式单一、人工成本投入过多、发现故障不及时的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法方法。本发明的技术方案如下：

一种基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其包括以下步骤：1)首先获取变电站中某一类型主变压器设备最近n天的油温、油位实测数据，再根据现场主变压器运行环境确定注油曲线；2)随后将注油曲线进行平移，使得分别穿过n天实测数据点，得到n天实测数据油位等效直线，并计算n天在设定温度下的等效油位值；3)以时间为自变量、等效油位值为因变量进行线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数及斜率；4)对斜率进行判定，得到主变压器的油位状态，用户收到判定结果，完成实时监控。

进一步的，所述n取30天。

进一步的，所述步骤1)获取主变压器设备最近30天的油温、油位实测数据具体包括步骤：选定变电站中某一类型的主变压器设备的油温、油位仪表，在数据采集的当天，利用多维综合远程巡检***中观察此部位画面最佳的摄像机，所述多维综合远程巡检******指目前数字变电站使用的高清数字视频监控***，确定所述油温、油位仪表与摄像机之间的映射关系，并在多维综合远程巡检***中建立图像智能分析模型(本***的图形分析采用深度学习方法，在采集一类仪表的图像数据后，通过对该类型仪表的读数进行分析训练，使计算机能够自动识别图像中所示设备仪表的数值)，利用多维综合远程巡检***中每日例行巡视进行抓图，将主变压器的油温、油位图片转换为油温、油位实测数据存储到数据库中，数据采集共选取当天以前最近30天的数据。

进一步的，所述步骤1)再根据现场主变压器运行环境确定注油曲线具体包括：从主变压器铭牌上获取厂家提供的油温-油位关系图，结合现场主变压器运行环境温度，选择一条最能反映油温油位关系变化的曲线，并通过特征值点确定注油曲线函数表达式。

进一步的，所述步骤2)将注油曲线进行平移，使得分别穿过n天实测数据点，得到n天实测数据油位等效直线，并计算n天在设定温度下的等效油位值，具体包括步骤：从步骤1)中随机选取某一日期的实测数据，将得到的注油曲线经过线性平移，使得通过该天实测数据点，得到所选取日期的实测数据油位等效直线函数表达式；并计算出所选取日期实测油位在设定温度下的等效油位值，并将计算得到的该等效油位值保存到数据库中。

进一步的，所述步骤3)以时间为自变量、等效油位值为因变量进行线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数及斜率，具体包括步骤：

将得到全部日期实测数据的油位等效直线共30条，通过计算，将步骤1)中记录的主变压器30天的油温-油位实测数据都转化为步骤3)所设定温度下的等效油位值；

将计算得到的30个等效油位值按照日期先后顺序进行排列，第30天即为数据采集的当天；当每天巡视抓图时间不一致时，将时间刻度转化为对应比例，得到时间刻度转化后30天内设定温度下的时间与等效油位值列表；将所述列表中每一行时间数据和对应的等效油位值数据合并为一组数据，共30组数据，以时间为自变量、等效油位值为因变量的进行最小二乘法线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数。

进一步的，所述步骤4)对斜率进行判定，得到主变压器的油位状态，用户收到判定结果，完成实时监控具体包括：

记得到的时间与油位拟合直线函数的斜率为a，定义一个区间A,判断a的取值与区间A的归属关系；当a处于区间A以内时，则表明该主变压器设备运行正常；当a不处于区间A以内时，表明该主变压器油位变化异常；

用户在多维综合远程巡检***客户端上查看主变压器巡视记录时，客户端将判定结果界面显示或声光报警等措施告知用户，完成对主变压器设备运行情况的实时监控。

进一步的，所述区间A为[-0.01,0.01]。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明方法，不受硬件的限制，不同的摄像机、不同类型的监测单元都可以整合到本***中，具有良好的兼容性。

2、本发明方法，采用了先进的图像智能分析技术，从设备各角度、多方面采集数据，加以复杂的运算确定结果值。

3、本发明方法，解决了以往人工且单一的设备渗漏油故障判断方式，提出一种以计算机智能判断为主导，人工加以辅助识别的解决方案，提高了设备巡视的效率。

4、本发明方法，可以从主站方便浏览各站设备状态，有效减少运维人员进站巡视次数，提高了工作效率，节约了运行成本。

5、本发明方法建立了设备油位趋势智能分析的方法，通过线性拟合的方式，实现在线对主变的渗漏油趋势进行分析，实现提前对渗漏油缺陷的预警判断，提示运维人员进行设备事故隐患排查，提高设备运行可靠性。

6、本发明的趋势分析方法带有历史查询功能，可对相应的设备状态进行浏览，方便事后查询。

本发明通过对油位历史数据的分析，采用平移等效方式，将油位历史数据换算至同一温度条件下进行分析，通过趋势分析计算油位的实际运行情况，减少变电站人工巡视的频率，减少运维成本。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例方法的流程框图。

图2为本发明实施例中变压器厂家提供的主变压器油温与油位关系曲线图。

图3为本发明实施例中7月27日实测数据油位等效直线示意图。

图4为本发明实施例中30天实测数据油位等效直线示意图。

图5为本发明实施例中时间与油位拟合直线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本实施例选取国家电网公司重庆分公司110kV变电站#3主变压器7-9月份油温、油位巡视数据(共30天)。

1)选定变电站中一台主变压器(以下简称主变)设备的油温、油位仪表，利用现有多维综合远程巡检***中观察此部位画面最佳的摄像机(多维综合远程巡检***指目前数字变电站使用的高清数字视频监控***，带有自动巡检功能)，确定所述油温、油位仪表与摄像机之间的映射关系，并在多维综合远程巡检***中建立图像智能分析模型，利用多维综合远程巡检***中每日例行巡视进行抓图，将主变油温、油位图片转换为油温、油位实测数据存储到数据库中，如表1所示：

表1主变油温、油位实时图片转化实测数据表

表1中，巡视日期和巡视时间分别为多维综合远程巡检***中每日例行巡视抓图的日期和时间；主变油温和本体油位分别为每日例行巡视抓图经过图像智能分析模型转换后的油温和油位数据，单位分别用摄氏度和百分比表示。

2)从主变铭牌上获取厂家提供的油温-油位关系图，如图2所示(图2中横坐标T代表主变压器油温，纵坐标H代表主变压器油位，曲线1代表地区常年最低温度-30℃时主变压器注油曲线；曲线2代表地区常年最低温度-20℃时主变压器注油曲线；曲线3代表地区常年最低温度-10℃时主变压器注油曲线；通过曲线可以精确估算不同油温下油位值，能够准确反映油温油位的变化关系)，由于该主变位于重庆市江津区，中国气象网数据显示重庆市常年平均最低气温高于-10摄氏度，故该主变采用曲线3为标准注油曲线进行注油，根据图2已知曲线3上两个特征点(-10，0)及(90，90)，确定曲线3函数表达式为：

Y＝0.9X+9 (1)

式中，Y为因变量，表示油位；X为自变量，表示油温；0.9和9为常数，分别表示该直线的斜率和截距。

3)从步骤1)中随机选取某一日的实测数据，本实施例选取了7月27日13点12分的数据(视频监控***中例行巡视频率一般设定为一天一次，故一天只包含一组数据)，将步骤2)中确定的标准注油曲线，经过线性平移，使得曲线在油温-油位二维坐标中穿过步骤1)中7月27日油温-油位实测数据点，最后根据标准注油曲线斜率0.9与油温-油位实测点(45.2077,63.7024)(由表1可知实测点数据)，确定平移后的等效直线函数表达式：

Y＝0.9X+23.01547 (2)

式中，Y为因变量，表示油位；X为自变量，表示油温；0.9和23.01547为常数，分别表示7月27日实测数据油位等效直线的斜率与截距。

图3中，根据直线上各点互为等效的原理，计算出7月27日实测油位在20摄氏度油温下(此处的20摄氏度为重庆地区常年平均温度)的等效值为41.01547。

4)重复步骤3)，得到30天实测数据的油位等效拟合直线共30条，通过计算，将步骤1)中记录的主变压器30天的油温-油位实测数据都转化为20摄氏度下的等效油位值(实际操作时，时间取当前天以前最近30天的数据，从而保证拟合精度，数据量少会造成拟合误差，数据量大会造成计算复杂；本发明实施例中数据采集的当前天为9月4日)，并将计算得到的所有等效值保存到数据库中；30天实测数据的油位等效拟合直线示意图如图4所示(图4为通过平移标准注油曲线与各实测点所作等效直线的示意图，图中只体现了30天中斜截距最大的直线Y1和截距最小的直线Y2共两条直线，组成上下包络，其他直线均在Y1和Y2所包含的范围之内)。

5)将步骤4)中计算得到的30天中20摄氏度下的等效油位值按照1-30天的先后顺序进行排列，第30天是数据采集当前天(本实施例中为9月4日)，当每天巡视时间不一致时，需要将时间刻度转化为对应比例，首先确定每天定时巡视时间，设第一天自动巡视时间为刻度0，将1天以24小时均分，当巡视时间小于x时30分时，取x时，大于等于x时31分时，取x+1时，例如表1中7月26日巡视时间为19时19分，而自动巡视时间为13点12分，可以计算出转化后的时间为

表2 20摄氏度油温下的等效油位值表

表2为时间刻度转化后30天内20摄氏度油温下的等效油位值表，通过上述时间刻度转换方法将表1中巡视时间进行转换，并修改主变油温为统一的20摄氏度，将主变本体油位以计算得到20摄氏度油温下的等效油位值进行替代。

将表2中每一行时间数据和等效油位值数据合并为一组数据，共30组数据，以时间为自变量T、等效油位值为因变量H的进行最小二乘法线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数，如式(3)所示：

H＝0.004717T+40.91 (3)

式中，H为因变量，表示等效油位值，T为自变量，表示时间，0.004717和45.91为常数，分别表示时间与油位拟合直线的斜率和截距；时间与油位拟合拟合直线的示意图如图5所示(图5为表2中的数据采用最小二乘法线性拟合后的结果，图5中的各数据点即为将表2中每一行时间数据和等效油位值数据合并成一组数据后所代表的数据点，共30组；图5显示了各组数据点与拟合直线分布情况，正常情况下各组数据点应对称分布在拟合直线两侧)。

6)取式(3)所示的时间与油位拟合直线函数的斜率0.004717，定义一个区间A[-0.01,0.01](该区间为拟合多次正常状态下油位变化曲线后确定的范围，为常规方案中标准取值范围),判断0.004717值与区间A的归属关系，得出主变设备油位状态；本实施例中，确定0.004717处于区间A以内，则表明该主变设备运行正常。

当式(3)所示的时间与油位拟合直线函数的斜率不处于区间A以内时，表明该主变压器油位变化异常，用户可在多维综合远程巡检***客户端上，通过油位变化历史曲线进行人工辅助判别，当曲线变化正常，则判定设备运行正常，曲线变化异常时，确认渗漏油故障发生并安排人员进行检修；

7)用户在多维综合远程巡检***客户端上可查看巡视记录，客户端以折线图形式展现主变实测油温、油位数据变化情况，并根据步骤6)中判定结果，在客户端上以软件弹窗形式告知用户主变设备的运行情况，从而提供变电站主变压器油位异常的辅助判断，完成实时监控。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先获取变电站中某一类型主变压器设备最近n天的油温、油位实测数据，再根据现场主变压器运行环境确定注油曲线；2)随后将注油曲线进行平移，使得分别穿过n天实测数据点，得到n天实测数据油位等效直线，并计算n天在设定温度下的等效油位值；3)以时间为自变量、等效油位值为因变量进行线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数及斜率；4)对斜率进行判定，得到主变压器的油位状态，用户收到判定结果，完成实时监控。

2.根据权利要求1所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述n取30天。

3.根据权利要求2所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述步骤1)获取主变压器设备最近30天的油温、油位实测数据具体包括步骤：选定变电站中一台主变压器设备的油温、油位仪表，在数据采集的当天，利用多维综合远程巡检***中观察此部位画面最佳的摄像机，所述多维综合远程巡检******指目前数字变电站使用的高清数字视频监控***，确定所述油温、油位仪表与摄像机之间的映射关系，并在多维综合远程巡检***中建立图像智能分析模型，图形分析采用深度学习方法，在采集一类仪表的图像数据后，通过对该类型仪表的读数进行分析训练，使计算机能够自动识别图像中所示设备仪表的数值；利用多维综合远程巡检***中每日例行巡视进行抓图，将主变压器的油温、油位图片转换为油温、油位实测数据存储到数据库中，数据分析的所使用的时间一般为从分析当日往前不小于30天的数据。

4.根据权利要求3所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述步骤1)再根据现场主变压器运行环境确定注油曲线具体包括：从主变压器铭牌上获取厂家提供的油温-油位关系图，结合现场主变压器运行环境温度，选择一条最能反映油温油位关系变化的曲线，并通过特征值点确定注油曲线函数表达式。

5.根据权利要求4所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述步骤2)将注油曲线进行平移，使得分别穿过n天实测数据点，得到n天实测数据油位等效直线，并计算n天在设定温度下的等效油位值，具体包括步骤：从步骤1)中随机选取某一日期的实测数据，将得到的注油曲线经过线性平移，使得通过该天实测数据点，得到所选取日期的实测数据油位等效直线函数表达式；并计算出所选取日期实测油位在设定温度下的等效油位值，并将计算得到的该等效油位值保存到数据库中。

6.根据权利要求5所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述步骤3)以时间为自变量、等效油位值为因变量进行线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数及斜率，具体包括步骤：

将得到全部日期实测数据的油位等效直线共30条，通过计算，将步骤1)中记录的主变压器30天的油温-油位实测数据都转化为步骤3)所设定温度下的等效油位值；

将计算得到的30个等效油位值按照日期先后顺序进行排列，第30天即为数据采集的当天；当每天巡视抓图时间不一致时，将时间刻度转化为对应比例，得到时间刻度转化后30天内设定温度下的时间与等效油位值列表；将所述列表中每一行时间数据和对应的等效油位值数据合并为一组数据，共30组数据，以时间为自变量、等效油位值为因变量的进行最小二乘法线性拟合，确定时间与油位的拟合直线函数。

7.根据权利要求6所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述步骤4)对斜率进行判定，得到主变压器的油位状态，用户收到判定结果，完成实时监控具体包括：

记得到的时间与油位拟合直线函数的斜率为a，定义一个区间A,判断a的取值与区间A的归属关系；当a处于区间A以内时，则表明该主变压器设备运行正常；当a不处于区间A以内时，表明该主变压器油位变化异常；

用户在多维综合远程巡检***客户端上查看主变压器巡视记录时，客户端将判定结果界面显示或声光报警等措施告知用户，完成对主变压器设备运行情况的实时监控。

8.根据权利要求7所述的基于平移等效的主变压器油位实时监控方法，其特征在于，所述区间A为[-0.01,0.01]。