基于恢复-聚合-分解的配电变压器老化故障率评估方法技术

本发明专利技术涉及配电变压器技术领域，具体涉及基于恢复

【技术实现步骤摘要】
基于恢复
‑
聚合
‑
分解的配电变压器老化故障率评估方法


[0001]本专利技术属于配电变压器
，尤其涉及一种基于恢复
‑
聚合
‑
分解的配电变压器老化故障率评估方法。

技术介绍

[0002]配电变压器是配电网络中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种关键配电设备。随着运行时间增长，配电变压器绝缘会发生不可逆退化，使得它们很容易发生老化故障。配电变压器老化故障率是指处于正常工作状态的配电变压器在运行规定时间之后，由于发生不可逆老化失效故障而使其丧失规定功能的设备所占的比例。对于一个中等城市，可能有数千甚至上万个配电变压器。由于配电变压器在确保配电网安全可靠运行方面起着至关重要的作用，因此，动态监测和评估配电变压器老化故障率水平对于配电网以可靠性为中心的维护和更换策略是十分必要的。
[0003]由于配电网馈线上有大量的配电变压器，几乎不可能为所有配电变压器配备先进的传感器以收集与他们老化程度相关的诊断数据，如油色谱、介电损耗、局部放电和频率响应数据。换言之，很难应用传统的数据密集型方法，包括比例风险模型、隐马尔可夫模型和基于健康指数的模型来评估个体配电变压器的老化故障率。这使得基于资产年龄的威布尔分布模型被广泛用于配电变压器的老化故障率评估。然而，该模型仅使用年龄作为单一输入变量，这导致了具有不同老化程度的配电变压器在相同年龄下具有相同的老化故障率。在某些情况下，这样的老化故障率评估结果可能会严重偏离现实。
[0004]因此，如何准确评估的具有不同老化程度的配电变压器的老化故障率参数，提高对于配电变压器状态评估的准确性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于恢复
‑
聚合
‑
分解的配电变压器老化故障率评估方法，能够准确评估的具有不同老化程度的配电变压器的老化故障率参数，提高对于配电变压器状态评估的准确性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]基于恢复
‑
聚合
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分解的配电变压器老化故障率评估方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取各配电变压器的历史工况数据，并计算各配电变压器的DP值并构建对应的DP退化序列，并结合预设的技术寿命阈值构建配电变压器老化失效数据；
[0009]S2、通过预设的聚类方法，对S1中的配电变压器进行聚类，得到分组后的配电变压器群体；所述预设的聚类方法为，将欧几里得距离变换为加权欧几里得距离的K
‑
means聚类方法；
[0010]S3、对于S2得到的各配电变压器群体，使用S1得到的各配电变压器的老化失效数据，拟合得到各配电变压器群体的两参数威布尔模型参数，获得各配电变压器群体的平均老化故障率曲线；
[0011]S4、对于各配电变压器群体，构建分解函数，计算配电变压器群体内各配电变压器在t时刻的相对老化值；并通过配电变压器群体的平均老化故障率曲线得到配电变压器群体在t时刻的平均老化故障率；再将配电变压器在t时刻的相对老化值乘以对应配电变压器群体在t时刻的平均老化故障率，计算配电变压器在t时刻的老化故障率，作为个体配电变压器的老化故障率参数；
[0012]S5、使用S4得到的老化故障率参数，进行个体配电变压器的状态评估。
[0013]优选地，S1包括：
[0014]S11、获取配电变压器绝缘纸热点温度数据、绝缘纸含水率数据及氧气水平，并获取负荷、环境温度和相对湿度数据的时间序列数据；通过预设的聚合度分析公式计算各配电变压器的DP值；
[0015]S12、判断各配电变压器退役时的DP值是否达到预设的技术寿命阈值，若达到则按时间顺序构建其DP退化序列，若未达到则将其分类为提前退役的配电变压器；
[0016]S13、对于提前退役的配电变压器，通过拉丁超立方抽样技术预估预设未来时长内的负荷、环境温度、相对湿度数据；再通过预设的聚合度分析公式计算提前退役的各配电变压器的DP值，并按时间顺序构建对应的DP退化序列；
[0017]S14、基于S12及S13获得的各配电变压器的DP退化序列，将各配电变压器DP值为预设的技术寿命阈值的时间点匹配出来，得到各配电变压器的技术寿命，从而构建配电变压器老化失效数据。
[0018]优选地，S13中，对于提前退役的配电变压器，通过拉丁超立方抽样技术预估技术寿命内的负荷的过程如下：
[0019]1)根据各配电变压器历史数据计算的每日平均负荷率：
[0020]LF＝[LF1,LF2,...,LF
23
,LF
24
]；
[0021]式中，LF1表示第一小时的变压器负荷率均值；
[0022]2)从电力公司收集配电变压器的预期年负载增长率ψ；
[0023][0024]式中，ψ1表示第一年预期的负载增长率、表示未来的年数；
[0025]3)生成[0,1]范围内的随机数向量，所述随机数向量包含24个元素，对应一天中的24小时；对于模拟年中任一天，生成24个正态分布随机变量N(LF
w
·
(1+ψ
q
),LF
w
·
(1+ψ
q
)
·
SD％)；式中，SD％表示误差百分比；N表示正态分布；LF
w
表示第w小时的变压器负荷率、ψ
q
表示第q年预期的负载增长率；
[0026]4)基于相应正态分布的面积划分和逆变换，随机抽样q年每小时的负荷率；
[0027]5)重复2)
‑
4)，生成未来各年逐小时的负荷数据；
[0028]6)获取5)得到的技术寿命内的负荷；
[0029]并通过相同的方法，生成各台提前退役的配电变压器技术寿命内的环境温度和相对湿度数据。
[0030]优选地，所述聚合度分析公式为：
[0031][0032]式中：DP表示聚合度分析值；t表示运行时间；k表示迭代阶段；A表示配电变压器所处环境的影响因子；R表示摩尔气体常数；T表示配电变压器绕组的最热点温度；Ea表示老化反应的活化能，可在实验室中进行测定；
[0033]其中，影响因子A的计算式为：
[0034][0035]式中：ξ1、ξ2、ξ3以及ξ4由配电变压器内部含氧量和绝缘纸纸张类型决定；ω
k,paper
表示绝缘纸水分含量；ω
k,paper
的计算式为：
[0036][0037][0038][0039]式中：ω
k,oil
表示第k次迭代时配电变压器绝缘油中的水分含量；θ
tu,k
表示第k次迭代时配电变压器绝缘油中的配电变压器顶油温度；RH
k
表示第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于恢复
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聚合
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分解的配电变压器老化故障率评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取各配电变压器的历史工况数据，并计算各配电变压器的DP值并构建对应的DP退化序列，并结合预设的技术寿命阈值构建配电变压器老化失效数据；S2、通过预设的聚类方法，对S1中的配电变压器进行聚类，得到分组后的配电变压器群体；所述预设的聚类方法为，将欧几里得距离变换为加权欧几里得距离的K
‑
means聚类方法；S3、对于S2得到的各配电变压器群体，使用S1得到的各配电变压器的老化失效数据，拟合得到各配电变压器群体的两参数威布尔模型参数，获得各配电变压器群体的平均老化故障率曲线；S4、对于各配电变压器群体，构建分解函数，计算配电变压器群体内各配电变压器在t时刻的相对老化值；并通过配电变压器群体的平均老化故障率曲线得到配电变压器群体在t时刻的平均老化故障率；再将配电变压器在t时刻的相对老化值乘以对应配电变压器群体在t时刻的平均老化故障率，计算配电变压器在t时刻的老化故障率，作为个体配电变压器的老化故障率参数；S5、使用S4得到的老化故障率参数，进行个体配电变压器的状态评估。2.如权利要求1所述的基于恢复
‑
聚合
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分解的配电变压器老化故障率评估方法，其特征在于：S1包括：S11、获取配电变压器绝缘纸热点温度数据、绝缘纸含水率数据及氧气水平，并获取负荷、环境温度和相对湿度数据的时间序列数据；通过预设的聚合度分析公式计算各配电变压器的DP值；S12、判断各配电变压器退役时的DP值是否达到预设的技术寿命阈值，若达到则按时间顺序构建其DP退化序列，若未达到则将其分类为提前退役的配电变压器；S13、对于提前退役的配电变压器，通过拉丁超立方抽样技术预估预设未来时长内的负荷、环境温度、相对湿度数据；再通过预设的聚合度分析公式计算提前退役的各配电变压器的DP值，并按时间顺序构建对应的DP退化序列；S14、基于S12及S13获得的各配电变压器的DP退化序列，将各配电变压器DP值为预设的技术寿命阈值的时间点匹配出来，得到各配电变压器的技术寿命，从而构建配电变压器老化失效数据。3.如权利要求2所述的基于恢复
‑
聚合
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分解的配电变压器老化故障率评估方法，其特征在于：S13中，对于提前退役的配电变压器，通过拉丁超立方抽样技术预估技术寿命内的负荷的过程如下：1)根据各配电变压器历史数据计算的每日平均负荷率：LF＝[LF1,LF2,...,LF
23
,LF
24
]；式中，LF1表示第一小时的变压器负荷率均值；2)从电力公司收集配电变压器的预期年负载增长率ψ；式中，ψ1表示第一年预期的负载增长率、表示未来的年数；
3)生成[0,1]范围内的随机数向量，所述随机数向量包含24个元素，对应一天中的24小时；对于模拟年中任一天，生成24个正态分布随机变量N(LF
w
·
(1+ψ
q
),LF
w
·
(1+ψ
q
)
·
SD％)；式中，SD％表示误差百分比；N表示正态分布；LF
w
表示第w小时的变压器负荷率、ψ
q
表示第q年预期的负载增长率；4)基于相应正态分布的面积划分和逆变换，随机抽样q年每小时的负荷率；5)重复2)
‑
4)，生成未来各年逐小时的负荷数据；6)获取5)得到的技术寿命内的负荷；并通过相同的方法，生成各台提前退役的配电变压器技术寿命内的环境温度和相对湿度数据。4.如权利要求3所述的基于恢复
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聚合
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分解的配电变压器老化故障率评估方法，其特征在于：所述聚合度分析公式为：式中：DP表示聚合度分析值；t表示运行时间；k表示迭代阶段；A表示配电变压器所处环境的影响因子；R表示摩尔气体常数；T表示配电变压器绕组的最热点温度；Ea表示老化反应的活化能；其中，影响因子A的计算式为：式中：ξ1、ξ2、ξ3以及ξ4由配电变压器内部含氧量和绝缘纸纸张类型决定；ω
k,paper
表示绝缘纸水分含量；ω
k,paper
的计算式为：的计算式为：χ(k)＝0.405
·
θ
tu,k0.097
；式中：ω
k,oil
表示第k次迭代时配电变压器绝缘油中的水分含量；θ
tu,k
表示第k次迭代时配电变压器绝缘油中的配电变压器顶油温度；RH
k
表示第k次迭代时配电变压器绝缘油中的环境相对湿度；χ为中间变量；配电变压器绝缘纸热点温度T的计算式为：T
k
＝θ
tu,k
+Δθ
h,k
＝θ
ae,k
+Δθ
tu,k
+Δθ
h,k
；；式中，θ
tu,k
表示第k次迭代时配电变压器绝缘油中的配电变压器顶油温度；Δθ
h,k
表示额定负载下的顶部油温升；θ
ae,k
表示第k次迭代时配电变压器的环境温度；Δθ
tu,k
表示额定负载下的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，黄威，谢开贵，邵常政，李春燕，黄博，徐浩杰，王淏，赵思颖，郭李未庸，何豪杰，李佩芸，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：