CN108108882A

CN108108882A - 一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法

Info

Publication number: CN108108882A
Application number: CN201711310943.4A
Authority: CN
Inventors: 何怡刚; 陈铭; 张慧; 刘开培; 段嘉珺; 张大波; 何鎏璐
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2018-06-01

Abstract

本发明涉及电力设备状态评估技术，具体涉及一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，包括以下步骤：选取评估指标，建立以目标层、因素层和指标层为基本层级的电力变压器评估层次型指标体系；制定变压器状态评估等级划分方案；输入指标实测值，由人工根据划分方案进行排序打分；采用克里法确定待评估指标之间的相对重要程度，进而计算各层级状态量权重；运用扩展的层次结构法计算各层级关联度，进而确定变压器状态等级。该评估方法应用于电力变压器状态评估技术领域，评估过程主客观结合，提升了评估的客观性，改进了传统算法的近似性，降低了主观干扰，计算简便，减少人力物力的损耗。

Description

一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法

技术领域

本发明属于电力设备状态评估技术领域，尤其涉及一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法。

背景技术

随着西电东送、南北互供、全国联网的推进，对于电力***经济可靠安全的需求日益升高。变压器作为输变电***中的关键设备，其运行状态是否可靠直接影响到整个***的稳定与安全。目前，电力公司对变压器实行的是定期检修政策，除成本高和工作量大外，还会存在检修不足与检修过度的问题。因此，实现变压器的在线检修具有重要意义，而准确评估变压器的状态是提高检修效率的关键性前提。

电力变压器作为一种复杂的多参数***，指标繁多，常用的指标有化学试验指标和高压试验指标，指标体系的制定并没有统一的标准。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过建立变压器状态评估层次指标体系，提高变压器评估的客观性和准确性，保障电力***的安全可靠运行的评估方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，包括以下步骤：

步骤1.选取评估指标，建立以目标层、因素层和指标层为基本层级的电力变压器评估层次型指标体系；

步骤2.制定变压器状态评估等级划分方案；输入指标实测值，由人工根据划分方案进行排序打分；

步骤3.采用克里法确定待评估指标之间的相对重要程度，进而计算各层级状态量权重；

步骤4.运用扩展的层次结构法计算各层级关联度，进而确定变压器状态等级。

在上述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法中，步骤1所述目标层包括变压器状态；所述因素层包括绕组故障、铁心故障、电弧放电、局部放电、油流放电、绝缘受潮、绝缘老化、绝缘油老化和电流回路；所述指标层包括第一H₂含量、第一绕组绝缘介损、绕组电容量初值差、绕组短路阻抗初值差，铁心接地电流、第一铁心绝缘电阻、C₂H₆含量、C₂H₄含量，第一绕组直流电阻互差、第一局部放电量、第二H₂含量、第一C₂H₂含量，第二局部放电量、第一油中含气量、第三H₂含量、第一CH₄含量、第二绕组直流电阻互差、第一油中含水量，中性点油流静电电流、第一绝缘油介损、第一体积电阻率、第二油中含气量、第二C₂H₂含量，第二绝缘油介损、第二油中含水量、第一油击穿电压、绝缘电阻吸收比、极化系数、第二体积电阻率、第四H₂含量、第二铁心绝缘电阻，糠醛含量、第三绝缘油介损、第三油中含水量、纸板聚合度、第二绕组绝缘介损、第三体积电阻率，第四绝缘油介损、第四油中含水量、第二油击穿电压、第三铁心绝缘电阻、第三油中含气量、体积电阻，第三绕组直流电阻互差、CO相对产气速率、CO₂相对产气速率、第二CH₄含量。

在上述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法中，步骤2所述制定状态评估等级划分方案包括：将变压器状态评估等级分为正常、注意、异常、严重四种等级。

在上述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法中，步骤3的实现包括以下步骤：

步骤3.1.设定n个评价指标，将因素层某个因素的所有指标{a_i},i＝1,2,…,n按重要度递减顺序排序得到{a_i},i＝1,2,…,n；

步骤3.2.排序后，指标两两比较得出重要度关系，并用数值定量表示；设指标a_j与a_j-1的相对重要性用对应权重w_j与w_j-1表示，则指标的重要度R_j为：

w_j-1＝R_j-1×w_j,j＝1,2,…,n；

步骤3.3.基准化处理R_j后得到L_j；设定最后一个指标L_n＝1为基准，向前计算其他指标的数值，公式如下：

步骤3.4.将计算出的所有L_j,j＝1,2,…,n求和，用L_j除以求和结果，得出各指标的权重；归一化得各层级状态量权重为：

在上述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法中，步骤4的实现包括以下步骤：

步骤4.1.确定评价对象的经典域、节域和待评价物元；包括以下子步骤：

a.评价对象的经典域为：

式中，R_j表示评价对象在状态等级j下的物元模型，N_j为在j等级下的评价因素，a_i是在j等级下的评价指标，X_ij是在j等级下评价指标a_i的值域，即(x_nj,y_nj)；

b.评价对象的节域为：

其中，R_p表示评价对象在所有状态等级下的物元模型，N_p表示在所有等级下的评价因素，a₁,a₂,…,a_n为在所有等级下评价指标集合，X_pi为a_p在所有等级下的值域；

c.待评价物元为：

式中，R₀是待评价物元，X₁,X₂,…,X_n是指标a₁,a₂,…,a_n的实测值；

步骤4.2.计算各层级关联度；

求待评价物元因素层状态量和目标层状态量的关联度；

①.首先计算指标层状态量和因素层状态量的关联度，令：

式中，X_j(x_i)表示指标层物元a_i在j等级下的关联度，值域为整个实数轴，X_j(x_i)为正表示评价对象处于对应等级，为负表示评价对象不处于该等级，实数绝对值大小表示隶属程度；ρ(x_i,x_ji)，ρ(x_i,x_pi)分别为x_i与区间x_ji和x_pi的距，计算公式如下：

各因素层物元的关联度为：

式中，w_i为指标a_i的权重值；

②.重复①的步骤计算因素层状态量和目标层状态量的关联度；

步骤4.3.确定综合评价等级；

当K_j0(P)＝maxK_j(P),j＝(1,2,…,m)，确定待评价物元处于j₀等级，若对所有的j都有K_j(P)≤0，则判断待评价物元不处于任何一个状态等级。

本发明的有益效果是：提供了一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，将电力变压器多参数综合评估转化为单目标决策，提升了评估的客观性，改进了传统算法的近似性，降低了主观干扰，计算简便，减少人力物力的损耗。获得了可靠和准确的状态评估***，为变压器绝缘状态检修提供了一种新评估方法。

附图说明

图1为本发明一个实施例电力变压器评估的层次型指标体系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

具体实施时，一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，包括以下步骤：

1、选取评估指标，建立以目标层、因素层和指标层为基本层级的电力变压器评估层次型指标体系；具体步骤如下：

本实施例中所述电力变压器评估的层次型指标体系如表1所示，它包括目标层、因素层和指标层三层。目标层为变压器状态；因素层有绕组故障、铁心故障、电弧放电、局部放电、油流放电、绝缘受潮、绝缘老化、绝缘油老化和电流回路过热9项；目标层有H₂含量、绕组绝缘介损、绕组电容量初值差、绕组短路阻抗初值差、铁心接地电流、铁心绝缘电阻、C₂H₆含量、C₂H₄含量、绕组直流电阻互差、局部放电量、C₂H₂含量、油中含气量、中性点油流静电电流等47项。

表1变压器评估层次型指标体系

2、制定状态评估等级划分方案，具体方法如下：

依照国家电网公司相关导则划分变压器状态评估等级为正常、注意、异常、严重四种等级。

3、确定待评估指标之间的相对重要度，用克里法确定待评估指标之间的相对重要程度，进而计算各层级状态量权重；具体方法如下：

1)设定n个评价指标，将因素层某个因素的所有指标{a_i},i＝1,2,…,n按重要度递减顺序排序得到{a_i},i＝1,2,…,n；

2)排序后，指标两两比较得出重要度关系，并用数值定量表示。例如指标a_j与a_j-1的相对重要性可以用对应权重w_j与w_j-1表示，指标的重要度R_j为：

w_j-1＝R_j-1×w_j,j＝1,2,…,n；

3)基准化处理R_j后得到L_j。设定最后一个指标L_n＝1为基准，向前计算其他指标的数值。公式如下：

4)将计算出的所有L_j,j＝1,2,…,n求和，用L_j除以求和结果，得出各指标的权重。归一化的权重为：

4、运用扩展的层次结构法计算各层级关联度，进而确定变压器状态等级。具体步骤如下：

(1)确定评价对象的经典域、节域和待评价物元，其步骤如下：

评价经典域为：

式中，R_j表示评价对象在状态等级j下的物元模型，N_j为在j等级下的评价因素，a_i是在j等级下的评价指标，X_ij是在j等级下评价指标a_i的值域，即(x_nj,y_nj)。

评价对象的节域为：

其中，R_p表示评价对象在所有状态等级下的物元模型，N_p表示在所有等级下的评价因素，a₁,a₂,…,a_n为在所有等级下评价指标集合，X_pi为a_p在所有等级下的值域。

待评价物元为：

式中，R₀是待评价物元，X₁,X₂,…,X_n是指标a₁,a₂,…,a_n的实测值。

(2)计算关联度

求待评价物元因素层状态量和目标层状态量的关联度，需先计算指标层状态量和因素层状态量的关联度，令：

式中，X_j(x_i)表示指标层物元a_i在j等级下的关联度，值域为整个实数轴，X_j(x_i)为正表示评价对象处于对应等级，为负表示评价对象不处于该等级，实数绝对值大小表示隶属程度。ρ(x_i,x_ji)，ρ(x_i,x_pi)分别为x_i与区间x_ji和x_pi的距，计算公式如下：

各因素层物元的关联度为：

式中，w_i为指标a_i的权重值。因素层和目标层的状态量关联度计算方法同上。

(3)确定综合评价等级

当K_j0(P)＝maxK_j(P),j＝(1,2,…,m)，可确定待评价物元处于j₀等级，若对所有的j都有K_j(P)≤0，则判断待评价物元不处于任何一个状态等级。

实例分析

以湖北地区某变电站一台220kV油浸式变压器(SFPS9-180000/220)为例进行分析。变压器状态量实测值及相关注意值、初始值如表2所示。以绕组故障为例，利用表2中数据进行计算。

表2变压器状态量实测值

评估过程如下：

根据上述数据，首先由4位专家组成的专家组打分，通过克里法对绕组故障的4个指标进行计算，得出其权重，如表3所示。同理可得表4中因素层各状态量的权重值。

表3克里法绕组故障指标层状态量权重

表4克里法因素层状态量权重

绕组故障的待评价物元：

表5给出了用扩展的层次结构法计算绕组故障指标层的关联度。同理算得表6中因素层和目标层的关联度。

表5扩展的层次结构法绕组故障指标层关联度

表6扩展的层次结构法因素层和目标层关联度

根据表6计算结果分析，变压器绕组故障处于严重状态，绝缘受潮和绝缘老化处于注意状态，其余故障类型均处于正常状态。进而得出变压器为异常状态且绕组出现故障。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，其特征是，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，其特征是，步骤1所述目标层包括变压器状态；所述因素层包括绕组故障、铁心故障、电弧放电、局部放电、油流放电、绝缘受潮、绝缘老化、绝缘油老化和电流回路；所述指标层包括第一H₂含量、第一绕组绝缘介损、绕组电容量初值差、绕组短路阻抗初值差，铁心接地电流、第一铁心绝缘电阻、C₂H₆含量、C₂H₄含量，第一绕组直流电阻互差、第一局部放电量、第二H₂含量、第一C₂H₂含量，第二局部放电量、第一油中含气量、第三H₂含量、第一CH₄含量、第二绕组直流电阻互差、第一油中含水量，中性点油流静电电流、第一绝缘油介损、第一体积电阻率、第二油中含气量、第二C₂H₂含量，第二绝缘油介损、第二油中含水量、第一油击穿电压、绝缘电阻吸收比、极化系数、第二体积电阻率、第四H₂含量、第二铁心绝缘电阻，糠醛含量、第三绝缘油介损、第三油中含水量、纸板聚合度、第二绕组绝缘介损、第三体积电阻率，第四绝缘油介损、第四油中含水量、第二油击穿电压、第三铁心绝缘电阻、第三油中含气量、体积电阻，第三绕组直流电阻互差、CO相对产气速率、CO₂相对产气速率、第二CH₄含量。

3.如权利要求1所述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，其特征是，步骤2所述制定状态评估等级划分方案包括：将变压器状态评估等级分为正常、注意、异常、严重四种等级。

4.如权利要求1所述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，其特征是，步骤3的实现包括以下步骤：

w_j-1＝R_j-1×w_j,j＝1,2,…,n；

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5.如权利要求1所述的基于克里法和扩展的层次结构的变压器状态评估方法，其特征是，步骤4的实现包括以下步骤：

a.评价对象的经典域为：

b.评价对象的节域为：

c.待评价物元为：

步骤4.2.计算各层级关联度；

求待评价物元因素层状态量和目标层状态量的关联度；

①.首先计算指标层状态量和因素层状态量的关联度，令：

各因素层物元的关联度为：

<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>w</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>K</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

式中，w_i为指标a_i的权重值；

步骤4.3.确定综合评价等级；