一种变压器结构性故障诊断多属性综合方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多种检测手段的变压器结构性故障诊断多属性综合方法。建立了两级结构的多属性诊断模型，采用多种检测手段：如短路阻抗法、频率响应法、电容量法等进行综合诊断。通过评级等级层描述变压器的可能状态。引入了层次分析法，计算各检测手段及其相应判据的权重系数。基于证据推理理论，将多种检测手段得到的结论进行综合诊断，以概率的形式表征变压器的可能状态。本发明专利技术解决了原始数据缺失、多种判断结论有分歧情况下变压器的结构性故障诊断问题，有利于准确地评判电力变压器的真实状态，减小主观因素影响。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器结构性故障诊断多属性综合方法
本专利技术属于变压器结构性故障诊断方法，更具体地，涉及一种基于多种检测手段的变压器结构性故障诊断多属性综合方法。
技术介绍
结构性故障是导致电力变压器发生损坏事故的主要原因之一。对运输或短路冲击后的变压器进行结构性故障诊断可确保变压器的安全稳定运行。目前常用的变压器结构性故障离线检测方法主要有频率响应法(FrequencyResponseAnalysis,FRA)、短路阻抗法(ShortCircuitImpedanceMethod,SCI)及电容量法(CapacitanceMethod,C)等。大量现场试验表明，受现场测量精度、原始可对比数据和故障诊断判据的限制，应用单一检测方法难以准确反映变压器的结构性故障，且各种方法可能得到有分歧的诊断结果。研究表明，综合多种检测方法可以提高变压器结构性故障诊断的可靠性。但在实际诊断过程中，综合多种检测方法获得的决策信息仍具有部分不精确、不完备、模糊等性质，加上决策者的经验不同、对信息处理和故障认识存在局限性，决策者往往只能提供不完全信息。因此，对这些不完全信息进行多属性决策，对提高变压器的结构性故障诊断具有重要实际意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种基于多种检测手段的变压器结构性故障诊断多属性综合方法以解决单一检测方法难以准确反映变压器的结构性故障的问题，提高变压器结构性故障诊断的可靠性。本专利技术采用的技术方案是：通过假设层描述变压器的可能状态，基于层次分析法计算各检测方法及其相应判据的权重系数，依托于证据推理理论将多种检测手段得到的结论进行综合诊断，以概率的形式表征变压器的可能状态。具体包括以下几个主要步骤：步骤1：建立融合多种检测方法的多属性诊断模型本专利技术综合频率响应法、短路阻抗法、电容量法三种常用的结构性故障诊断方法，构建了两级结构的多属性诊断模型，如图1所示。其中每一级模型包括总体属性层y、评级等级层H，因素层E。总体属性层y是对变压器状态的综合评价，是结合多种检测方法得出的综合诊断。步骤2：确立评级等级层，描述变压器的可能状态评级等级层中HN对应于变压器的不同状态。根据实际运行经验及变压器典型故障类型，可以定义出需要考虑的变压器的N种可能状态：H＝{H1，H2，…，Hn，…HN}步骤3：确立因素层在两级模型中，上一级的因素层由下一级的属性层构成。因此第一级的因素层eL对应于不同的检测手段，第二级因素层eLL对应于该检测手段所采用的具体检测方式、比较方法、判据等，是进行判断的最基本单元。常见的L种不同检测手段可以定义为：E＝{e1，e2，…，ei，…eL}步骤4：通过层次分析法确定各检测手段的权重多属性诊断模型中各基本因素的权重反映了该因素的相对重要程度，权重分配的合理与否直接影响到状态决策结果的准确性。采用层次分析法(AnalyticHierarchyProcess,AHP)可以获得权重。通过层次分析法可以构造如下矩阵：式中：aij为因素i对于因素j的相对重要程度。如表1所示为aij的值对应的因素i对于因素j的相对重要程度。表1层次分析法参考取值计算权重矩阵A的最大特征根λmax，代入对应齐次线性方程组：解出最大特征根λmax，对应的经归一化的特征向量ω1，ω2，…，ωL，即为各因素对应的权重。步骤5：证据的一致性检验证据的一致性检验采用以下公式：CR＝CI/RI式中，CR为权重矩阵的随机一致性比率；CI为权重矩阵的一般一致性指标，CI＝(λmax-L)/(L-1)；RI为权重矩阵的平均随机一致性指标，对于1～9阶权重矩阵RI的取值如下表2所示。表21～9阶权重矩阵的RI值当CR<0.1时认为一致性较好，可以认为权重矩阵的构造是合理的；否则需要调整权重矩阵。步骤6：概率计算对于两级模型，可以采用逐级计算的方式。求取下一级模型中所有的属性层，构成上一级模型中的因素层，然后进行上一级模型的计算。对于每一级模型，概率计算方法如下：令模型中的评价等级为：H＝{H1，H2，…，Hn，…HN}令模型中的因素为：E＝{e1，e2，…，ei，…eL}对因素ei，其对于总体属性层y的相对重要性用权重ωi(0≤ωi≤1)表示。因此得到权重矩阵：ω＝{ω1，ω2，…，ωi，…ωL}式中，(a)因素ei的影响。定义βn,i为因素ei对于评价等级Hn提供的确定度。易得βn,i≥0且则因素ei的总体影响为：S(ei)＝{(Hn,βn,i),n＝1,...,N},i＝1,...,L当时，可以认为因素ei是完整的，其对总体属性层y的影响是明确的；当或对于任意的n总有βn,i＝0，则可以认为因素ei是缺失的，其对总体属性层y的影响是不可知的；当时，认为因素ei是不完整的。(b)概率值mn,imn,i为因素ei的权重(即其对于总体属性层y的相对重要性)与因素ei对于评价等级Hn提供的确定度的乘积，表示因素ei支持总体属性层y为评价等级Hn的概率。mn,i＝ωiβn,i,n＝1,...,N由于因素ei存在不完整的可能性，上式并不能完整的表述整个概率空间。相应地，定义未指定的剩余概率为：式中，(c)迭代计算定义mn,I(i)为前i个因素支持总体属性层y为评价等级Hn的基本概率之和，和为对应的剩余概率。通过以下迭代公式可以求出任意i对应的基本概率之和。迭代初始条件：mn,I(1)＝mn,1；{Hn}：n＝1,…,N{H}：i＝1,…,L-1KI(i)为连接第i次迭代与第i-1次迭代的迭代参数；(d)归一化定义βn为因素层E对于评价等级Hn提供的确定度。通过对概率值的归一化可以求出βn。{Hn}：n＝1,...,N{H}：则因素层E对总体属性层y的总体评价为：S(y)＝{(Hn,βn),n＝1,...,N}因此，对于多种检测方法构成的因素层E，最终得到变压器的可能状态是：β1的概率为H1状态，β2的概率为H2状态……βn的概率为Hn状态。附图说明图1为两级结构多属性诊断模型图。图2为短路阻抗法对应的模型图。图3为频率响应法对应的模型图。图4为电容量法对应的模型图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本专利技术的具体实施方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。选取一组典型试验数据作为算例，分别采用短路阻抗法(记为SCI)、频率响应法(记为FRA)及电容量法(记为C)。定义变压器的7种可能状态为：H＝{H1，H2，H3，H4，H5，H6，H7}＝{正常，匝间短路，夹件失压，轴向位移，外壳不良接地，剩磁，绕组翘曲}(1)通过短路阻抗法进行判断。通过与历史试验数据的纵向比较，判断变压器有0.60的概率为正常，0.20的概率为绕组翘曲，另外有0.20的不确定度；通过横向比较判断0.75的概率为正常，0.25为不确定。(2)通过频率响应法进行判断。由于缺乏历史试验数据及出厂数据，无法进行基于时间的比较；通过基于结构的比较判断变压器有0.75的概率为正常，0.15的概率为绕组翘曲，0.1为不确定；通过基于型式的比较判断0.95的概率为正常，0.05为不确定。(3)通过电容量法进行判断。通过高压绕组电容判断0.50的概率为正常，0.20的概率为轴向位移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器结构性故障诊断多属性综合方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立融合多种检测方法的多属性诊断模型选取综合频率响应法、短路阻抗法、电容量法三种常用的结构性故障检测手段，构建两级结构的多属性诊断模型，其中每一级模型包括属性层y、评价等级层H，因素层E；总体属性层y是对变压器状态的综合评价；步骤2：确立评级等级层H，描述变压器的可能状态评级等级层中HN对应于变压器的不同状态，根据实际运行经验及变压器典型故障类型，定义出需要考虑的变压器的N种可能状态：H＝{H1，H2，…，Hn，…HN}步骤3：确立因素层E第一级的因素层eL对应于不同的检测手段，第二级因素层eLL对应于该检测手段所采用的具体检测方式、比较方法、判据，常见的L种不同检测手段可以定义为：E＝{e1，e2，…，ei，…eL}步骤4：通过层次分析法确定各检测手段的权重通过层次分析法构造如下矩阵：A=a11a12...a1La21a22...a2L............aL1aL2...aLL]]>式中：aij为因素i对于因素j的相对重要程度；计算权重矩阵A的最大特征根λmax，代入对应齐次线性方程组：(a11-&lambda;)ω1+a12ω2+...+a1LωL=0a21ω1+(a22-λ)ω2+...+a2LωL=0...aL1ω1+aL2ω2+...+(aLL-λ)ωL=0]]>解出最大特征根λmax，对应的经归一化的特征向量ω1，ω2，…，ωL，即为各因素对应的权重；步骤5：对各因素对应的权重进行一致性检验对步骤4中求解的各因素对应的权重ω1，ω2，…，ωL采用以下一致性检验公式验证权重选取的合理性：CR＝CI/RI式中，CR为权重矩阵的随机一致性比率；CI为权重矩阵的一般一致性指标，CI＝(λmax‑L)/(L‑1)；RI为权重矩阵的平均随机一致性指标；当CR<0.1时认为一致性较好，认为权重矩阵的构造是合理的；步骤6：变压器的可能状态的概率计算对于两级模型，采用逐级计算的方式，求取下一级模型中所有的属性层，构成上一级模型中的因素层，然后进行上一级模型的计算，对于每一级模型，概率计算方法如下：令模型中的评价等级为：H＝{H1，H2，…，Hn，…HN}令模型中的因素为：E＝{e1，e2，…，ei，…eL}对因素ei，其对于属性y的相对重要性用权重ωi(0≤ωi≤1)表示；因此得到权重矩阵：ω＝{ω1，ω2，…，ωi，…ωL}式中，Σi=1Lωi=1;]]>(a)因素ei的影响定义βn,i为因素ei对于评价等级Hn提供的确定度；易得βn,i≥0且则因素ei的总体影响S(ei)为：S(ei)＝{(Hn,βn,i),n＝1,...,N},i＝1,...,L当时，可以认为因素ei是完整的，其对属性y的影响是明确的；当或对于任意的n总有βn,i＝0，则可以认为因素ei是缺失的，其对属性y的影响是不可知的；当时，认为因素ei是不完整的；(b)概率值mn,imn,i为因素ei的权重(即其对于属性y的相对重要性)与因素ei对于评价等级Hn提供的确定度的乘积，表示因素ei支持属性y为评价等级Hn的概率；mn,i＝ωiβn,i,n＝1,...,N定义未指定的剩余概率为：式中，m‾H,i=1-ωi;]]>(c)迭代计算定义mn,I(i)为前i个因素支持属性y为评价等级Hn的基本概率之和，和为对应的剩余概率；通过以下迭代公式可以求出任意i对应的基本概率之和；迭代初始条件：mn,I(1)＝mn,1；m‾H,I(1)=m‾H,1;]]>KI(i+1)=11-Σt=1NΣj=1j≠tNmt,I(i)mj,i+1]]>KI(i)为连接第i次迭代与第i‑1次迭代的迭代参数；(d)归一化定义βn为因素层E对于评价等级Hn提供的确定度；对概率值的归一化求出βn；{Hn}:βn=mn,I(L)1-m‾H,I(L),n=1,...,N]]>则因素层E对属性y的总体评价S(y)为：S(y)＝{(Hn,βn),n＝1,...,N}因此，对于多种检测方法构成的因素层E，最终得到变压器的可能状态是：β1的概率为H1状态，β2的概率为H2状态……βn的概率为Hn状态。...

【技术特征摘要】
1.一种变压器结构性故障诊断多属性综合方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立融合多种检测方法的多属性诊断模型选取综合频率响应法、短路阻抗法、电容量法三种常用的结构性故障检测手段，构建两级结构的多属性诊断模型，其中每一级模型包括总体属性层y、评级等级层H，因素层E；总体属性层y是对变压器状态的综合评价；步骤2：确立评级等级层H，描述变压器的可能状态评级等级层中HN对应于变压器的不同状态，根据实际运行经验及变压器典型故障类型，定义出需要考虑的变压器的N种可能状态：H＝{H1，H2，…，Hn，…HN}步骤3：确立因素层E第一级的因素层eL对应于不同的检测手段，第二级因素层eLL对应于该检测手段所采用的具体检测方式、比较方法、判据，常见的L种不同检测手段可以定义为：E＝{e1，e2，…，ei，…eL}步骤4：通过层次分析法确定各检测手段的权重通过层次分析法构造如下矩阵：式中：aij为因素i对于因素j的相对重要程度；计算权重矩阵A的最大特征根λmax，代入对应齐次线性方程组：解出最大特征根λmax，对应的经归一化的特征向量ω1，ω2，…，ωL，即为各因素对应的权重；步骤5：对各因素对应的权重进行一致性检验对步骤4中求解的各因素对应的权重ω1，ω2，…，ωL采用以下一致性检验公式验证权重选取的合理性：CR＝CI/RI式中，CR为权重矩阵的随机一致性比率；CI为权重矩阵的一般一致性指标，CI＝(λmax-L)/(L-1)；RI为权重矩阵的平均随机一致性指标；当CR&lt;0.1时认为一致性较好，认为权重矩阵的构造是合理的；步骤6：变压器的可能状态的概率计算对于两级模型，采用逐级计算的方式，求取下一级模型中所有的属性层，构成上一级模型中的因素层，然后进行上一级模型的计算，对于每一级模型，概率计算方法如下：令模型中的评价等级为：H＝{H1，H2，…，Hn，…HN}令模型中的因素为：E＝{e1，e2，…，ei，…eL}对因素ei，其对于总体属性层y的相对重要性用权重ωi(0≤ωi≤1)表示；因此得到权重矩阵：ω＝{ω1，ω2，…，ωi，…ωL}式中，(a)因素ei的影响定义βn,i为因素ei对于评价等级Hn提供的确定度；易得βn,i≥0且则因素ei的总体影响S(ei)为：S(ei)＝{(Hn,βn,i),n＝1,...,N},i＝1,...,L当时，可以认为因素ei是完整的，其对总体属性层y的影响是明...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁非，史天如，金雷，周凯，刘思维，刘毅，李化，林福昌，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司电力科学研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11