一種應(yīng)用b樣條理論改進(jìn)的變壓器三比值故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力主設(shè)備故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用B樣條理論改進(jìn)的變壓器三比值故障診斷方法，包括：收集油中溶解氣體樣本數(shù)據(jù)構(gòu)造樣本庫，并用三比值法構(gòu)成三維空間，得到各故障模式的特征區(qū)域，建立用B樣條曲面表達(dá)的各故障分界面方程；計(jì)算樣本與故障分界面的位置關(guān)系判斷變壓器的故障類型；對(duì)于診斷錯(cuò)誤的故障樣本，應(yīng)用B樣條曲面的反算方法重新計(jì)算曲面參數(shù)，將誤診樣本納入到正確的故障特征區(qū)域中；計(jì)算待診樣本與形狀調(diào)整后的各分界曲面的位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)變壓器的故障類型的判斷。本發(fā)明以改良三比值法確定的故障特征區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，通過柔性自適應(yīng)的調(diào)整故障區(qū)域間的分界曲面形狀實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)功能，方法具有很好的實(shí)用性和推廣性。
【專利說明】一種應(yīng)用B樣條理論改進(jìn)的變壓器三比值故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力主設(shè)備故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用B樣條理論改進(jìn)的變壓器三比值故障診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器是電力系統(tǒng)中的最重要的設(shè)備之一，是發(fā)電廠與電力用戶之間輸送電能與分配電能的重要設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著變電的重要任務(wù)。其在運(yùn)行中一旦發(fā)生故障，輕則影響生產(chǎn)，給人們的生活帶來不便；重則危及人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，妨礙整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，通過有效的故障診斷技術(shù)，及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障及其故障類型具有重要意義。油中溶解氣體分析(dissolved gas analysis, DGA)是目前對(duì)油浸式變壓器進(jìn)行故障診斷最方便、有效的手段之一，能夠比較準(zhǔn)確、可靠地發(fā)現(xiàn)逐步發(fā)展的潛伏性故障，防止由此引起重大事故。其中改良三比值法是判斷變壓器故障類型的主要方法之一，具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)具有較高的診斷準(zhǔn)確率；(2)改良三比值法中定義的各種故障模式之間具有清晰的分界，不會(huì)產(chǎn)生模棱兩可的判斷。因此，作為國標(biāo)推薦的判斷油浸式變壓器故障類型的主要方法，三比值法在工程實(shí)踐中有著廣泛應(yīng)用。但改良三比值法在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)產(chǎn)生診斷錯(cuò)誤的情況，作為一種靜態(tài)的故障診斷方法，其不具備自適應(yīng)的學(xué)習(xí)機(jī)制，因此不能糾正相應(yīng)的診斷錯(cuò)誤。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)改良三比值法在變壓器故障診斷中存在的問題，本發(fā)明提出一種應(yīng)用B樣條理論改進(jìn)的變壓器三比值故障診斷方法，主要包括:
[0004]步驟1、收集實(shí)際工程中采集到的油中溶解氣體樣本數(shù)據(jù)來構(gòu)造樣本庫；
[0005]步驟2、以變壓器的5種油中溶解特征氣體的三組氣體含量比值來構(gòu)成三維立體空間；
[0006]步驟3、根據(jù)改良三比值法得到各故障模式的特征區(qū)域，建立用B樣條曲面表達(dá)的各故障分界面方程；
[0007]步驟4、計(jì)算樣本庫中的樣本與故障分界面的位置關(guān)系判斷變壓器的故障類型，用以檢驗(yàn)故障分界面是否正確；
[0008]步驟5、對(duì)于診斷錯(cuò)誤的故障樣本，應(yīng)用B樣條曲面的反算方法重新計(jì)算曲面參數(shù)，實(shí)現(xiàn)曲面形態(tài)的調(diào)整，將誤診樣本納入到正確的故障特征區(qū)域中；
[0009]步驟6、計(jì)算待診樣本與形狀調(diào)整后的各分界曲面的位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)變壓器的故障類型的判斷。
[0010]所述步驟I中的樣本數(shù)據(jù)來源于在實(shí)際工程，包括通過油中溶解氣體分析方法獲取的五種氣體組分h2、CH4, C2H6, C2H4, C2H2的含量數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的實(shí)際故障類型，其中實(shí)際故障類型包括:低于150°c的低溫過熱、150?300°C的低溫過熱、300?700°C的中溫過熱、高于700 0C的高溫過熱、局部放電、電弧放電、電弧放電兼過熱、低能放電、低能放電兼過熱、不能識(shí)別的故障模式1、不能識(shí)別的故障模式2，共11類，分別用Fl~Fll表示。
[0011]所述步驟2中以

【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用B樣條理論改進(jìn)的變壓器三比值故障診斷方法，其特征在于，主要包括: 步驟1、收集實(shí)際工程中采集到的油中溶解氣體樣本數(shù)據(jù)來構(gòu)造樣本庫； 步驟2、以變壓器的5種油中溶解特征氣體的三組氣體含量比值來構(gòu)成三維立體空間；步驟3、根據(jù)改良三比值法得到各故障模式的特征區(qū)域，建立用B樣條曲面表達(dá)的各故障分界面方程； 步驟4、計(jì)算樣本庫中的樣本與故障分界面的位置關(guān)系判斷變壓器的故障類型，用以檢驗(yàn)故障分界面是否正確； 步驟5、對(duì)于診斷錯(cuò)誤的故障樣本，應(yīng)用B樣條曲面的反算方法重新計(jì)算曲面參數(shù)，實(shí)現(xiàn)曲面形態(tài)的調(diào)整，將誤診樣本納入到正確的故障特征區(qū)域中； 步驟6、計(jì)算待診樣本與形狀調(diào)整后的各分界曲面的位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)變壓器的故障類型的判斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I中的樣本數(shù)據(jù)來源于在實(shí)際工程，包括通過油中溶解氣體分析方法獲取的五種氣體組分H2、CH4, C2H6, C2H4, C2H2的含量數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的實(shí)際故障類型，其中實(shí)際故障類型包括:低于150°c的低溫過熱、150~300°C的低溫過熱、300~700°C的中溫過熱、高于700°C的高溫過熱、局部放電、電弧放電、電弧放電兼過熱、低能放電、低能放電兼過熱、不能識(shí)別的故障模式1、不能識(shí)別的故障模式2，共11類，分別用Fl~Fll表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中以
CU C Hv = 77^，z =組氣體含量比值為坐標(biāo)軸建維K本空間，定義比值I限為loo,X、1、Z 的取值范圍為:x e [O, 100] ,y e [O, 100]，z e [O, 100]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中根據(jù)三比值法的故障特征區(qū)域分布建立式(I)定義的6個(gè)平面為各故障間的分界面:
該故障分界面要求能夠柔性光滑調(diào)整，達(dá)到二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，故選擇雙三次B樣條曲面表示各故障分界面，B樣條曲面的表達(dá)式為:
m η S(LLV)^Yj EU ⑷ Κ./(V)，Ul ^U^Llnn\^,^V^V,n\(2)
i=0 7=0 其中，du稱為曲面的控制頂點(diǎn)，逐次用線段連接點(diǎn)列du中相鄰兩點(diǎn)組成的空間網(wǎng)格叫做曲面的控制網(wǎng)格，Ni；k(u) > NjU(v)分別是由節(jié)點(diǎn)矢量U= {u0, U1,..., um+k+1}和V ={v0, V1, *.., vn+1+1}定義的B樣條基函數(shù),次數(shù)分別為k和I, Ni；k(u)表示第i個(gè)k次B樣條基函數(shù)，Nju(V)表示第j個(gè)I次B樣條基函數(shù)，其表達(dá)式為:
其中,Nw (U)是一個(gè)階梯函數(shù),它在半開區(qū)間U e [ui； ui+1]外都為零；當(dāng)k>0時(shí),Ni，k(u)是兩個(gè)k-1次基函數(shù)的線性組合！Nlci(V)是一個(gè)階梯函數(shù),它在半開區(qū)間V e [Vj, vJ+1]外都為零；當(dāng)1>0時(shí)，Nja(V)是兩個(gè)1-1次基函數(shù)的線性組合； 其中，用B樣條曲面表達(dá)故障分界面的過程包括以下步驟: 步驟301、在初始分界平面上均勻的構(gòu)造(m+l)X(n+l)的數(shù)據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)陣Pi，j(i =O, 2，..., m ； j = O, 2，3...，η),并按照其分布情況,設(shè)一個(gè)方向?yàn)閡方向，另一個(gè)方向?yàn)関方向； 步驟302、確定節(jié)點(diǎn)矢量U和V ;任選一個(gè)j和i，分別有數(shù)據(jù)點(diǎn)列Ptu,…，Pnu和Pu，…，^，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的參數(shù)值1,卜0，1^?)和(()=0，1，一，《)，其計(jì)算公式為
然后，對(duì)所有的Uj_ = o，i，...，”)和\々_ = 0，1，...，〃0取平均值得到R(/ = 0,1，…，/〃)和孓(./ = ()二_.、,0，即
最后，計(jì)算節(jié)點(diǎn)矢量U和V，公式為
步驟303、計(jì)算曲面的控制頂點(diǎn)按照以下兩步求解: 第一步,對(duì)于j = O, I,..., η,構(gòu)造η+1條以u(píng)為參數(shù)的等參數(shù)線q」(U),其控制頂點(diǎn)為
式(7)是系數(shù)矩陣為(η+1) X (η+1)的線性方程組，求解得I ； 第二步，以V為參數(shù)構(gòu)造m+Ι條B樣條曲線rjv)插值于控制點(diǎn)《;，即
式⑶是系數(shù)矩陣為(m+l)X(m+l)的線性方程組，求解得du(i =0,l,-,m；j =O, 1，…，η)，即所求B樣條曲面的控制頂點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5中，若初始時(shí)故障Fx和Fy兩類故障間存在一個(gè)故障分界面，F(xiàn)x和Fy屬于故障Fl~F11，當(dāng)一個(gè)已被驗(yàn)證了故障的樣本P產(chǎn)生誤判時(shí)，即點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的實(shí)際故障類型為Fy，但其坐標(biāo)位于Fx故障特征區(qū)域內(nèi)；此時(shí)，柔性自適應(yīng)地調(diào)整分界面的形狀，使該故障樣本被包含到Fy對(duì)應(yīng)的特征區(qū)域內(nèi)，調(diào)整后的曲面凸起部分的最高點(diǎn)為樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)P，并且曲面具有柔性光滑的過渡，為了保證凸起部分的截面具有鐘形曲線形狀，選擇高斯函數(shù)作為凸起截面的形態(tài)函數(shù):
其中，a是曲面凸起的高度；參數(shù)c確定樣本點(diǎn)影響范圍；x是插值點(diǎn)距離曲面凸起中心的距離； 其中，曲面調(diào)整就是根據(jù)故障樣本數(shù)據(jù)，采用曲面插值反算方法重構(gòu)曲面，具體步驟包括: 步驟501、將樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)P向初始故障分界面投影，得到P'； 步驟502、計(jì)算pp，的距離d，即為曲面凸起的高度a，為保證調(diào)整后的曲面將該點(diǎn)包含進(jìn)去,取a的數(shù)值略大于d ； 步驟503、按照式(9)計(jì)算曲面數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)調(diào)整值，并據(jù)此計(jì)算出新的數(shù)據(jù)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)； 步驟504、按照公式(4)~(8)計(jì)算出新的曲面控制網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)及節(jié)點(diǎn)矢量U、V，完成曲面的重構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟6中故障模式間的分界面經(jīng)過調(diào)整后，對(duì)應(yīng)的故障特征區(qū)域變?yōu)橛汕鎳傻牟灰?guī)則形狀，通過計(jì)算樣本坐標(biāo)與各個(gè)故障分界面的位置關(guān)系來確定其所處的故障特征區(qū)域，進(jìn)而判斷變壓器故障類型，具體步驟包括: 步驟601、將樣本數(shù)據(jù)點(diǎn)P向初始故障分界面投影，得到點(diǎn)P'； 步驟602、計(jì)算p'點(diǎn)的曲面參數(shù)up,和vp,； 步驟603、根據(jù)up,、vp,以及曲面的節(jié)點(diǎn)向量U、V，通過式(4)計(jì)算曲面上點(diǎn)P"的坐標(biāo)； 步驟604、比較P和P "的位置關(guān)系，確定P與故障分界面的位置關(guān)系，再根據(jù)位置關(guān)系進(jìn)行故障診斷。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104198840SQ201410386551
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】張衛(wèi)華, 苑津莎 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）