周浩，高明

(國網(wǎng)吐魯番供電公司，新疆 吐魯番 838000)

基于可拓理論的變壓器故障診斷

周浩，高明

(國網(wǎng)吐魯番供電公司，新疆 吐魯番 838000)

針對油中溶解氣體新導(dǎo)則在變壓器故障診斷中存在的問題，分析了變壓器故障診斷的可托理論分析方法。電力變壓器故障診斷具有復(fù)雜性，各種因素的識別和故障類型的劃分之間具有不相容性，應(yīng)用物元分析理論，構(gòu)建物元矩陣，根據(jù)計算出的關(guān)聯(lián)度大小對故障類型進行可拓識別。實際算例分析，驗證了本模型的有效性和可行性。

變壓器；故障診斷；可拓理論；油中溶解氣體分析

1 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其穩(wěn)定可靠運行對整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定起著重要作用。在變壓器運行過程中或者是發(fā)生故障時，應(yīng)該能夠進行及時準(zhǔn)確的診斷，預(yù)測或者是確定變壓器的故障類型，為變壓器的及時檢修和經(jīng)濟運行提供有力支持。

文獻[1]將粗糙集理論應(yīng)用于電力變壓器故障診斷，將油中溶解氣體分析與電氣實驗結(jié)果等相關(guān)信息結(jié)合起來，利用粗糙集獲得故障類型診斷規(guī)則，該方法能夠在診斷信息不完備的條件下，避開遺漏信息實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的故障診斷。文獻[2]提出用模糊聚類算法得到最優(yōu)聚類中心，聚類中心代表典型故障并將其作為參考序列，然后將主成份分析法引入到灰色關(guān)聯(lián)熵理論中來，建立了以模糊聚類和主成份分析為基礎(chǔ)的灰色熵關(guān)聯(lián)度變壓器故障診斷模型。文獻[3]通過對繞組振動信號的小波包分解提取出各頻帶信號的能量熵，并將其作為誤差反傳前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入以實現(xiàn)對變壓器繞組的診斷。通過改進的粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠更加準(zhǔn)確地識別變壓器繞組是否發(fā)生故障及故障的嚴(yán)重程度。文獻[4]根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特性采用多值編碼方式構(gòu)造染色體結(jié)構(gòu)，同時確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。在遺傳算法中嵌入一個梯度下降算子，使得混合算法既有較快的收斂性，又能以較大概率得到全局極值。文獻[5]提出了控制參數(shù)不依賴優(yōu)化問題而自適應(yīng)調(diào)整，并動態(tài)監(jiān)視種群適應(yīng)度方差變化的改進微分進化算法和誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的變壓器故障診斷方法。文獻[6]通過建立變壓器故障診斷的云物元模型和計算特征云物元與標(biāo)準(zhǔn)云物元之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)，實現(xiàn)對變壓器的故障模式的有效識別。文獻[7]提出利用變壓器油中五種主要特征氣體作為輸入量，以七種變壓器狀態(tài)作為輸出量，利用基于徑向基核的最小二乘支持向量機進行一對一分類運算。文獻[8]對傳統(tǒng)油中溶解氣體三比值法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和基于三比值法的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了比較分析，對三種方法應(yīng)用于故障診斷的優(yōu)缺點進行了總結(jié)。

本文在前人工作的基礎(chǔ)上，提出基于可拓理論的電力變壓器故障診斷方法，由于該方法所確定的權(quán)重值是一種客觀型權(quán)重，能夠使變壓器故障診斷更加科學(xué)合理。

2 可拓理論理論的引入

可拓理論理論是一種研究存在矛盾性問題的規(guī)律和方法，它是系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)以及數(shù)學(xué)交叉的邊緣學(xué)科理論，也是貫穿于自然科學(xué)和社會科學(xué)并且具有廣泛用途的橫向?qū)W科體系。可拓理論的基本框架有兩個主要支柱：一方面是研究物元以及物元變化的物元理論；另一方面是基于可拓集合理論的數(shù)學(xué)研究工具。

在可拓理論中，我們引入由事物名稱、特征量及其對應(yīng)的量值三個有序元組成的描述事物的基本元，記為R=(P,C,V)。其中，P表示事物的名稱，C表示事物的特征，V表示事物的特征值。利用可拓集合來研究對應(yīng)的可拓性，可拓集合又可以通過物元所具有的對應(yīng)限制條件和關(guān)聯(lián)函數(shù)來計算，最終實現(xiàn)對電力變壓器的故障模式識別。

3 變壓器故障診斷模型的建立

油中溶解氣體分析法是充油型電力變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的主要方法。其基本原理是基于特定的某種烴類氣體物質(zhì)的產(chǎn)生速率隨溫度值的變化而發(fā)生改變，也就是說在某一種特定的溫度值下，某一種類型的氣體通常會具有較大的氣體產(chǎn)生速率。經(jīng)大量的實驗研究分析表明：隨著溫度值的升高，甲烷、乙烷、乙烯、和乙炔的產(chǎn)生氣體速率依次增大。所以，油中氣體含量和故障溫度值之間存在一種對應(yīng)關(guān)系。

油中溶解氣體分析法新導(dǎo)則利用已經(jīng)積累的豐富的實踐經(jīng)驗和現(xiàn)場試驗，對傳統(tǒng)的油中溶解氣體分析法進行了改進，對典型的故障分類模式進行了修正。這些修正讓修改后的導(dǎo)則相對于舊導(dǎo)則具有更大的靈活性，既能夠提高變壓器故障的判斷正確率，又有效地克服了比值編碼邊界的絕對化，減少了判斷結(jié)果的不確定性。新導(dǎo)則典型故障及其判定界限如表1所示。

由此得出變壓器故障診斷的經(jīng)典域物元和節(jié)域物元分別為：

表1 新導(dǎo)則典型故障及其判定

4 算例分析

本文通過實際測量，整理得出10臺次變壓器的運行數(shù)據(jù)，見表2所示，運用可拓理論進行故障診斷。

表2 變壓器故障數(shù)據(jù)

得出各樣本的物元為：

根據(jù)下式計算關(guān)聯(lián)度，得出故障類型：

最后得出診斷結(jié)果見表3。

表3 變壓器故障診斷結(jié)果

比較實際故障結(jié)果和本文所得的結(jié)果可知，除序號6誤判外，其余樣本全部判斷正確。因此故障診斷診斷率為90%，具有較高的準(zhǔn)確率，符合實際應(yīng)用的需要。

5 結(jié)論

油浸式電力變壓器故障診斷技術(shù)中，故障類型多樣，故障界限具有模糊性和不確定性，各種故障之間的聯(lián)系緊密使得變壓器故障診斷具有較大的難度，僅僅通過某種單一的故障特征量信息進行故障診斷可信度較低。本文提出運用可拓理論進行電力變壓器故障綜合判斷，該方法既可以從整體上判定故障的類型，又具有較強的適應(yīng)性，算法簡單，便于編程實現(xiàn)，充分利用了各個數(shù)據(jù)提供的信息，將其應(yīng)用于電力變壓器故障診斷具有較高的準(zhǔn)確度。

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Fault Diagnosis for the Power Transformer Based on Matter Element Analysis Principle

ZHOUHao，GAOMing

(State Grid Turpan Power Supply Company，Turpan 838000，China )

Aiming at the problem of the dissolved gas analysis new rules applied in the power transformer fault diagnosing,a new method of matter element analysis principle decision of the power transformer fault diagnosing is proposed.Power transformer fault diagnosis is complex,considering the non-compatible feature between the various factors and the type of fault,applied the theory of matter element analysis construct element matrix.The effectiveness and feasibility of the model is verified by analysis of practical examples.

power transformer;fault diagnosis;matter element analysis;dissolved gas analysis

1004-289X(2015)02-0056-04

TM41

B

2014-05-15

周浩(1986-)，男，本科，高級工，長期從事變電設(shè)備檢修工作; 高明(1988-)，男，本科，長期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃工作、電力系統(tǒng)設(shè)計工作。