基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法技术

本发明专利技术基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，包括：收集核电站电力变压器的实际试验、检修及运维数据，结合多物理场模拟仿真数据，构建用于核电站电力变压器状态评估的数据集合；以大量实际与仿真数据集合为基础，采用数据挖掘方法，计算核电站电力变压器的老化数据与健康基准模型之间的马氏距离，并据此将设备划分为不同的健康等级，实现对设备状态的准确评估；通过对所获得的核电站电力变压器当前的健康状态以及运行数据的智能分析，实现对故障以及剩余寿命的预测工作。本发明专利技术能够有效克服传统设备状态检测、运维决策过程中人工经验判断所存在的不足，提高设备状态评估的准确性和实时性，并实现对剩余寿命及故障的预测工作。寿命及故障的预测工作。寿命及故障的预测工作。

【技术实现步骤摘要】
基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法


[0001]本专利技术属于电气工程领域，具体涉及一种基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法。

技术介绍

[0002]电力变压器是核电站电气系统的核心关键设备之一，其结构复杂，造价昂贵，更换电力变压器的花费十分巨大。如果能够准确评估电力变压器的工作状态，尽早发现电力变压器的故障，优化运行维护策略，可大大减少维修成本，降低时间和经济损失。因此，开展核电站电力变压器的状态评估与寿命预测研究，确保电力变压器在寿命周期内安全可靠地运行，对于维持核电站运行的稳定性及电力设备投资的经济性具有重要的意义。
[0003]通常情况下，由于纸绝缘系统难以更换，其工作寿命决定了核电站电力变压器的寿命。目前核电站电力变压器的状态评估手段主要分为理化参数检测和电气参数检测两类。理化参数检测方法是检测变压器油中的溶解气体，同时定期需要对变压器内绝缘纸(板)取样检测，如糠醛检测、聚合度检测等；电气参数检测方法是通过局部放电试验和介电响应分析来获得老化状态结果。这些检测方法在实际运用中尚存在一定的局限性，测试过程可能会对测试样本造成不可逆的破坏，并不适用于现场测试。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了一种基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，该方法在对核电站电力变压器进行状态评估时具有准确性高、实时性好等优点，同时可实现对设备剩余寿命的预测。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，收集核电站电力变压器的实际试验、检修及运维数据，结合多物理场模拟仿真数据，构建用于核电站电力变压器状态评估的数据集合；
[0008]步骤2，以步骤1所获得的大量实际与仿真数据集合为基础，采用数据挖掘方法，计算核电站电力变压器的老化数据与健康基准模型之间的马氏距离，并据此将设备划分为不同的健康等级，实现对设备状态的准确评估；
[0009]步骤3，通过对步骤2所获得的核电站电力变压器当前的健康状态以及运行数据的智能分析，实现对故障以及剩余寿命的预测工作。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，步骤1中，包括采用对在运核电站进行实地调研和收资方式，收集核电站电力变压器的试验、检修及运行维护过程中的各类实际数据。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，步骤1中，还包括构建核电站电力变压器的多物理场耦合仿真体系，包括以下步骤：
[0012]根据具体的任务包线、工作模态以及结构模型，设置求解区域内电磁场、温度场和应力应变场的控制方程、边界条件、初始条件和激励源，考虑所有材料参数对物理场的依赖
性以及不同物理场之间的源效应，将单一物理场的定解问题与其他物理场耦合起来，得到更加接近实际物理过程的多物理场定解问题，即一组非线性耦合偏微分方程；进一步，结合辅助微分方程、多层嵌套及有限元技术，克服多物理场耦合求解过程中遇到的时空多尺度以及参数非线性问题，建立核电站电力变压器“电
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磁
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热
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力”的多物理场模型；采用直接
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间接耦合形式对多物理场模型进行求解，即以直接耦合形式求解强耦合部分，以间接耦合形式求解弱耦合部分；以上述核电站电力变压器的多物理场耦合仿真体系为基础，结合模特卡罗数值分析方法，对不同工况下的设备状态以及不同的老化阶段进行模拟，提取与健康特征相关的理化参数和电气参数，通过大量的仿真，获得状态评估所需的老化仿真数据。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，步骤2中，对实际数据进行预处理，消除背景噪声及其他工况叠加信号对待处理数据的影响。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，步骤2中，对的老化仿真数据及预处理之后的实际数据进行解耦，计算老化数据与健康基准模型之间的马氏距离，并通过聚类分析将其划分成不同健康等级，得到设备老化状态评估结果。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤2中，将核电站电力变压器当前的运行状态参数输入到所建立的多物理场耦合仿真体系中，根据仿真输出结果，能够实现对设备绝缘状态的实时评估。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，步骤3，通过对所获得的核电站电力变压器当前的健康状态以及运行数据的智能分析，实现对剩余寿命以及故障的预测工作；核电站电力变压器由于受环境应力和工作应力因素影响，绝缘退化过程呈非线性和时变性，性能退化规律较为复杂且难以精确描述；针对测量过程中存在的数据随机性以及累积误差大问题，以各理化特征参量及电气特征参量多源异构类型数据为基础，对核电站电力变压器的绝缘状态进行智能分析，实现对核电站电力变压器剩余寿命和绝缘故障的预测。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，采用粒子滤波方法及支持向量机方法对核电站电力变压器的绝缘状态进行智能分析。
[0018]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0019]本专利技术以核电站电力变压器为研究对象，提出了基于数据驱动的状态评估及剩余寿命预测方法。相关研究工作能够为核电站电力变压器的设备状态检测、老化机理分析、寿命评估及故障预测等工作提供一个新的研究思路，为电力变压器的稳定运行提供理论和技术支持，服务于核电站电力变压器的老化分析与延寿研究等工作。同时，该方法对于核电站电力变压器数字孪生体的开发和研究具有重要的理论意义和工程应用价值，能够为核电站的数字化改造工作提供技术支撑。该方法具有如下优点：
[0020]第一：本专利技术所建立的核电站电力变压器的多物理场仿真体系与传统的单一物理场仿真方法相比，由于充分考虑了不同物理场之间的耦合作用，仿真结果更加准确；
[0021]第二：克服传统设备状态检测、运维决策过程中人工经验判断所存在的不足，提高状态评估的准确性和实时性；
[0022]第三，能够实现对核电站电力变压器的剩余寿命及故障的预测；
[0023]第四，本专利技术所提出的方法具有通用性，能够拓展到核电站其他关键电气设备的状态评估与寿命预测中。
附图说明
[0024]图1为本专利技术所提出方法的实施流程示意图。
[0025]图2为蒙特卡洛分析流程图。
[0026]图3为核电站电力变压器状态评估及寿命预测的系统设计图。
具体实施方式
[0027]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0028]如图1所示，本专利技术提供的基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，包括以下步骤：
[0029]步骤1，收集核电站电力变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，收集核电站电力变压器的实际试验、检修及运维数据，结合多物理场模拟仿真数据，构建用于核电站电力变压器状态评估的数据集合；步骤2，以步骤1所获得的大量实际与仿真数据集合为基础，采用数据挖掘方法，计算核电站电力变压器的老化数据与健康基准模型之间的马氏距离，并据此将设备划分为不同的健康等级，实现对设备状态的准确评估；步骤3，通过对步骤2所获得的核电站电力变压器当前的健康状态以及运行数据的智能分析，实现对故障以及剩余寿命的预测工作。2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，其特征在于，步骤1中，包括采用对在运核电站进行实地调研和收资方式，收集核电站电力变压器的试验、检修及运行维护过程中的各类实际数据。3.根据权利要求1所述的基于数据驱动的核电站电力变压器状态评估与寿命预测方法，其特征在于，步骤1中，还包括构建核电站电力变压器的多物理场耦合仿真体系，包括以下步骤：根据具体的任务包线、工作模态以及结构模型，设置求解区域内电磁场、温度场和应力应变场的控制方程、边界条件、初始条件和激励源，考虑所有材料参数对物理场的依赖性以及不同物理场之间的源效应，将单一物理场的定解问题与其他物理场耦合起来，得到更加接近实际物理过程的多物理场定解问题，即一组非线性耦合偏微分方程；进一步，结合辅助微分方程、多层嵌套及有限元技术，克服多物理场耦合求解过程中遇到的时空多尺度以及参数非线性问题，建立核电站电力变压器“电
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磁
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热
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力”的多物理场模型；采用直接
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间接耦合形式对多物理场模型进行求解，即以直接耦合形式求解强耦合部分，以间接耦合形式求解弱耦合部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：康祯，姚尧，张瑞祥，刘俊峰，祁沛垚，左创举，李康，孙文钊，孙若沛，胡杨，刘锋，杨方，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：