以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變壓器套管壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以介質(zhì)參數(shù)為評估參量 的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器套管作為變壓器的主要支撐絕緣部件，需要承受各種類型的絕緣沖擊；而 且對于大容量、超特高壓水平的套管，套管尺寸相應(yīng)增加，絕緣應(yīng)力增加，安全問題更為嚴(yán) 重；套管出廠時結(jié)構(gòu)完整、材料可靠，但是套管在運行一段時間之后往往存在老化問題而導(dǎo) 致絕緣能力下降；運行經(jīng)驗表明，套管在長期運行中絕緣破壞往往存在累計效應(yīng)，即很多套 管的絕緣失敗不是由于瞬間的過電壓直接導(dǎo)致，而是由于系統(tǒng)和環(huán)境等問題而造成持續(xù)的 局部放電或材料老化，從而最終使套管發(fā)生故障。
[0003] 對于電氣設(shè)備以及高壓套管的壽命預(yù)測領(lǐng)域已經(jīng)有一部分成果；由于套管結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，對于套管的壽命預(yù)測問題是一個需要同時考慮機械性能、電氣性能以及熱性能的多變 量過程；以往的預(yù)測模型往往為了考慮全部的影響因素而把所有的變量全部作為樣本進行 采集，然后使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練、預(yù)測，但是，過多的輸入變量往往導(dǎo)致網(wǎng)路權(quán)值計算的 誤差，反而達不到精確預(yù)測的目的，而且計算量也過于龐大，難以在實際工程中應(yīng)用。
[0004] 套管中不管是因為環(huán)境因素還是因為機械應(yīng)力、電應(yīng)力或者熱應(yīng)力導(dǎo)致的絕緣問 題，最終都會以材料性能變化以及局部放電的形式表現(xiàn)出來；而變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)中 對于這些參數(shù)也進行了實時或者定時測量采集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余 壽命預(yù)測方法，以達到提高套管壽命預(yù)測的精確性、快速性和實時性的目的。
[0006] 一種以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、采集已經(jīng)退出電網(wǎng)運行的多個套管的參數(shù)，該參數(shù)包括每個月的局部放電 次數(shù)、每個月的介質(zhì)損耗正切值、總運行年限；對參數(shù)進行初步處理得到局部放電總次數(shù)、 局部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化率 和剩余壽命；
[0008] 步驟2、對采集的所有套管的剩余壽命進行聚類，獲得套管每個聚類中心的剩余 壽命，進而獲得每個聚類中心所對應(yīng)的局部放電總次數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年 平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化率，構(gòu)成套管壽命預(yù)測的特征數(shù)據(jù)向 量；
[0009] 步驟3、將套管壽命預(yù)測的特征數(shù)據(jù)向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，其中，局部放電 總次數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月 變化率作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，套管剩余壽命作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練； [0010] 步驟4、將電網(wǎng)中的目標(biāo)套管參數(shù)作為訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，獲得電網(wǎng)中的 目標(biāo)套管的剩余壽命；
[0011] 步驟5、工作人員根據(jù)所獲目標(biāo)套管的剩余壽命，進行更換或維修。
[0012] 步驟2所述的聚類，采用k-Means聚類算法。
[0013] 本發(fā)明優(yōu)點：
[0014] 本發(fā)明提出一種以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法，采用局 部放電總次數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年 平均月變化率這4個參量作為壽命預(yù)測模型的輸入量，同時使用聚類算法對初始數(shù)據(jù)進行 聚類，增加了模型精度，進而使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行壽命預(yù)測；使用可以體現(xiàn)套管由于各種 原因造成的絕緣狀態(tài)變化的特征參量做為網(wǎng)絡(luò)輸入，使得預(yù)測模型更加具有針對性；預(yù)測 模型有效減小了計算量，簡化了模型結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一種實施例的以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測 方法流程圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明一種實施例的對采集的所有套管的剩余壽命進行聚類方法流程圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明一種實施例的數(shù)據(jù)聚類示意圖，其中，圖（a)為迭代第1次數(shù)據(jù)聚類 示意圖，圖（b)為迭代第2次數(shù)據(jù)聚類示意圖，圖（c)為迭代完成數(shù)據(jù)聚類示意圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明一種實施例的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種實施例做進一步說明。
[0020] 本發(fā)明實施例中，以東北電網(wǎng)中220kV等級變電站為例進行說明，這些變電站中 設(shè)備運行環(huán)境條件類似，所處電網(wǎng)電能質(zhì)量類似，利于預(yù)測模型的正確建立。
[0021] 本發(fā)明實施例中，以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法，方法 流程圖如圖1所示，包括以下步驟：
[0022] 步驟1、采集220kV變電站十年中更換下來的變壓器套管參數(shù)，該參數(shù)包括：①每 個月的局部放電次數(shù)、②每個月的介質(zhì)損耗正切值、③總運行年限；對這些原始參數(shù)進行簡 單處理得到預(yù)測模型所需的樣本數(shù)據(jù)；
[0023] 所述簡單處理方法及數(shù)據(jù)有：
[0024] 通過對數(shù)據(jù)①求和得到歷史局部放電總次數(shù)Np。；
[0025] 通過對數(shù)據(jù)②計算相鄰數(shù)據(jù)的變化率得到局部放電次數(shù)月增長率，進而對每一年 中的12個數(shù)據(jù)計算算術(shù)平均值，得到局部放電次數(shù)年平均月增長率％。％ ;
[0026] 通過對數(shù)據(jù)③計算每年中的12個數(shù)據(jù)平均值得到年平均介質(zhì)損耗正切值tan δ ;
[0027] 通過對數(shù)據(jù)③計算相鄰數(shù)據(jù)的變化率得到介質(zhì)損耗正切值月增長率，進而對每一 年中的12個數(shù)據(jù)計算算術(shù)平均值，得到介質(zhì)損耗正切值年平均月增長率tan δ % ;
[0028] 剩余壽命，單位為年。
[0029] 本發(fā)明實施例中，用于采集數(shù)據(jù)的套管為50個，每個套管的運行年限為心， t2, . . . t5(l，則共得數(shù)據(jù)向量數(shù)量為n = I^t2+. . . +t5(l共850個。
[0030] 本發(fā)明實施例中，采集電網(wǎng)運行已由于各種原因退出運行的套管的局部放電和介 質(zhì)損耗數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)集，所述的原因例如：雷擊等過電壓導(dǎo)致的絕緣破壞，設(shè)備過熱導(dǎo) 致的熱擊穿，大風(fēng)等強應(yīng)力載荷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，設(shè)備定期更換等；所述數(shù)據(jù)從套管在線監(jiān) 測系統(tǒng)中的局部放電監(jiān)測儀及末屏傳感器中獲得，數(shù)據(jù)采集間隔為一個月。
[0031] 步驟2、對采集的所有套管的剩余壽命進行聚類，獲得套管每個聚類中心的剩余 壽命，進而獲得每個聚類中心所對應(yīng)的局部放電總次數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年 平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化率，構(gòu)成套管壽命預(yù)測的特征數(shù)據(jù)向 量；
[0032] 本發(fā)明實施例中，采用k-Means聚類算法對套管的剩余壽命進行聚類，對采集的 套管的剩余壽命向量X = (Xp X2，. .. Xj，. .. Xn)中的數(shù)據(jù)點進行分類，并計算每個聚類中心 (C1, c2, . . . Ci, . . . ck);其中，X1, x2,. . . X」，...Xn表示第1個剩余壽命數(shù)據(jù)，第2個剩余壽命 數(shù)據(jù)，......第j個剩余壽命數(shù)據(jù)，......第η個剩余壽命數(shù)據(jù)；η為采集的剩余壽命數(shù)據(jù) 個數(shù)；Cl，c2, ... Ci，... Ck表示第1個聚類中心剩余壽命數(shù)據(jù)，第2個聚類中心剩余壽命數(shù) 據(jù)，......第j個聚類中心剩余壽命數(shù)據(jù)，......第k個聚類中心剩余壽命數(shù)據(jù)；k為聚類 個數(shù)。流程圖如圖2所示，具體步驟如下：
[0033] 步驟2-1、確定聚類個數(shù)
[0034] 本發(fā)明實施例中，k取總數(shù)據(jù)個數(shù)η的1/4附近的整數(shù)，即k = 213 ;
[0035] 步驟2-2、在采集的套管的剩余壽命數(shù)據(jù)點中隨機選取k個數(shù)據(jù)點Ci，i = 1···Λ， 并將選取的數(shù)據(jù)點作為各聚類的初始中心；
[0036] 步驟2-3、確定各剩余壽命數(shù)據(jù)點所屬聚類，獲得剩余壽命數(shù)據(jù)點的權(quán)重矩陣，具 體如下：
[0037] 剩余壽命數(shù)據(jù)點目對于聚類中心c i的權(quán)重w #，計算公式如下：
[0038]
【主權(quán)項】
1. 一種以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括以 下步驟： 步驟1、采集已經(jīng)退出電網(wǎng)運行的多個套管的參數(shù)，該參數(shù)包括每個月的局部放電次 數(shù)、每個月的介質(zhì)損耗正切值、總運行年限；對參數(shù)進行初步處理得到局部放電總次數(shù)、局 部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化率和 剩余壽命； 步驟2、對采集的所有套管的剩余壽命進行聚類，獲得套管每個聚類中心的剩余壽命， 進而獲得每個聚類中心所對應(yīng)的局部放電總次數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均 介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化率，構(gòu)成套管壽命預(yù)測的特征數(shù)據(jù)向量； 步驟3、將套管壽命預(yù)測的特征數(shù)據(jù)向量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本，其中，局部放電總次 數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化 率作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，套管剩余壽命作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練； 步驟4、將電網(wǎng)中的目標(biāo)套管參數(shù)作為訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，獲得電網(wǎng)中的目標(biāo) 套管的剩余壽命； 步驟5、工作人員根據(jù)所獲目標(biāo)套管的剩余壽命，進行更換或維修。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法，其 特征在于，步驟2所述的聚類，采用k-Means聚類算法。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種以介質(zhì)參數(shù)為評估參量的變壓器套管剩余壽命預(yù)測方法，屬于變壓器套管壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明采用局部放電總次數(shù)、局部放電次數(shù)年平均月增長率、年平均介質(zhì)損耗正切值、介質(zhì)損耗正切值年平均月變化率這4個參量作為壽命預(yù)測模型的輸入量，同時使用聚類算法對初始數(shù)據(jù)進行聚類，增加了模型精度，進而使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行壽命預(yù)測；使用可以體現(xiàn)套管由于各種原因造成的絕緣狀態(tài)變化的特征參量做為網(wǎng)絡(luò)輸入，使得預(yù)測模型更加具有針對性；預(yù)測模型有效減小了計算量，簡化了模型結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G06N3-02, G06F19-00, G06N3-08
【公開號】CN104732107
【申請?zhí)枴緾N201510166485
【發(fā)明人】溫苗, 林莘, 曹辰, 冀田, 仲思蒙, 沈文
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月9日