本發(fā)明屬于視頻監(jiān)控和變電站自動化技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種基于極限油溫等效的主變壓器油位實時監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

電能不僅影響著各行各業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)效率，也影響著人們正常生活的質(zhì)量水平，是當(dāng)前社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心能源。機電一體化和機械自動化改革以后,電力系統(tǒng)在電能資源調(diào)度過程中的作用更加顯著，而變壓器在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)了升降壓等關(guān)鍵作用，而滲漏油故障是變壓器裝置最為常見的問題。

我國電力變壓器多為油浸式變壓器，多年來變壓器滲漏油現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重的滲漏，不但降低了變壓器的使用壽命，影響系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，也對社會和用戶的經(jīng)濟(jì)效益造成了嚴(yán)重影響。

目前電網(wǎng)中對變電站主變壓器油位監(jiān)控主要還依賴于人工監(jiān)視，運維班定期安排運維人員對主變各部件及儀表狀態(tài)進(jìn)行檢查并記錄，人工的檢測手段并不能發(fā)現(xiàn)主變設(shè)備內(nèi)部原因造成的滲漏油故障，只能通過觀察主變各閥門連接處是否有滲漏油漬去判斷油位狀態(tài)，而且對于滲漏油故障通常發(fā)現(xiàn)不及時，造成經(jīng)濟(jì)上無法挽回的損失。

通過分析主變壓器銘牌上油溫-油位關(guān)系曲線，測定不同環(huán)境溫度下的油溫-油位關(guān)系曲線都相交于90攝氏度油溫-油位點，歸納得出90攝氏度油溫為主變壓器油溫變化極限點(這里的油溫均指主變上層油溫)，再利用直線上各點互為等效原理，將不同油溫下油位值轉(zhuǎn)化為相同油溫下的等效值，此方法稱為極限油溫等效法。

多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)采用視頻圖像組合與遙測信息關(guān)聯(lián)的模式，實現(xiàn)對電力一次設(shè)備的全方位監(jiān)控，可以實現(xiàn)對變電站各類輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控、實現(xiàn)對變電站一次設(shè)備的遠(yuǎn)程自動巡檢、與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動、視頻智能分析、安全管控及遠(yuǎn)程報警等功能，為提高變電站運行及維護(hù)的安全性和可靠性，實現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控調(diào)度，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和提高電網(wǎng)自動化管理水平奠定堅實的基礎(chǔ)。

最小二乘法(又稱最小平方法)是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。最小二乘法還用于曲線擬合，《統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法》中提到，回歸學(xué)習(xí)最常用的損失函數(shù)是平方損失函數(shù)，一大部分優(yōu)化問題也能通過最小化能量或最大化熵用最小二乘法來表達(dá)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種基于極限油溫等效的主變壓器油位的實時監(jiān)控方法。本發(fā)明通過深度分析不同環(huán)境溫度下主變壓器油溫-油位曲線之間關(guān)系，確定以油溫極限點90攝氏度為臨界點，將實際注油情況同該極限油溫點相結(jié)合，采用等效原理轉(zhuǎn)化不同油溫值下的油位，分析擬合直線斜率實現(xiàn)主變油位變化趨勢預(yù)警，增加了結(jié)果的可靠性和可用性。

本發(fā)明提出的一種基于極限油溫等效的主變壓器油位實時監(jiān)控方法，其特征在于，該方法首先獲取一臺主變壓器設(shè)備最近30天的油溫、油位實測數(shù)據(jù)并進(jìn)行線性擬合，得到實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線函數(shù)及90攝氏度油溫下的油位值；隨后利用實測數(shù)據(jù)和90攝氏度油溫下油位值，得到30天實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線，并計算30天在設(shè)定溫度下的等效油位值；以時間為自變量、等效油位值為因變量進(jìn)行線性擬合，確定時間與油位的擬合直線函數(shù)及斜率；對斜率進(jìn)行判定，得到主變壓器的油位狀態(tài)，用戶收到判定結(jié)果，完成實時監(jiān)控。該方法具體步驟如下：

1)在數(shù)據(jù)采集的當(dāng)前天，選定變電站中一臺主變壓器設(shè)備的油溫、油位儀表，利用多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中觀察此部位畫面最佳的攝像機，確定所述油溫、油位儀表與攝像機之間的映射關(guān)系，并在多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中建立圖像智能分析模型，利用多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中每日例行巡視進(jìn)行抓圖，將主變壓器的油溫、油位圖片轉(zhuǎn)換為油溫、油位實測數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)采集共選取當(dāng)前天以前最近30天的數(shù)據(jù)；

2)將步驟1)得到的實測數(shù)據(jù)通過最小二乘法線性擬合，確定實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線函數(shù)表達(dá)式；通過計算，得出實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線在90攝氏度油溫時油位值，并將該結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中；

3)從步驟1)中隨機選取某一日期的實測數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟2)中計算得到的實測數(shù)據(jù)90攝氏度油溫下油位值，得到所選取日期的實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線函數(shù)表達(dá)式；并計算出所選取日期實測油位在設(shè)定溫度下的等效油位值，并將計算得到的該等效油位值保存到數(shù)據(jù)庫中；

4)重復(fù)步驟3)，得到全部日期實測數(shù)據(jù)的油位等效擬合直線共30條，通過計算，將步驟1)中記錄的主變壓器30天的油溫-油位實測數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為步驟3)所設(shè)定溫度下的等效油位值，并將計算得到的30個等效油位值保存到數(shù)據(jù)庫中；

5)將步驟4)中計算得到的30個等效油位值按照日期先后順序進(jìn)行排列，第30天即為數(shù)據(jù)采集的當(dāng)前天；當(dāng)每天巡視時間不一致時，將時間刻度轉(zhuǎn)化為對應(yīng)比例，得到時間刻度轉(zhuǎn)化后30天內(nèi)設(shè)定溫度下的時間與等效油位值列表；將所述列表中每一行時間數(shù)據(jù)和對應(yīng)的等效油位值數(shù)據(jù)合并為一組數(shù)據(jù)，共30組數(shù)據(jù)，以時間為自變量、等效油位值為因變量的進(jìn)行最小二乘法線性擬合，確定時間與油位的擬合直線函數(shù)；

6)記步驟5)得到的時間與油位擬合直線函數(shù)的斜率為a，定義一個區(qū)間A[-0.01,0.01],判斷a的取值與區(qū)間A的歸屬關(guān)系；當(dāng)a處于區(qū)間A以內(nèi)時，則表明該主變壓器設(shè)備運行正常；當(dāng)a不處于區(qū)間A以內(nèi)時，表明該主變壓器油位變化異常；

7)用戶在多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)客戶端上查看巡視記錄，客戶端將步驟6)中的判定結(jié)果告知用戶，完成對主變壓器設(shè)備運行情況的實時監(jiān)控。

本發(fā)明提出的一種基于極限油溫等效的主變壓器油位實時監(jiān)控方法，其特點及有益效果是：

本發(fā)明方法實現(xiàn)了根據(jù)地區(qū)環(huán)境溫度的不同，動態(tài)調(diào)整油溫-油位標(biāo)準(zhǔn)曲線走勢，完成不同時間點下實測油位在同一油溫下的等效，巧妙地將時間-油溫-油位三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間-油位的二維數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使擬合后分析的結(jié)果誤差更小、更加準(zhǔn)確。

1、本發(fā)明方法，通過結(jié)合現(xiàn)場實際情況動態(tài)分析油溫-油位關(guān)系，減小了等效后油位值之間的誤差，保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2、本發(fā)明方法中提供了一種有效的主變壓器油位狀態(tài)判斷手段，提高了運維工作效率，減少了運維成本。

3、本發(fā)明方法在數(shù)字變電站提供的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，挖掘各數(shù)據(jù)之間關(guān)系，面向用戶輸出結(jié)果，符合國家提出的智能化標(biāo)準(zhǔn)。

4、本發(fā)明方法，可搭載在符合國網(wǎng)巡視標(biāo)準(zhǔn)的智能巡檢平臺上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，具有良好的兼容性和拓展性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程框圖。

圖2為本發(fā)明實施例中實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線與標(biāo)準(zhǔn)直線示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中變壓器廠家提供的主變壓器油溫與油位關(guān)系曲線圖。

圖4為本發(fā)明實施例中7月27日實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例中30天實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例中時間與油位擬合直線示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提出的一種基于極限油溫等效的主變壓器油位實時監(jiān)控方法，下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步說明如下。

本發(fā)明提出的一種基于極限油溫等效的主變壓器油位實時監(jiān)控方法，其流程框圖如圖1所示，該方法首先獲取一臺主變壓器設(shè)備最近30天的油溫、油位實測數(shù)據(jù)并進(jìn)行線性擬合，得到實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線函數(shù)及90攝氏度油溫下的油位值；隨后利用實測數(shù)據(jù)和90攝氏度油溫下油位值，得到30天實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線，并計算30天在設(shè)定溫度下的等效油位值；以時間為自變量、等效油位值為因變量進(jìn)行線性擬合，確定時間與油位的擬合直線函數(shù)及斜率；對斜率進(jìn)行判定，得到主變壓器的油位狀態(tài)，用戶收到判定結(jié)果，完成實時監(jiān)控。該方法具體步驟如下：

1)在數(shù)據(jù)采集的當(dāng)前天，選定變電站中一臺主變壓器設(shè)備的油溫、油位儀表，利用多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中觀察此部位畫面最佳的攝像機，確定所述油溫、油位儀表與攝像機之間的映射關(guān)系，并在多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中建立圖像智能分析模型，利用多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中每日例行巡視進(jìn)行抓圖，將主變壓器的油溫、油位圖片轉(zhuǎn)換為油溫、油位實測數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)采集共選取當(dāng)前天以前最近30天的數(shù)據(jù)；

2)將步驟1)得到的實測數(shù)據(jù)通過最小二乘法線性擬合，確定實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線函數(shù)表達(dá)式；通過計算，得出實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線在90攝氏度油溫時油位值，并將該結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中；

3)從步驟1)中隨機選取某一日期的實測數(shù)據(jù)，結(jié)合步驟2)中計算得到的實測數(shù)據(jù)90攝氏度油溫下油位值，得到所選取日期的實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線函數(shù)表達(dá)式；并計算出所選取日期實測油位在設(shè)定溫度下的等效油位值，并將計算得到的該等效油位值保存到數(shù)據(jù)庫中；

4)重復(fù)步驟3)，得到全部日期實測數(shù)據(jù)的油位等效擬合直線共30條，通過計算，將步驟1)中記錄的主變壓器30天的油溫-油位實測數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為步驟3)所設(shè)定溫度下的等效油位值，并將計算得到的30個等效油位值保存到數(shù)據(jù)庫中；

5)將步驟4)中計算得到的30個等效油位值按照日期先后順序進(jìn)行排列，第30天即為數(shù)據(jù)采集的當(dāng)前天；當(dāng)每天巡視時間不一致時，將時間刻度轉(zhuǎn)化為對應(yīng)比例，得到時間刻度轉(zhuǎn)化后30天內(nèi)設(shè)定溫度下的時間與等效油位值列表；將所述列表中每一行時間數(shù)據(jù)和對應(yīng)的等效油位值數(shù)據(jù)合并為一組數(shù)據(jù)，共30組數(shù)據(jù)，以時間為自變量、等效油位值為因變量的進(jìn)行最小二乘法線性擬合，確定時間與油位的擬合直線函數(shù)；

6)記步驟5)得到的時間與油位擬合直線函數(shù)的斜率為a，定義一個區(qū)間A[-0.01,0.01],判斷a的取值與區(qū)間A的歸屬關(guān)系；當(dāng)a處于區(qū)間A以內(nèi)時，則表明該主變壓器設(shè)備運行正常；當(dāng)a不處于區(qū)間A以內(nèi)時，表明該主變壓器油位變化異常；

7)用戶在多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)客戶端上查看巡視記錄，客戶端將步驟6)中的判定結(jié)果告知用戶，完成對主變壓器設(shè)備運行情況的實時監(jiān)控。

下面結(jié)合一個具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明如下：

本實施例選取國家電網(wǎng)公司重慶分公司110kV變電站#3主變壓器7-9月份油溫、油位巡視數(shù)據(jù)(共30天)。

1)選定變電站中一臺主變壓器(以下簡稱主變)設(shè)備的油溫、油位儀表，利用現(xiàn)有多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中觀察此部位畫面最佳的攝像機(多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)指目前數(shù)字變電站使用的高清數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，帶有自動巡檢功能)，確定所述油溫、油位儀表與攝像機之間的映射關(guān)系，并在多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中建立圖像智能分析模型，利用多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中每日例行巡視進(jìn)行抓圖，將主變油溫、油位圖片轉(zhuǎn)換為油溫、油位實測數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，如表1所示：

表1主變油溫、油位實時圖片轉(zhuǎn)化實測數(shù)據(jù)表

表1中，巡視日期和巡視時間分別為多維綜合遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)中每日例行巡視抓圖的日期和時間；主變油溫和本體油位分別為每日例行巡視抓圖經(jīng)過圖像智能分析模型轉(zhuǎn)換后的油溫和油位數(shù)據(jù)，單位分別用攝氏度和百分比表示。

2)將步驟1)得到的實測數(shù)據(jù)通過最小二乘法線性擬合，確定實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線函數(shù)表達(dá)式如式(1)所示：

Y＝0.7471X+30.57 (1)

式中，Y為因變量，表示油位，X為自變量，表示油溫，0.7471和30.57為常數(shù)，分別表示該直線的斜率和截距，擬合結(jié)果如圖2所示(圖2為30天實測數(shù)據(jù)在油溫-油位坐標(biāo)系中擬合的結(jié)果，包括標(biāo)準(zhǔn)直線和實際擬合直線；標(biāo)準(zhǔn)直線表達(dá)式為Y＝0.9X+9，實際擬合直線如式(1)所示；圖2將擬合直線與標(biāo)準(zhǔn)直線進(jìn)行比較，體現(xiàn)90攝氏度油溫下現(xiàn)場注油不規(guī)范在不同油溫下造成的油位值差異)。

通過計算，得出實測數(shù)據(jù)油溫-油位擬合直線在90攝氏度油溫時油位值為97.81，并將該結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中。這里取90攝氏度油溫來自主變設(shè)備銘牌上給出的油溫-油位關(guān)系曲線圖，如圖3所示(圖3為本實施例中變壓器生產(chǎn)廠家提供的主變壓器油溫與油位關(guān)系曲線圖，橫坐標(biāo)T代表主變壓器油溫，縱坐標(biāo)H代表主變壓器油位，曲線1代表地區(qū)常年最低溫度-30℃時主變壓器注油曲線；曲線2代表地區(qū)常年最低溫度-20℃時主變壓器注油曲線；曲線3代表地區(qū)常年最低溫度-10℃時主變壓器注油曲線；通過曲線可以精確估算不同油溫下油位值，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)油溫油位的變化關(guān)系，考慮到主變設(shè)備實際生產(chǎn)中注油不規(guī)范，90攝氏度油溫下的實際油位與標(biāo)準(zhǔn)油位有偏差，故本方法中取實測數(shù)據(jù)擬合直線得到的90攝氏度油溫時油位值97.81進(jìn)行計算，而沒有采用標(biāo)準(zhǔn)直線下的油位值90)。

3)從步驟1)中隨機選取某一日的實測數(shù)據(jù)，本實施例選取了7月27日13點12分的數(shù)據(jù)(視頻監(jiān)控系統(tǒng)中例行巡視頻率一般設(shè)定為一天一次，故一天只包含一組數(shù)據(jù))，結(jié)合步驟2)中計算得到的實測數(shù)據(jù)90攝氏度油溫下油位值點97.81，通過兩點確定一條直線的原理，得到7月27日實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示：

Y＝0.7615X+29.2785 (2)

式中，Y為因變量，代表7月27日實測數(shù)據(jù)油位等效直線函數(shù)，X為自變量，表示油溫，0.7615和29.2785為常數(shù)，分別表示7月27日實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線的斜率和截距；7月27日實測數(shù)據(jù)油位等效擬合直線示意圖如圖4所示。

圖4中，根據(jù)直線上各點互為等效的原理，計算出7月27日實測油位在20攝氏度油溫下等效油位值為44.51(此處取20攝氏度為地區(qū)年平均日氣溫)，并將計算得到的該等效油位值保存到數(shù)據(jù)庫中。

4)重復(fù)步驟3)，得到30天實測數(shù)據(jù)的油位等效擬合直線共30條，通過計算，將步驟1)中記錄的主變壓器30天的油溫-油位實測數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為20攝氏度下的等效油位值(實際操作時，時間取當(dāng)前天以前最近30天的數(shù)據(jù)，從而保證擬合精度，數(shù)據(jù)量少會造成擬合誤差，數(shù)據(jù)量大會造成計算復(fù)雜；本發(fā)明實施例中數(shù)據(jù)采集的當(dāng)前天為9月3日)，并將計算得到的所有等效值保存到數(shù)據(jù)庫中；30天實測數(shù)據(jù)的油位等效擬合直線示意圖如圖5所示(圖5為通過90度油溫點與各實測點所作等效直線的示意圖，圖中只體現(xiàn)了30天中斜率最大的直線Y1和斜率最小的直線Y2共兩條直線，組成上下包絡(luò)，其他直線均在Y1和Y2所包含的范圍之內(nèi))。

5)將步驟4)中計算得到的30天中20攝氏度下的等效油位值按照1-30天的先后順序進(jìn)行排列，第30天是數(shù)據(jù)采集當(dāng)前天(本實施例中為9月3日)，當(dāng)每天巡視時間不一致時，需要將時間刻度轉(zhuǎn)化為對應(yīng)比例，首先確定每天定時巡視時間，設(shè)第一天自動巡視時間為刻度0，將1天以24小時均分，當(dāng)巡視時間小于x時30分時，取x時，大于等于x時31分時，取x+1時，例如表1中7月26日巡視時間為19時19分，而自動巡視時間為13點12分，可以計算出轉(zhuǎn)化后的時間為

表2 20攝氏度油溫下的等效油位值表

表2為時間刻度轉(zhuǎn)化后30天內(nèi)20攝氏度油溫下的等效油位值表，通過上述時間刻度轉(zhuǎn)換方法將表1中巡視時間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并修改主變油溫為統(tǒng)一的20攝氏度，將主變本體油位以計算得到20攝氏度油溫下的等效油位值進(jìn)行替代。

將表2中每一行時間數(shù)據(jù)和等效油位值數(shù)據(jù)合并為一組數(shù)據(jù)，共30組數(shù)據(jù)，以時間為自變量T、等效油位值為因變量H的進(jìn)行最小二乘法線性擬合，確定時間與油位的擬合直線函數(shù)，如式(3)所示:

H＝0.008162T+45.39 (3)

式中，H為因變量，表示等效油位值，T為自變量，表示時間，0.008162和45.39為常數(shù)，分別表示時間與油位擬合直線的斜率和截距；時間與油位擬合擬合直線的示意圖如圖6所示(圖6為表2中的數(shù)據(jù)采用最小二乘法線性擬合后的結(jié)果，圖6中的各數(shù)據(jù)點即為將表2中每一行時間數(shù)據(jù)和等效油位值數(shù)據(jù)合并成一組數(shù)據(jù)后所代表的數(shù)據(jù)點，共30組；圖6顯示了各組數(shù)據(jù)點與擬合直線分布情況，正常情況下各組數(shù)據(jù)點應(yīng)對稱分布在擬合直線兩側(cè))。