CN109408968A - 用于评价变压器实时状态的健康指数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，包括以下步骤：(一)制定变压器健康指数，用来表征变压器保持其特定性能的能力程度，根据变压器的特点，选取能表征变压器状态的6类核心动态参量；(二)依据设定的评价导则确定每类核心动态参量的劣化程度及对应的扣分值，并确定每类核心动态参量的权重系数，形成状态评价***；(三)根据状态评价***中的核心动态参量的扣分值并进行计算得分，形成变压器实时状态的健康指数。本发明能够对变压器进行实时、定量设备状态评价，使运维人员能够实时掌握设备状态的变化趋势，实现设备状态的精细、实时评价及状态预测，为设备的主动运维和智能决策提供依据。

Description

用于评价变压器实时状态的健康指数的方法

技术领域

本发明涉及一种评价变压器实时状态的方法，具体涉及一种用于评价变压器实时状态的健康指数的方法。

背景技术

目前，输变电设备已经全面执行状态检修，对设备的准确状态评价是状态检修的重要依据，决定了设备状态检修的内容和周期等，直接关系到电网的安全运行和电力企业的经济效益。

当前设备的状态评价方法是依据《油浸式变压器状态评价导则》等相关评价导则进行的，主要评价方法如下：变压器部件分为：本体、套管、分接开关、冷却***以及非电量保护(包括轻重瓦斯、压力释放以及油温油位等)共5个部件对部件进行评价，每个部件的状态量包括运行巡视信息、停电试验信息、在线监测及带电检测信息，对每种状态量都规定了劣化程度及相应的扣分值，最终，综合部件评价结果得出整体评价结果。变压器的健康状态分为正常状态、注意状态、异常状态和严重状态。

评价周期方面，分为定期评价和动态评价，其中定期评价一般为每年1次，评价结果作为设备大修技改计划的制定依据，动态评价为每天1次，对当天设备状态量有变化的设备进行评价，根据评价结果制定检修策略。

但上述状态评价体系只能对设备进行定性评价，而无法进行精细化的定量评价，另外，也无法开展实时评价，随着设备在线监测、带电检测以及综合监护装置等设备的大量应用，对于一些需要重点关注的设备，发明一种实时可量化的设备状态评价方法，时刻关注设备状态变化趋势是非常必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，目的在于解决现有状态评价方法不能进行实时、定量设备状态评价的问题，使运维人员能够实时掌握设备状态的变化趋势，实现设备状态的精细、实时评价及状态预测，为设备的主动运维和智能决策提供依据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，包括以下步骤：

(一)制定变压器健康指数，用来表征变压器保持其特定性能的能力程度，根据变压器的特点，选取能表征变压器状态的6类核心动态参量：变压器负荷、油色谱、局部放电、红外检测、铁心接地电流和变压器振动；

(二)依据设定的评价导则确定每类核心动态参量的劣化程度及对应的扣分值，并确定每类核心动态参量的权重系数，形成状态评价***；

(三)根据状态评价***中的核心动态参量的扣分值并进行计算得分，形成变压器实时状态的健康指数。

步骤(二)中，利用数学方法计算反映每类核心动态参量的相对重要性次序的权值，利用最优传递矩阵的概念，改进AHP法来确定各核心动态参量的权重系数，具体步骤如下：

1)依据核心动态参量的相对重要性次序，构建判断矩阵，

2)计算相应的反对称矩阵，

3)当标准差小于1时，计算平均矩阵；当标准差不小于1时，返回重新构建判断矩阵，

4)依据算得的平均矩阵，求解最优传递矩阵，

5)依据求得的最优传递矩阵，得到各个核心动态参量的权重系数。

构建判断矩阵，首先采用标度法，对标准层各指标经过属性指标的两两之间比较，建立标度矩阵，如下：

其中C_ij＝1，表示指标G_i比指标G_j重要；C_ij＝0，表示指标G_i同指标G_j一样重要；C_ij＝-1，表示指标G_i没有指标G_j重要。用于比价的标度矩阵除了各属性指标间的重要关系外，还可通过数学换算求得权重。主要步骤如下：

求C的最优传递矩阵O，传递矩阵为

其中，

其中，d_ij＝exp{O_ij}

求D的特征向量W

用方根法所得W＝[W₁,W₂,…,W_n]^T，所求得的特征向量W_i，即可作为各个变压器健康状态指标的权重。

一致性的改进：

引入判断矩阵A的诱导矩阵B＝(b_ij)_n×n，其中

则得到判断矩阵A为完全一致性矩阵的充要条件是B＝0，b_ij＝0，由这个定理可知，若矩阵B中存在某个元素b_ij不为0，则说明判断矩阵A不具有完全一致性，并且偏离0越大，说明相对应的a_ij偏大，应将其适当地减小；当b_ij＜0时，则a_ij偏小，应将a_ij适当增大。因此，通过诱导矩阵B的分析，可以对影响判断矩阵A一致性的元素进行适当地调整，通过对诱导矩阵B的分析，进而对矩阵A的一致性的影响元素加以调整，增大或者减少，最终得出符合预期的一致性。

改进方法可按照如下步骤进行，

1)求出矩阵A的最大特征值λ_max，并计算CR值，若A具有满意一致性，到最后一步，否则进入第二步；

2)求出判断矩阵A的诱导矩阵B；

3)找出矩阵B中使达到最大值的i，j记为q，t。

4)若b_qt＞0，则对相应的a_qt进行调整，当a_qt为整数时，

a_qt′＝a_qt-1，否则令a_qt′＝1/(1/a_qt+1)；

若b_qt＜0，当a_qt为整数时，

a_qt′＝a_qt+1，a_qt′＝1/(1/a_qt-1)

5)令a_qt′＝1/a_qt′，a_ij′＝a_ij，i,j∈Ω且i,j≠q,t；并将矩阵A′＝(a_ij′)_n×n，记为A，转到第一步。

步骤(三)中，依据核心动态参量的扣分值并进行计算，并且设定修正因子，变压器负荷、油色谱、局部放电、红外检测、铁心接地电流和变压器振动的修正因子分别为：0.1、0.25、0.1、0.25、0.2和0.1，其计算公式为：

式中，HI为待测变压器的健康指数，K_i为核心动态参量的权重，HIF_i为核心动态参量的健康指数，HIF_max为健康状况最佳时对应的健康指数。

步骤(三)中，设定每类核心动态参量的满分为100分，待测变压器的健康指数的得分＝100-扣分值，并以雷达图进行展示。

在本发明中，变压器负荷指的是变压器过负荷的量，变压器过负荷为调度的实时数据。红外检测的评价结果分层考量，包括：变压器本体，变压器套管，分接开关，冷却***主要包括散热器，变压器与金属部件的连接。变压器振动主要考量油箱壁和油箱底座，当振动或者振动变化量超过标准时，结合振动波形和频谱以及其他试验分析原因，变电设备机械振动分量＞100Hz，则说明设备存在故障征兆。局部放电包括超声波局部放电和高频局部放电，实时监测。油色谱主要包括本体和套管的油中溶解气体分析，其中氢气、乙炔、总烃的含量及增长率是评价的重要参量。铁心接地电流检测结果受环境及检测方法的影响较大时，可通过历次试验结果进行综合比较，根据其变化趋势做出判断。数据分析还需综合考虑历史运行状况、同类设备参考依据，如果怀疑有铁心多点间歇性接地时，可辅以在线检测装置连续测量。通过红外测温试验、油色谱及高频局放检测等不同手段，得出六类核心动态参量，进一步对变压器进行分层评估，利用健康指数模型，对变压器健康状况得出动态评价结果，为生产、检修提供依据，保证电网安全稳定运行。通在对变压器健康状况评价时，对权重系数还需进一步采用校正因子，加以校正，使评价过程更贴近生产现场实际。最终，得到各核心动态参量的权重系数和健康指数，从而能够精确评价变压器实时状态的健康指数。

因而，与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：能够对变压器进行实时、定量设备状态评价，使运维人员能够实时掌握设备状态的变化趋势，实现设备状态的精细、实时评价及状态预测，为设备的主动运维和智能决策提供依据。

附图说明

图1是本发明中算得核心动态参量的权重系数的流程框图；

图2是本发明中形成修正因子的框图；

图3是本发明中评价***的表格；

图4是本发明中一种实施例的雷达图。

具体实施方式

参考附图所示，本发明公开了一种用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其包括如下步骤：

(一)制定变压器健康指数，用来表征变压器保持其特定性能的能力程度，根据变压器的特点，选取能表征变压器状态的6类核心动态参量：变压器负荷、油色谱、局部放电、红外检测、铁心接地电流和变压器振动；

(二)依据设定的评价导则确定每类核心动态参量的劣化程度及对应的扣分值，并确定每类核心动态参量的权重系数，形成状态评价***；

在本步骤中，利用数学方法计算反映每类核心动态参量的相对重要性次序的权值，利用最优传递矩阵的概念，改进AHP法来确定各核心动态参量的权重系数，具体步骤如下：

1)依据核心动态参量的相对重要性次序，构建判断矩阵，

2)计算相应的反对称矩阵，

3)当标准差小于1时，计算平均矩阵；当标准差不小于1时，返回重新构建判断矩阵，

4)依据算得的平均矩阵，求解最优传递矩阵，

5)依据求得的最优传递矩阵，得到各个核心动态参量的权重系数。

构建判断矩阵，首先采用标度法，对标准层各指标经过属性指标的两两之间比较，建立标度矩阵，如下：

其中C_ij＝1，表示指标G_i比指标G_j重要；C_ij＝0，表示指标G_i同指标G_j一样重要；C_ij＝-1，表示指标G_i没有指标G_j重要。用于比价的标度矩阵除了各属性指标间的重要关系外，还可通过数学换算求得权重。主要步骤如下：

求C的最优传递矩阵O，传递矩阵为

其中，

其中，d_ij＝exp{O_ij}

求D的特征向量W

用方根法所得W＝[W₁,W₂,…,W_n]^T，所求得的特征向量W_i，即可作为各个变压器健康状态指标的权重。

一致性的改进：

引入判断矩阵A的诱导矩阵B＝(b_ij)_n×n，其中

则得到判断矩阵A为完全一致性矩阵的充要条件是B＝0，b_ij＝0，由这个定理可知，若矩阵B中存在某个元素b_ij不为0，则说明判断矩阵A不具有完全一致性，并且偏离0越大，说明相对应的a_ij偏大，应将其适当地减小；当b_ij＜0时，则a_ij偏小，应将a_ij适当增大。因此，通过诱导矩阵B的分析，可以对影响判断矩阵A一致性的元素进行适当地调整，通过对诱导矩阵B的分析，进而对矩阵A的一致性的影响元素加以调整，增大或者减少，最终得出符合预期的一致性。

改进方法可按照如下步骤进行，

1)求出矩阵A的最大特征值λ_max，并计算CR值，若A具有满意一致性，到最后一步，否则进入第二步；

2)求出判断矩阵A的诱导矩阵B；

3)找出矩阵B中使达到最大值的i，j记为q，t。

4)若b_qt＞0，则对相应的a_qt进行调整，当a_qt为整数时，

a_qt′＝a_qt-1，否则令a_qt′＝1/(1/a_qt+1)；

若b_qt＜0，当a_qt为整数时，

a_qt′＝a_qt+1，a_qt′＝1/(1/a_qt-1)

5)令a_qt′＝1/a_qt′，a_ij′＝a_ij，i,j∈Ω且i,j≠q,t；并将矩阵A′＝(a_ij′)_n×n，记为A，转到第一步。

(三)根据状态评价***中的核心动态参量的扣分值并进行计算得分，形成变压器实时状态的健康指数。

在本步骤中，依据核心动态参量的扣分值并进行计算，并且根据专家经验，确定各个核心动态参量设定修正因子，变压器负荷、油色谱、局部放电、红外检测、铁心接地电流和变压器振动的修正因子分别为：0.1、0.25、0.1、0.25、0.2和0.1，其计算公式为：

式中，HI为待测变压器的健康指数，K_i为核心动态参量的权重，HIF_i为核心动态参量的健康指数，HIF_max为健康状况最佳时对应的健康指数。

参照图2所示，变压器大多为油纸绝缘***，因此油纸绝缘的寿命，很大程度影响了变压器的健康状况。针对变压器油务试验数据，基于统计工具SPSS进行统计分析，得出评价参量的权重。其中，影响关系大的参量分为一组，分为正关联度和负关联度，表明影响为正相关或者负相关，C1～C5具有相近的性质或伴随同一化学反应产生的物质，划分为一组。各特征参量和公共因素彼此之间的关系分析，为进一步确定参量权重以及健康指数奠定了基础。

并且，参考图4，设定每类核心动态参量的满分为100分，待测变压器的健康指数的得分＝100-扣分值，并以雷达图进行展示，可以更加直观的表达上述待测变压器的实时状态。

如图4所示，某台变压器运行中存在振动异常，同时色谱数据超标，根据状态量劣化程度，扣分分别为6分和4分，其他状态量正常。则可以绘出该变压器健康状态雷达图，形成图4所示的雷达图，同时依据上述公式计算出健康指数为：98.6分。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式和有效性进行了描述和验证，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(一)制定变压器健康指数，用来表征变压器保持其特定性能的能力程度，根据变压器的特点，选取能表征变压器状态的6类核心动态参量：变压器负荷、油色谱、局部放电、红外检测、铁心接地电流和变压器振动；

(二)依据设定的评价导则确定每类核心动态参量的劣化程度及对应的扣分值，并确定每类核心动态参量的权重系数，形成状态评价***；

(三)根据状态评价***中的核心动态参量的扣分值并进行计算得分，形成变压器实时状态的健康指数。

2.根据权利要求1所述的用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其特征在于，步骤(二)中，利用数学方法计算反映每类核心动态参量的相对重要性次序的权值，利用最优传递矩阵的概念，改进AHP法来确定各核心动态参量的权重系数，具体步骤如下：

1)依据核心动态参量的相对重要性次序，构建判断矩阵，

2)计算相应的反对称矩阵，

3)当标准差小于1时，计算平均矩阵；当标准差不小于1时，返回重新构建判断矩阵，

4)依据算得的平均矩阵，求解最有传递矩阵，

5)依据求得的最优传递矩阵，得到各个核心动态参量的权重系数。

3.根据权利要求1所述的用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其特征在于，步骤(三)中，依据核心动态参量的扣分值并进行计算，并且设定修正因子，变压器负荷、油色谱、局部放电、红外检测、铁心接地电流和变压器振动的修正因子分别为：0.1、0.25、0.1、0.25、0.2和0.1，其计算公式为：

式中，HI为待测变压器的健康指数，Ki为核心动态参量的权重，HIFi为核心动态参量的健康指数，HIFmax为健康状况最佳时对应的健康指数。

4.根据权利要求1所述的用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其特征在于，步骤(三)中，设定每类核心动态参量的满分为100分，待测变压器的健康指数的得分＝100-扣分值，并以雷达图进行展示。

5.根据权利要求2所述的用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其特征在于，构建判断矩阵，首先采用标度法，对标准层各指标经过属性指标的两两之间比较，建立标度矩阵，如下：

其中C_ij＝1，表示指标G_i比指标G_j重要；C_ij＝0，表示指标G_i同指标G_j一样重要；C_ij＝-1，表示指标G_i没有指标G_j重要，用于比价的标度矩阵除了各属性指标间的重要关系外，通过数学换算求得权重，主要步骤如下：

求C的最优传递矩阵O，传递矩阵为

其中，

其中，d_ij＝exp{O_ij}

求D的特征向量W

用方根法所得W＝[W₁,W₂,…,W_n]^T，所求得的特征向量W_i，即可作为各个变压器健康状态指标的权重；

一致性的改进：

引入判断矩阵A的诱导矩阵B＝(b_ij)_n×n，其中

则得到判断矩阵A为完全一致性矩阵的充要条件是B＝0，由这个定理可知，若矩阵B中存在某个元素b_ij不为0，则说明判断矩阵A不具有完全一致性，并且偏离0越大，说明相对应的a_ij偏大，应将其适当地减小；当b_ij＜0时，则a_ij偏小，应将a_ij适当增大。因此，通过诱导矩阵B的分析，可以对影响判断矩阵A一致性的元素进行适当地调整，通过对诱导矩阵B的分析，进而对矩阵A的一致性的影响元素加以调整，增大或者减少，最终得出符合预期的一致性。

6.根据权利要求5所述的用于评价变压器实时状态的健康指数的方法，其特征在于，所述一致性的改进的方法按照如下步骤进行，

1)求出矩阵A的最大特征值λ_max，并计算CR值，若A具有满意一致性，到最后一步，否则进入第二步；

2)求出判断矩阵A的诱导矩阵B；

3)找出矩阵B中使达到最大值的i，j记为q，t；

4)若b_qt＞0，则对相应的a_qt进行调整，当a_qt为整数时，

a_qt′＝a_qt-1，否则令a_qt′＝1/(1/a_qt+1)；

若b_qt＜0，当a_qt为整数时，

a_qt′＝a_qt+1，a_qt′＝1/(1/a_qt-1)

5)令a_qx′＝1/a_qt′，a_ij′＝a_ij，i,j∈Ω且i,j≠q,t；并将矩阵A′＝(a_ij′)_n×n，记为A，转到第一步。