一种电力变压器设备状态评估方法

技术领域

本发明涉及电力设备维护技术领域，特别是一种电力变压器设备状态评估方法。

背景技术

目前，在电力变压器的故障诊断中，单靠电气试验的方法往往很难发现某些局部故障和发热缺陷，而通过变压器中气体的油中色谱分析这种化学检测的方法，对发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏而有效。

变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质，并分解出极少量的气体(主要包括氢H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等多种气体)。当变压器内部发生过热性故障、放电性故障或内部绝缘受潮时，这些气体的含量会逐渐增加。

如对应不同绝缘故障气体成分变化表：

由于油中气体的各种成分含量的多少和电力设备故障的性质及故障程度密切有关，因此，在设备运行过程中，定期测量溶解于油中的气体成分和含量，对于及早发现充油电力设备内部存在的潜伏性有非常重要的意义和现实成效。

文献1：中国发明授权专利CN201910363981公开了一种基于变压器相关运行数据的变压器故障辨识方法，通过训练分类器持续输入测试数据，并对其进行参数调整和改进，最终得到故障预测结果；然而，训练分类器的训练速度会随着训练样本的数量的增加而急剧减慢，出现训练样本不对称的情况，导致最终的故障预测结果出现偏差，变压器故障无法准确辨别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力变压器设备状态评估方法，对变压器中溶解的气体含量数据进行计算并预判故障，采用特征气体分析法，对预判故障进行分类、定性分析；根据分析结果对变压器故障状态进行评估，实现对变压器故障状态待检修提供有效决策支撑。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种电力变压器设备状态评估方法，包括以下步骤：

步骤一：获取变压器油中溶解气体含量数据，计算溶解气体的相对产气速率，若相对产气速率大于设定阈值，则判断变压器存在故障；

步骤二：利用特征气体分析法，根据溶解气体含量数据评估生成故障比较数列，故障比较数列包括至少一种故障类型；

步骤三：构建变压器运行状态模型，获取故障比较数列中包括的各种溶解气体含量的目标关联故障，建立故障序列，每一组故障序列设定有一个故障处理标准，生成故障处理标准数列；

步骤四：计算故障比较数列与故障处理标准数列的关联度值，输出电力变压器设备状态评估结果。

进一步的，计算溶解气体的相对产气速率为：

式中，M为相对产气速率；N

进一步的，故障类型包括过热性故障和放电性故障，不同的所述故障类型对应有不同的故障易发点。

其中，建立故障序列的具体操作步骤如下：

对变压器的故障类型和所述溶解气体含量进行归一化处理，具体序列表达式为：

Z

Z

式中，Z

计算变压器的故障类型和溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的绝对差值：

X＝min

Y＝max

式中，X为变压器的故障类型和溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的最小差，Y为变压器的故障类型和溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的最大差；

定义关联系数，计算变压器的故障类型与溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的关联度值：

Q(Z

式中，Q为关联度值，ρ为关联系数。

另外，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现电力变压器设备状态评估方法的步骤。

本发明还提供了一种电力变压器设备状态评估设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现电力变压器设备状态评估方法的步骤。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：采用油色谱分析方法，能够在较短时间内判断变压器故障类型，通过计算待诊断故障类型和溶解气体含量与各类故障处理标准之间的关联度，实现了对电力变压器设备状态有效评估；解决了传统使用比值法难以包括和反映电力变压器内部故障的多种形态，在实际工作中存在许多变压器故障无法判断的问题，为电力变压器设备状态检修提供决策支撑。

附图说明

图1是本发明的一种电力变压器设备状态评估方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种电力变压器设备状态评估方法，包括以下步骤：

步骤一：获取变压器油中溶解气体含量数据，计算溶解气体的相对产气速率，若相对产气速率大于设定阈值，则判断变压器存在故障；

步骤二：构建特征气体分析模型，根据溶解气体含量数据评估生成故障比较数列，故障比较数列包括至少一种故障类型；

步骤三：构建变压器运行状态模型，获取故障比较数列中包括的各种溶解气体含量的目标关联故障，建立故障序列，每一组故障序列设定有一个故障处理标准，生成故障处理标准数列；

步骤四：计算故障比较数列与故障处理标准数列的关联度值，输出电力变压器设备状态评估结果。

具体的，计算溶解气体的相对产气速率为：

式中，M为相对产气速率；N

具体的，故障类型包括过热性故障和放电性故障，不同的所述故障类型对应有不同的故障易发点。

利用特征气体分析模型可以进行变压器故障原因的判断，油中溶解的气体可反映故障点引起的周围油、纸绝缘的电、热分解本质。气体特征随故障类型、故障能量及其涉及的绝缘材料的不同而不同，即故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源的能量密度之间有密切关系。利用特征气体分析法可以比较直观、方便地分析判断故障的大致类型。

表1为不同故障类型对应的气体特征描述：

当氢气H2含量增大时，预判是由于设备进水或有气泡引起水和铁的化学反应，或在高电场强度作用下，水或气体分子的分解或电晕作用所致。

乙炔C2H2含量是区分过热和放电两种故障性质的主要指标。特别是出现高温热点时，也会产生少量乙炔。例如，1000℃以上时，会有较多的乙炔出现，但1000℃以上的高温既可以有能量较大的放电引起，也可以由导体过热引起。分接开关过热时，会出现乙炔C2H2。低能量的局部放电，并不产生乙炔，或仅产生很少量的乙炔。表2为在电弧作用下变压器油和固体绝缘分解出气体的情况：

具体的，建立故障序列的具体操作步骤如下：

对变压器的故障类型和所述溶解气体含量进行归一化处理，具体序列表达式为：

Z

Z

式中，Z

计算变压器的故障类型和溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的绝对差值：

X＝min

Y＝max

式中，X为变压器的故障类型和溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的最小差，Y为变压器的故障类型和溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的最大差；

定义关联系数，计算变压器的故障类型与溶解气体含量的数列与故障处理标准数列的关联度值：

Q(Z

式中，Q为关联度值，ρ为关联系数。

具体举例如下：电力变压器在运行中产生的故障类型有高温过热、中温过热、局部放电以及电弧放电等。当变压器发生高温过热故障(温度＞700℃)时，特征气体主要是乙烯，其次是甲烷，两者之和一般占总烃的80％以上。而高能放电时，故障特征气体主要是乙炔和氢气，其次是乙烯和甲烷，乙炔一般占总烃量的20％～70％，氢气占氢烃总量的30％～90％，一般乙烯含量高于甲烷含量。考虑到以油中溶解气体为特征量的比值法对故障诊断的准确性达85％。选择油中溶解特征气体H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2的观测数据构成变压器状态特征向量。为便于分析，保证各参数具有等效性和同序性，所有油中特征气体数据应进行标准化处理，即特征向量[H2％、CH4％、C2H6％、C2H4％、C2H2％]，其中：

H2％＝H2/(H2+C2H2+C2H4+C2H6+CH4)×100％

CH4％＝CH4/(C2H2+C2H4+C2H6+CH4)×100％

C2H6％＝C2H6/(C2H2+C2H4+C2H6+CH4)×100％

C2H4％＝C2H4/(C2H2+C2H4+C2H6+CH4)×100％

C2H2％＝C2H2/(C2H2+C2H4+C2H6+CH4)×100％

根据故障变压器检测结果的统计分析，将变压器状态分为低能放电故障序列、高能放电故障序列、中温过热故障序列、高温过热故障序列、围屏树枝状放电序列、变压器匝间、层间故障序列、分接开关故障序列、铁心两点或多点接地故障序列。每一故障序列以一标准故障模式描述，通过对收集数据的统计分析、测试和调整，得到用于变压器故障诊断的变压器标准故障模式，如表3所示：

另外，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现电力变压器设备状态评估方法的步骤。

本发明还提供了一种电力变压器设备状态评估设备，包括用于存储计算机程序的存储器以及用于执行计算机程序时实现电力变压器设备状态评估方法的步骤的存储器。

该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。