馬星

徐州送變電有限公司，江蘇徐州，221000

0 引言

變壓器作為電網(wǎng)建設(shè)中的輸變電裝置，對(duì)于電力設(shè)備的控制及輔助處理具有關(guān)鍵的作用，所以，變壓器的運(yùn)行狀況關(guān)乎電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定。繞組故障是變壓器較為常見(jiàn)的一種問(wèn)題，嚴(yán)重的繞組會(huì)對(duì)變壓器內(nèi)置的結(jié)構(gòu)和元件造成不可控的損壞。為確保日常的電力供應(yīng)與調(diào)度，相關(guān)人員設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的變壓器繞組故障檢測(cè)方法，王雨虹[1]及游溢[2]設(shè)定傳統(tǒng)數(shù)據(jù)均衡化與改進(jìn)鯨魚算法變壓器繞組故障檢測(cè)方法、傳統(tǒng)優(yōu)化模糊推理變壓器繞組故障檢測(cè)方法，這一類方法雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的檢測(cè)目標(biāo)及任務(wù)，但是在實(shí)際執(zhí)行的過(guò)程中缺乏針對(duì)性與穩(wěn)定性，對(duì)于故障位置的定位及異常數(shù)據(jù)的采集效率相對(duì)較差[3]。不僅如此，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)形式多為單一結(jié)構(gòu)，對(duì)于變壓器繞組問(wèn)題的檢測(cè)并不全面、具體，常常會(huì)出現(xiàn)不可控的檢測(cè)誤差，增加電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷[4]。為此本文提出基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器繞組故障檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析。所謂改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要指的是一種按誤差反向傳播訓(xùn)練的多目標(biāo)、多層級(jí)前饋執(zhí)行運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)的算法稱之為BP算法[5]。將此項(xiàng)技術(shù)與變壓器繞組故障檢測(cè)工作進(jìn)行融合，一定程度上可以進(jìn)一步強(qiáng)化當(dāng)前的檢測(cè)范圍，逐步構(gòu)建更加靈活、多變的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，在面對(duì)復(fù)雜的故障環(huán)境時(shí)，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以消除存在的定向檢測(cè)誤差，將混合故障轉(zhuǎn)換為單一的故障[6]。以此來(lái)提升整體的檢測(cè)效果，提升暫態(tài)故障處理能力，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)及行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)條件[7]。

1 設(shè)計(jì)變壓器繞組故障改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)方法

1.1 提取變壓器繞組頻響特征

變壓器日常的運(yùn)行是十分復(fù)雜且多變的，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方式一般為單結(jié)構(gòu)形式，雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的檢測(cè)目標(biāo)，但是缺乏針對(duì)性與穩(wěn)定性，再加上外部環(huán)境及特定因素的影響，導(dǎo)致繞組故障的識(shí)別檢測(cè)出現(xiàn)誤差問(wèn)題[8]。因此，此次結(jié)合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，先對(duì)電力變壓器的繞組頻響特征進(jìn)行提取[9]。

在變壓器不吊罩情形下，可以在穩(wěn)定的環(huán)境背景下，可以先檢測(cè)繞組機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合各個(gè)環(huán)節(jié)的處理需求奇偶標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定其掃頻范圍1.5kHz～3.5MHz為最佳。接下來(lái)，在變壓器繞組的首端接入一個(gè)定向的識(shí)別程序，并在同步的控制結(jié)構(gòu)之中施加正弦掃頻電壓信號(hào)，此時(shí)，測(cè)定電壓信號(hào)的波動(dòng)情況，測(cè)定計(jì)算變壓器的繞組頻響值，具體如公式（1）所示：

式中：G表示變壓器繞組頻響值，λ表示檢測(cè)范圍，ε表示輸入電壓，N表示繞組頻率響應(yīng)曲線。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)試需求，對(duì)故障位置進(jìn)行特殊標(biāo)定，同時(shí)總結(jié)故障發(fā)生的具體規(guī)律，完成對(duì)基礎(chǔ)故障檢測(cè)環(huán)境的設(shè)置，接下來(lái)，綜合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)行具體測(cè)定研究。但是需要注意的是，設(shè)置的故障檢測(cè)結(jié)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)并不是固定的，而是隨著實(shí)時(shí)的故障情況以及變壓器具體的運(yùn)行狀態(tài)變化的，以此強(qiáng)化當(dāng)前的故障檢測(cè)能力。

1.2 布設(shè)多目標(biāo)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)

完成對(duì)變壓器繞組頻響特征的提取之后，接下來(lái)，綜合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行多目標(biāo)故障檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的部署。通常情況下，初始的變壓器運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，識(shí)別程序會(huì)立即發(fā)出對(duì)應(yīng)的警報(bào)，同時(shí)采集相關(guān)的異常故障信息。但是這樣的形式僅僅針對(duì)單層級(jí)的目標(biāo)，一旦運(yùn)行或者故障的環(huán)境過(guò)于復(fù)雜，便容易出現(xiàn)檢測(cè)失誤的情況，對(duì)后續(xù)的運(yùn)行造成阻礙。

而多目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)部署方式可以更為精準(zhǔn)、可靠地全覆蓋識(shí)別檢測(cè)故障問(wèn)題，縮短實(shí)際的警報(bào)時(shí)間，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)誤差的控制，具體的節(jié)點(diǎn)設(shè)置指標(biāo)及參數(shù)如表1所示。

表1 多目標(biāo)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置表

根據(jù)表1，完成對(duì)多目標(biāo)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置與分析，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用部署的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的故障檢測(cè)程序，形成一個(gè)循環(huán)性的檢測(cè)連接。另外，為確保故障檢測(cè)過(guò)程中的穩(wěn)定性與安全性，采用多目標(biāo)的方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的布設(shè)，同時(shí)過(guò)程中明確各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)以及信息的可靠，需要在上述設(shè)置的程序中增加數(shù)據(jù)篩選及分類的結(jié)構(gòu)，以便于后續(xù)的測(cè)定與故障檢測(cè)處理。

1.3 設(shè)計(jì)改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)模型

完成對(duì)多目標(biāo)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的布設(shè)之后，綜合實(shí)際的測(cè)定需求及標(biāo)準(zhǔn)，利用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)變壓器繞組故障檢測(cè)模型。首先，利用設(shè)置的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及信息的采集，篩選出異常、故障數(shù)據(jù)之后，捕捉到故障信號(hào)，傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的存儲(chǔ)位置。利用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的多維故障識(shí)別程序，并設(shè)計(jì)檢測(cè)原理，具體如圖1所示。

圖1 改進(jìn)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)模型原理圖

根據(jù)圖1，完成對(duì)改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)模型原理的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證研究，接下來(lái)，綜合實(shí)際的檢測(cè)需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化，設(shè)置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別框架，將變壓器出現(xiàn)故障的位置做出二次標(biāo)定，最大程度降低存在的檢測(cè)誤差，強(qiáng)化故障檢測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用能力。但是需要注意的是，對(duì)于變壓器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的部分問(wèn)題和特殊故障，還是需要采用異常點(diǎn)位鎖定或者單元識(shí)別的方式進(jìn)行檢測(cè)，這樣的形式一定程度上可以進(jìn)一步擴(kuò)大模型的實(shí)際故障檢測(cè)范圍，形成循環(huán)性的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，單元性的標(biāo)定能夠最大程度降低存在的故障檢測(cè)誤差，確保變壓器后續(xù)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

1.4 自適應(yīng)修正實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)處理

完成對(duì)改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)模型的構(gòu)建之后，采用自適應(yīng)修正的方式來(lái)最終實(shí)現(xiàn)變壓器的故障檢測(cè)處理。首先，利用檢測(cè)模型對(duì)變壓器進(jìn)行故障掃描，對(duì)基礎(chǔ)的異常電位進(jìn)行識(shí)別標(biāo)定之后，綜合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解析故障位置的具體情況，采用特定的、統(tǒng)一的程序進(jìn)行自適應(yīng)修正，并計(jì)算出允許出現(xiàn)的修正限值，具體如公式（2）所示：

式中：N表示自適應(yīng)修正限值，ω表示修正范圍均值，k表示自適應(yīng)比，o表示繞組識(shí)別次數(shù)。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)試需求，完成對(duì)自適應(yīng)修正限值的計(jì)算。隨即，以此為基礎(chǔ)，對(duì)各個(gè)點(diǎn)位的故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二次修正處理，設(shè)計(jì)一個(gè)自適應(yīng)的修正結(jié)構(gòu)。但是需要注意的是，對(duì)于故障位置的檢測(cè)與修正標(biāo)準(zhǔn)并不是固定的，而是隨著實(shí)際的需求及故障的狀態(tài)作出相應(yīng)的調(diào)整，以此來(lái)保證自適應(yīng)修正處理的靈活性與穩(wěn)定性，強(qiáng)化對(duì)變壓器故障檢測(cè)的效果，優(yōu)化檢測(cè)結(jié)構(gòu)。

2 方法測(cè)試

此次主要是對(duì)基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器繞組故障檢測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與驗(yàn)證研究，考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，采用對(duì)比的方式展開分析，選定G變電站的變壓器作為測(cè)試的目標(biāo)對(duì)象，參考文獻(xiàn)設(shè)定傳統(tǒng)數(shù)據(jù)均衡化與改進(jìn)鯨魚算法變壓器繞組故障檢測(cè)小組、傳統(tǒng)優(yōu)化模糊推理變壓器繞組故障檢測(cè)小組以及此次所設(shè)計(jì)的改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變壓器繞組故障檢測(cè)小組。根據(jù)實(shí)際測(cè)定需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化，對(duì)最終得出的結(jié)果比照研究，接下來(lái)，結(jié)合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行初始測(cè)試環(huán)境的搭建。

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

結(jié)合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)變壓器繞組故障檢測(cè)方法的實(shí)際測(cè)試環(huán)境進(jìn)行搭建與驗(yàn)證分析。首先，綜合當(dāng)前故障檢測(cè)需求及標(biāo)準(zhǔn)的變化，進(jìn)行基礎(chǔ)控制程序的設(shè)置，將G變電站的變壓器進(jìn)行標(biāo)定標(biāo)號(hào)，并對(duì)變壓器的基礎(chǔ)數(shù)值設(shè)定調(diào)整。繞組故障是較為常見(jiàn)的一種變電站故障問(wèn)題，所以在設(shè)定檢測(cè)程序的基礎(chǔ)之上，需要在可控范圍之內(nèi)設(shè)置對(duì)應(yīng)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的部署多為獨(dú)立的、單元的，自身均具有針對(duì)性，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，與基礎(chǔ)的故障繞組程序形成一個(gè)穩(wěn)定的故障檢測(cè)框架體系。具體如圖2所示。

圖2 變壓器繞組故障檢測(cè)框架體系圖

根據(jù)圖2，完成對(duì)變壓器繞組故障檢測(cè)框架體系的設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用。以此為基礎(chǔ)，調(diào)整當(dāng)前的故障檢測(cè)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置故障檢測(cè)程序的指標(biāo)及參數(shù)，具體如表2所示。

表2 故障檢測(cè)程序指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置表

根據(jù)表2，完成對(duì)故障檢測(cè)程序指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置和分析，接下來(lái)，結(jié)合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)定向的組合式繞組故障檢測(cè)程序，并在其中設(shè)置檢測(cè)矩陣，計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別覆蓋范圍，具體如式（3）所示：

式中：D表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別覆蓋范圍，j表示轉(zhuǎn)換比，η表示定向識(shí)別距離，v表示識(shí)別單元值，y表示識(shí)別頻次，χ表示堆疊范圍，w表示故障標(biāo)定耗時(shí)。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)試需求及標(biāo)準(zhǔn)，綜合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將計(jì)算得出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別覆蓋范圍明確為基礎(chǔ)性的識(shí)別區(qū)域，完成對(duì)測(cè)試環(huán)境的搭建，接下來(lái)，進(jìn)行具體的測(cè)驗(yàn)與研究。

2.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果分析

綜合改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)G變電站的變壓器繞組故障檢測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行研究與驗(yàn)證分析。首先，在選定的變壓器中隨機(jī)標(biāo)定5個(gè)特定的測(cè)試節(jié)點(diǎn)，形成基礎(chǔ)的測(cè)試環(huán)境，接下來(lái)，利用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)與接入，便于對(duì)變壓器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及信息的采集。但這部分需要注意的是，部分變壓器在運(yùn)行的過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)不可控或者電路混亂的問(wèn)題，這樣的情況也會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)誤差，所以，在測(cè)試之前，必須在測(cè)試程序中接入防護(hù)結(jié)構(gòu)或者對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序，增加測(cè)試的穩(wěn)定性與可靠性。接下來(lái)，利用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及虛擬技術(shù)，設(shè)置三組模擬的繞組指令，按照順序?qū)雰?nèi)置的程序之中，以待后續(xù)使用。隨后，利用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，計(jì)算出故障識(shí)別覆蓋范圍，具體如公式（4）所示：

式中：S表示故障識(shí)別覆蓋范圍，μ表示定向識(shí)別區(qū)域，ω表示故障檢測(cè)單元值，u表示識(shí)別頻次，σ表示繞組次數(shù)。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障識(shí)別覆蓋范圍的測(cè)定計(jì)算，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際的測(cè)定要求，計(jì)算故障檢測(cè)均值差，如公式（5）所示：

式中：B表示故障檢測(cè)均值差，ψ表示定向檢測(cè)基準(zhǔn)值，E表示故障標(biāo)記差值，ρ表示逆向識(shí)別值，θ表示繞組次數(shù)，表示識(shí)別過(guò)渡值。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)試分析，最終可以得出以下的結(jié)果，具體如圖3所示。

圖3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析圖示

根據(jù)圖3，完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析：對(duì)比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)均衡化與改進(jìn)鯨魚算法變壓器繞組故障檢測(cè)小組、傳統(tǒng)優(yōu)化模糊推理變壓器繞組故障檢測(cè)小組，此次所設(shè)計(jì)的改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變壓器繞組故障檢測(cè)小組最終得出的故障檢測(cè)均值差被較好地控制在0.25以下，說(shuō)明此次在改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的輔助與支持下，對(duì)于變壓器的繞組故障識(shí)別效果更佳，識(shí)別速度快、范圍廣，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器繞組故障檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證分析，與初始的故障檢測(cè)形式相比，此次在改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的輔助與支持下，可以進(jìn)一步擴(kuò)大當(dāng)前的檢測(cè)范圍，形成更為靈活、多變的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。不僅如此，面對(duì)復(fù)雜的變壓器故障繞組問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還可以對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定與計(jì)算，消除測(cè)定過(guò)程中存在的測(cè)量誤差，最大程度強(qiáng)化故障檢測(cè)能力，提升檢測(cè)的精準(zhǔn)度，推動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ)邁上一個(gè)新的臺(tái)階。