基于Weibull分布模型的變壓器絕緣熱老化參數(shù)相關(guān)性計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Weibull分布模型的變壓器絕緣熱老化 參數(shù)相關(guān)性計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油紙絕緣是電力變壓器內(nèi)絕緣的重要組成部分，熱老化是引起油紙絕緣電氣、化 學(xué)和機(jī)械等性能退化的主要因素之一。在過去的幾十年中，國內(nèi)外學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)室加速老 化試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)制定了基于化學(xué)參數(shù)的絕緣老化評判標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)警戒閾值，并作為 電力變壓器油紙絕緣熱老化狀態(tài)評估的依據(jù)。
[0003] 絕緣紙聚合度是油紙絕緣熱老化狀態(tài)評估中最準(zhǔn)確的判據(jù)，但電力變壓器關(guān)鍵部 位的絕緣紙樣品難以取樣，影響了該判據(jù)的實(shí)際應(yīng)用。油紙絕緣在老化過程中會生成新的 化學(xué)物質(zhì)并溶解于油中。通過檢測絕緣油中某些化學(xué)物質(zhì)的變化情況，可以部分反映油紙 絕緣的老化狀態(tài)。絕緣油的理、化和電氣參數(shù)主要包括油中糠醛含量、酸值、油中溶解氣體 以及水分含量等。國內(nèi)外學(xué)者選取了絕緣油的理、化和電氣參數(shù)中的油中糠醛及碳氧化合 物含量，分析它們與絕緣紙聚合度的半對數(shù)或線性關(guān)系，并嘗試通過關(guān)聯(lián)關(guān)系推算絕緣紙 聚合度。但僅通過少量的絕緣油參數(shù)和簡單的半對數(shù)或線性關(guān)系分析，難以準(zhǔn)確推算絕緣 紙聚合度，對變壓器油紙絕緣熱老化狀態(tài)的準(zhǔn)確評估帶來一定困難。
[0004] 因此，為準(zhǔn)確評估電力變壓器油紙絕緣的熱老化狀態(tài)，迫切需要選取多種表征油 紙絕緣熱老化狀態(tài)的參數(shù)，且能保證這些參數(shù)能夠方便準(zhǔn)確地獲取。針對這一問題，需要一 種合適的計(jì)算方法，能夠根據(jù)各參數(shù)與絕緣紙聚合度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為油紙絕緣熱老化狀態(tài) 評估指標(biāo)的選取提供依據(jù)，從而建立更加全面的油紙絕緣狀態(tài)評估指標(biāo)體系，提高變壓器 絕緣評估的準(zhǔn)確率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于Weibull分布模型的變壓器絕緣熱老化參數(shù)相關(guān) 性計(jì)算方法，以解決上述問題。
[0006] 本發(fā)明提供的基于Weibull分布模型的變壓器絕緣熱老化參數(shù)相關(guān)性計(jì)算方法， 包括
[0007] a.采集數(shù)據(jù)，獲取初始數(shù)據(jù)樣本集；
[0008] b.構(gòu)建Weibull可靠度分布函數(shù)模型，并將初始數(shù)據(jù)代入所述模型，獲取各個參 數(shù)的可靠度分布函數(shù)及圖形；
[0009] c.將初始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，獲取絕緣油參數(shù)與聚合度參數(shù)的相關(guān)度計(jì)算結(jié) 果，并確定變壓器絕緣熱老化各參數(shù)指標(biāo)的綜合權(quán)重。
[0010] 進(jìn)一步，所述步驟b具體包括：
[0011] 對于油紙絕緣可靠度隨老化數(shù)值的增大而下降的參數(shù)，油紙絕緣的可靠度函數(shù) 為·· R(x) = e抑f , 5
[0012] 對于油紙絕緣可靠度隨老化數(shù)值的減小而下降的參數(shù)，油紙絕緣的可靠度函數(shù)
[0013] 其中，x為樣本數(shù)據(jù)，參數(shù)α和β采用極大似然估計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟a包括：采集油紙絕緣熱老化過程中各個時間監(jiān)測點(diǎn)的絕緣油 特征參數(shù)及絕緣紙聚合度特征參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，建立初始數(shù)據(jù)樣本集。
[0015] 進(jìn)一步，根據(jù)各個參數(shù)的可靠度分布函數(shù)及圖形，獲取初始數(shù)據(jù)樣本集中各數(shù)據(jù) 的Weibull概率圖，判斷個數(shù)據(jù)是否符合Weibull分布。
[0016] 進(jìn)一步，步驟c中所述歸一化處理具體包括：
[0017] 采用比例轉(zhuǎn)換法對油紙絕緣熱老化參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，所述比例轉(zhuǎn)換法 為：
[0018]
[0019] 其中，X' 11是Xu的歸一化值，Xu是相關(guān)分析中油紙絕緣熱老化參數(shù)數(shù)據(jù)矩陣中 的元素，x2, Mijhm為不熱老化參數(shù)數(shù)據(jù)類型的個數(shù)。
[0020] 進(jìn)一步，在歸一化處理后，等間隔均勻選取數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)基于各老化參數(shù)的油紙絕 緣Weibull可靠度函數(shù)，分別獲取所述各數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的油紙絕緣熱老化可靠度以及波形相 似系數(shù)，分析各絕緣油參數(shù)與絕緣紙聚合度的相似程度，獲取相關(guān)性計(jì)算結(jié)果。
[0021] 進(jìn)一步，所述油紙絕緣可靠度隨老化數(shù)值的增大而下降的參數(shù)包括糠醛含量、酸 值、H2含量和總烴含量；所述油紙絕緣可靠度隨老化數(shù)值的減小而下降的參數(shù)包括絕緣紙 聚合度、油擊穿電壓、〇3 2與C0比值。
[0022] 進(jìn)一步，將所述絕緣油熱老化參數(shù)中的油中H2含量、油中0)2與C0比值、油中總烴 含量、油擊穿電壓和油中糠醛含量作為油紙絕緣熱老化狀態(tài)可靠性評估的主要參數(shù)，將油 酸值作為油紙絕緣熱老化狀態(tài)可靠性評估的次要參數(shù)。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明選取多種表征油紙絕緣熱老化狀態(tài)的絕緣油的理、化 和電氣參數(shù)，通過定期分析油紙絕緣老化過程中絕緣油特征參數(shù)變化情況與絕緣紙聚合度 變化情況的相關(guān)性，能夠?yàn)橛图埥^緣熱老化狀態(tài)評估指標(biāo)的選取提供依據(jù)，建立更加全面 的油紙絕緣狀態(tài)評估指標(biāo)體系，有效提高電力變壓器絕緣老化狀態(tài)評估的準(zhǔn)確率。
【附圖說明】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：
[0025] 圖1是本發(fā)明的可靠度分布函數(shù)建立流程示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明中的參數(shù)相關(guān)性分析流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
[0028] 如圖1、2所示，本實(shí)施例中的基于Weibull分布模型的變壓器絕緣熱老化參數(shù)相 關(guān)性計(jì)算方法，包括
[0029] a.采集數(shù)據(jù)，獲取初始數(shù)據(jù)樣本集；
[0030] b.構(gòu)建Weibull可靠度分布函數(shù)模型，并將初始數(shù)據(jù)代入所述模型，獲取各個參 數(shù)的可靠度分布函數(shù)及分布曲線；
[0031] c.將初始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，獲取絕緣油參數(shù)與聚合度參數(shù)的相關(guān)度計(jì)算結(jié) 果，并確定變壓器絕緣熱老化各參數(shù)指標(biāo)的綜合權(quán)重。
[0032] 本實(shí)施例根據(jù)各參數(shù)與絕緣紙聚合度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為油紙絕緣熱老化狀態(tài)評估指 標(biāo)的選取提供依據(jù)，從而建立更加全面的油紙絕緣狀態(tài)評估指標(biāo)體系，提高變壓器絕緣評 估的準(zhǔn)確率
[0033] 在本實(shí)施中，所述步驟b具體包括：
[0034] 對于油紙絕緣可靠度隨老化數(shù)值的增大而下降的參數(shù)，油紙絕緣的可靠度函數(shù) 為：尺(x) = e ;
[0035] 對于油紙絕緣可靠度隨老化數(shù)值的減小而下降的參數(shù)，油紙絕緣的可靠度函數(shù)
[0036] 其中，X為樣本數(shù)據(jù)，參數(shù)α和β采用極大似然估計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。
[0037] 本實(shí)施例中的絕緣油理、化與電氣參數(shù)可分為兩類，一類是油紙絕緣可靠度隨老 化參數(shù)（失效數(shù)據(jù)）數(shù)值的增大而下降，如糠醛含量、酸值、Η2含量和總烴含量；另一類是 油紙絕緣可靠度隨老化參數(shù)（失效數(shù)據(jù)）數(shù)值的減小而下降，如絕緣紙聚合度、油擊穿電 壓、C02/C0比值。
[0038] 在本實(shí)施例中，所述步驟a包括：采集油紙絕緣熱老化過程中各個時間監(jiān)測點(diǎn)的 絕緣油特征參數(shù)及絕緣紙聚合度特征參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，建立初始數(shù)據(jù)樣本集。根 據(jù)各個參數(shù)的可靠度分布函數(shù)及分布曲線，獲取初始數(shù)據(jù)樣本集中各數(shù)據(jù)的Weibull概率 圖，判斷個數(shù)據(jù)是否符合Weibull分布。如圖2所示，作出樣本集X中各數(shù)據(jù)的Weibull概 率圖，在所有試驗(yàn)點(diǎn)下，Weibull概率紙上數(shù)據(jù)點(diǎn)基本分布于一條直線的上下兩側(cè)，則說明 該數(shù)據(jù)符合Weibull分布。
[0039] 在本實(shí)施例中，步驟c中所述歸一化處理具體包括：
[0040] 采用比例轉(zhuǎn)換法對油紙絕緣熱老化參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，所述比例轉(zhuǎn)換法 為：
[0041 ]
[0042] 其中，X' 11是Xu的歸一化值，Xu是相關(guān)分析中油紙絕緣熱老化參數(shù)數(shù)據(jù)矩陣中 的元素，x2，...，xmj丨，m為不熱老化參數(shù)數(shù)據(jù)類型的個數(shù)。在歸一化處 理后，等間隔均勻選取數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)基于各老化參數(shù)的油紙絕緣Weibull可靠度函數(shù)，分別 獲取所述各數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的油紙絕緣熱老化可靠度以及波形相似系數(shù)，分析各絕緣油參數(shù)與 絕緣紙聚合度的相似程度，獲取相關(guān)性計(jì)算結(jié)果。
[0043] 在本實(shí)施例中，絕緣油熱老化理、化和電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)歸一化后的取值范圍[0，1] 之間，以〇. 1的間隔均勻選取數(shù)據(jù)點(diǎn)，根據(jù)基于各老化參數(shù)的油紙絕緣Weibull可靠度函 數(shù)，分別計(jì)算這10個點(diǎn)對應(yīng)的油紙絕緣熱老化可靠度；計(jì)算基于絕緣油理、化和電氣參數(shù) 歸一化值的可靠性Weibull分布曲線與基于絕緣紙聚合度歸一化值的可靠性Weibull分布 曲線的波形相似系數(shù)NCC ;根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析各絕緣油參數(shù)與絕緣紙聚合度的相似程度， 即得到相關(guān)性計(jì)算結(jié)果。
[0044] 波形相似系數(shù)NCC的計(jì)算公式為：
[0045]
[0046] 其中，sJP s 2分別為待比較的歸一化波形1和2 ;波形相似系數(shù)NCC描述兩個波 形的相似程度，NCC的取值范圍為0到1之間，0代表兩個波形完全不相關(guān)，1則代表兩個波 形完全相同。
[0047]下面舉一個具體例子作為詳細(xì)說明：
[0048] 步驟1.采集油紙絕緣熱老化過程中各個時間監(jiān)測點(diǎn)的絕緣油特征參數(shù)及絕緣紙 聚合度特征參數(shù)數(shù)據(jù)，其中絕緣油特征參數(shù)包括油擊穿電壓、油中糠醛、油酸值、油中H2含 量、C02與C0比值、總烴含量、油中微水含量。記錄采集得到的數(shù)據(jù)并建立初始數(shù)據(jù)樣本集 X，并記錄中包含的信息有時間監(jiān)測點(diǎn)以及油紙絕緣熱老化特征參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0049] 步驟2.將初始數(shù)據(jù)代入到Weibull分布可靠度分布函數(shù)模型，依次計(jì)算得到各 個參數(shù)的可靠度分布函數(shù)及分布曲線。作出樣本集X中各數(shù)據(jù)的Weibull概率圖，在所有 試驗(yàn)點(diǎn)下，Weibull概率紙上數(shù)據(jù)點(diǎn)基本分布于一條直線的上下兩側(cè)，則說明該數(shù)據(jù)符合 Weibull分布。絕緣油理、化與電氣參數(shù)可分為兩類，一類是油紙絕緣可靠度隨老化參數(shù) (失效數(shù)據(jù)）數(shù)值的增大而下降，如糠醛含量、酸值、H2含量和總烴含量；另一類是油紙絕緣 可靠度隨老化參數(shù)（失效數(shù)據(jù)）數(shù)值的減小而下降，如絕緣紙聚合度、油擊穿電壓、C02/C0 比值。對于隨油紙絕緣可靠度下降而增大的參數(shù)，采用Weibull模型建立的油紙絕緣的可 靠度函數(shù)為汛.v) = 對于隨油紙絕緣可靠度下降而減小的參數(shù)，油紙絕緣可靠度函數(shù) 9 為；?(\)d-e·1'"1 .參數(shù)α和β采用極大似然估計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。
[0050] 步驟3.選定波形相似系數(shù)作為參數(shù)相關(guān)性分析算法，將初始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處 理后，依次計(jì)算得到絕緣油參數(shù)與聚合度參數(shù)的相關(guān)度計(jì)算結(jié)果確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重。 引入波形相似系數(shù)NCC來描述基于絕緣油理、化和電氣參數(shù)的油紙絕緣可靠性Weibull分 布曲線與基于絕緣紙聚合度的油紙絕緣可靠性Weibull分布曲線之間的相關(guān)性?？紤]到油 紙絕緣熱老化參數(shù)