基于预防性试验的变电设备状态评估方法研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.2(上)-47-工 业 技 术状态评估是变电设备进行状态检修的重要前提,能够为检修工作提供依据,在具体实施过程中,需要进行预防性试验,以便掌握潜在的故障状态量。但是变电设备运行模式较为复杂,故障状态受到多种因素的影响,需要建立一套行之有效的状态评估方法,因此对此进行研究。1 研究目的状态检修是变电设备在现阶段的主要检修模式,其实现原理是根据历史维修数据、在线监测数据和预防性试验进行状态评估,掌握变电设备的潜在风险,进而在此基础上制定设备检修和维护策略。这种管理模式具有事前控制的效果,以预防性试验为基础,对变电设备的运行状态进行评估,能够为状态检修提供依据,这次研
2、究旨在建立相应的状态评估方法。2 选取基于预防性试验的变电设备状态量状态评估主要针对变电设备的运行状态,同时兼顾其他的配套信息,其作用是为设备检修提供依据。变电设备状态劣化过程通常可划分为 3 个阶段,分别为故障开始发生阶段、潜在故障阶段以及功能故障阶段(已发生)1。变电设备中的核心是电力变压器和高压断路器,为了有效进行状态评估,应针对这些设备建立完善的状态量。2.1 选取变压器状态量变压器的常见故障形式包括绝缘劣化、绝缘油劣化、绕组变形、局部放电、过热性故障以及铁芯故障等,在选择状态量的过程中,应遵循可靠性、敏感性、可操作性以及多样性等基本原则2。以常用的油浸式电力变压器为例,从预防性试验的
3、角度出发,其故障特征状态量包括油中溶解气体、绝缘油试验结果、电气试验结果、出厂及交接试验结果,见表 1。表 1 基于预防性试验的变压器状态量体系状态量分类状态量在线监测(油中溶解气体)H2含量;CH4含量;C2H6含量;C2H2含量;CO产气率;CO2产气率绝缘油试验油介质损失;油击穿电压;油中水分;酸值电气试验局部放电量;铁芯绝缘电阻;铁芯接地电阻;绕组介损;绕组电容量等出厂及交接试验出厂试验;交接试验2.2 选取断路器状态量断路器的常见故障形式包括拒动、误动、SF6气体泄露、绝缘受损、开断与关合故障等,针对断路器的状态评估量分为2 类,分别为电气试验状态量、机械试验状态量。电气预防性试验包
4、括多方面的内容,例如合闸电阻试验、主回路电阻试验、气体泄露情况分析、断口间并联电容器介损、合闸电阻试验3。在机械预防性试验中,特征状态量包括刚分速度、刚合速以及相间分合闸不同期等。2.3 建立故障状态集与特征状态集在选取变电设备的状态量后,可以根据故障类型和状态量分别建立故障状态集和故障特征状态集。以变压器为例,在故障状态集中设置 7 个故障状态量,分别为过热性故障、固体绝缘老化、绝缘油劣化、电弧放电、绕组变形、铁芯故障和局部放电,将故障状态集记为 S=S1,S2,S3,S4,S5,S6,S74。变压器特征状态集由变压器的特征状态量组成,共计 17 个状态量,将特征状态集记为集合 P,其元素编
5、号为 P1P17。17 个特征状态量见表 2。表 2 变压器特征状态量状态量编号状态特征量状态量编号状态特征量P1H2含量P10绕组电容量初值差P2CH4 含量P11绕组直流电阻互差P3C2H6 含量P12绕组绝缘介损P4C2H4 含量P13短路阻抗初值差P5C2H2 含量P14绝缘油介损P6CO 相对产气速率P15绝缘油击穿电压P7糠醛含量P16绝缘纸板聚合度P8局部放电量P17铁芯绝缘电阻P9铁芯接地电流3 建立故障状态量与特征状态量的关联关系高压变电设备的运行过程受到多种因素的影响,其系统构成也较为复杂,当设备出现故障时,成因往往具有一定的模糊性。因此,要采取有效的技术措施建立故障状态量
6、和特征状态量之间的关联关系。关联规则是一种大数据挖掘方法,可用于发掘事物之间的关联关系,其应用原理如下。3.1 关联规则的实现原理3.1.1 事物、频繁项集与支持度作为一种数据挖掘技术,关联规则的实现与数据密切相关。将数据库中的事物集合表示为 D=t1,t2,.,tn,集合中的每个元素表示一个事物。ti为事物集合 D 中的一个事物,假设 ti中包括 m 个项,那么 ti=i1,i2,.,im。将集合 D 中所有事物的项的集合记为 I,那么 I=i1,i2,.,ij。任意集合 B 的基于预防性试验的变电设备状态评估方法研究李赟(青岛特殊钢铁有限公司,山东 青岛 266409)摘 要:变电设备状态
7、评估能够为状态检修提供依据,预防性试验的结果是状态评估的重要数据来源,因此要基于预防性试验建立相应的评估方法。根据预防性试验的内容将变压器中的故障状态量以及特征状态量相关数据信息提取出来,然后根据关联规则对两者之间的关系进行深入分析,再运用层次分析法计算各状态量的权重,对状态量的评分与权重值的乘积进行加和,可得到整体的状态评分,完成状态评价。在效果检验阶段,采集5台变压器的预防性试验数据,利用该方法进行状态评估,最终计算5台变压器的状态评分,并诊断异常运行状态的故障类型,验证了评价方法的有效性。关键词:预防性试验;变电设备;状态评估方法中图分类号:TM732文献标志码:A中国新技术新产品202
8、4 NO.2(上)-48-工 业 技 术元素为集合 I 中的部分项,则 B 为 I 的 1 个子集,如果子集 B中存在 k 个项,那么将其称为 I 的 k 项集5。项集 B 中包括若干个事物,将项集 B 中事物的数量记为(B),如公式(1)所示。(B)=|tk|Btk,tkD (1)式中:tk为项集 B 中包括事物的最大数量,将(B)称为项集 B 的支持度计数。该项集的支持度记为 Sup(B),其计算方法如公式(2)所示。Sup(B)=P(B)=(B)/|D|100%(2)式中:将事物集合 D 中所含事物的总数量记为|D|。将最小支持度阈值记为 Supmin,如果 Sup(B)Supmin,那
9、么将项集 B 称为频繁项集。3.1.2 关联规则假设项集 B 和项集 C 均属于项集 I,并且 B、C 的交集为空,在二者之间建立关联规则,记为 B C,此时集合 B、C分别为关联规则 B C 的前提和结论6。关联规则中具有支持度和置信度 2 个重要概念,支持度可表述为公式(3)。Sup(B C)=P(BC)(3)该表达式代表在事物集合 D 中,B C 所占的百分比。置信度(Conf)的数学表述方法如公式(4)所示,以包括 B 事物为前提同时包括 C 事物,在 D 事物集合中所占的比例。Conf BCP BCP BP C B?100|(4)3.1.3 基于变电设备状态评估的项集定义将已经建立的
10、变电设备故障状态量集合和故障特征量集合分别视为 2 个项集,也就是集合 S 和集合 P,这 2 个集合之间不存在相同的元素,因此其交集为空。当利用关联规则挖掘S 和 P 的关联关系时,首先要定义项集,下面介绍针对变压器状态评估的项集定义方法。假设变压器的故障事物集合为 D0,Di为 D0的子集,变压器的故障状态项集为 S0,Si为 S0的子集,Di和 Si之间存在对应关系。Di为变压器第 i 类故障的数据集。当 Di=Si时,表示变压器发生第 i 类故障,项集 Pj表示变压器第 j 个特征状态量超标或者异常。在集合 S 和集合 P 之间建立关联规则,其本质是建立 Pj和 Si之间的关联关系,即
11、 Pj Si。可根据公式(3)、公式(4)得到对应的支持度和置信度。3.2 关联规则挖掘示例3.2.1 故障样本以 110kV 变压器为例,在数据挖掘前收集相关的故障案例,建立数据库,根据集合 P 中的故障状态量,收集和统计故障样本,结果见表 3。这些数据用于实施关联规则,建立故障状态量与特征状态量之间的关系。经过统计,在故障样本中,S1S7的故障例总数分别为 136、187、139、161、166、171、148。3.2.2 故障状态量与特征状态量之间的关联关系示例将故障样本统计结果作为数据源,建立故障状态量和特征状态量之间的关联关系,并且计算支持度和置信度。根据变压器的故障状态量和特征状态
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