大型电力变压器以油中溶解气体为特征量的内部故障诊断模型研究

摘要

变压器作为电力系统的枢纽设备,其运行可靠性与电力系统的安全与稳定紧密相关.为解决在应用油中溶解气体分析方法（Dissolved Gases Analysis,简称DGA）诊断变压器内部绝缘故障时所遇到的主要技术难题,论文提出了用于提高变压器故障诊断准确性和可靠性的数学模型及实现方法,主要研究工作如下：1）提出了一种改进的变压器绝缘故障诊断模糊综合评判方法;进一步提出了将模糊综合诊断与规则推理相结合进行绝缘故障诊断的方法,该方法采用模糊推理对故障原因进行“过滤”,滤掉可能性极小的原因,然后进一步利用规则推理验证剩下的可能原因,得出最终结论,大大减少了误判比率,获得了较好的效果.2）根据以变压器DGA数据为特征量的样本空间的c-划分几何特性出发,提出了一种求取样本有效邻域半径和聚类数及聚类中心初值的方法,在此基础上,首次提出了一种自适应加权的变压器绝缘故障诊断的模糊c-均值聚类模型,并设计出故障分类器.3）针对常用灰色关联度的不足,提出了一新的灰色关联度计算公式及确定关联序的准则;并在此基础上,通过深入分析变压器发生绝缘故障时的原因与油中溶解特征气体含量的关系,建立了一种新的故障诊断灰色关联模型.4）首次将灰色聚类理论引入到变压器绝缘故障诊断中,在对灰类的白化权函数进行详细研究的基础上,提出了一种基于DGA变压器故障的白化权函数确定原则和方法.5）将灰色预测理论引入到变压器绝缘故障诊断中,证明了采用GM（1,1）模型预测变压器油中溶解气体含量是可行的.6）分析了几种变压器故障诊断模型的有效性,并通过大量的实例分析表明,应用该文提出的各种模型所获得的诊断准确率高于常规比值诊断法诊断结果;并进一步通过实例分析得出了各模型所适合诊断的故障类型.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1研究电力变压器内部故障诊断的意义

1.2电气设备故障诊断的原理及技术

1.3变压器DGA绝缘故障诊断技术研究现状及发展趋势

1.3.1变压器DGA方法的研究

1.3.2模糊理论、神经网络与专家系统理论在变压器 故障诊断中的应用

1.3.3基于灰色系统理论的诊断

1.3.4基于互联网的诊断系统及虚拟现实技术

1.4本文主要研究内容

1.5小结

2 以油中溶解气体为特征量诊断内部故障的 比值诊断法及其分析

2.1前言

2.2变压器油中气体的产生和溶解及正常运行时的含量

2.2.1气体的产生

2.2.2气体在油中的溶解

2.2.3正常运行时变压器油中气体含量

2.3变压器内部故障类型与油中气体含量的关系

2.4对油中溶解气体分析的比值诊断法的分析

2.4.1比值诊断法

2.4.2对比值法的分析

2.5小结

3以油中溶解气体为特征量的模糊综合诊断模型研究

3.1前言

3.2模糊综合评判的数学原理

3.2.1模糊变换

3.2.2基于模糊综合评判的故障诊断技术的数学原理

3.3基于模糊综合评判的变压器故障诊断方法

3.3.1权向量c的获取及处理

3.3.2编码—模糊关系矩阵R的求取

3.3.3广义模糊合成算子“o”的选取

3.4基于模糊诊断推理和模糊规则推理的内部故障确定方法

3.5诊断实例及分析

3.6小结

4一种以油中溶解气体为特征量的模糊聚类诊断新模型

4.1前言

4.2 PAWFCM算法及其改进

4.2.1加权矩阵W的计算方法

4.2.2初始参数的优化处理

4.3变压器绝缘故障的PAWFCM诊断模型

4.3.1样本数据的规格化

4.3.2样本分类

4.3.3属性模式分类器的设计——故障诊断

4.3.4 PAWFCM法故障诊断的计算步骤

4.4实验结果及分析

4.4.1样本聚类的实验

4.4.2故障诊断的验证

4.5 PAWFCM聚类法的几点讨论

4.6小结

5一种以油中溶解气体为特征量的灰关联诊断新模型

5.1前言

5.2灰色关联度分析的基本思想

5.2.1关联度系数与关联度的计算

5.2.2灰色系统关联度之分辨系统ρ的取值原则

5.2.3关联序与优势分析

5.3变压器绝缘故障的灰色关联分析的诊断模型

5.3.1选择特征参数，组成状态模式向量

5.3.2构造标准故障模式向量，建立诊断用的标准谱

5.3.3计算关联度r(x0,xi)

5.3.4变压器故障诊断的灰关联分析方法的计算步骤

5.4诊断实例及分析

5.5小结

6一种以油中溶解气体为特征量的灰色聚类诊断新模型

6.1前言

6.2灰色聚类理论的基本思想

6.3电力变压器绝缘故障诊断的灰色聚类模型及方法

6.3.1确定待检状态特征参数聚类白化数

6.3.2确定灰类白化函数

6.3.3求标定聚类权

6.3.4求聚类系数、构造聚类向量和故障诊断

6.4诊断实例及分析

6.5小结

7一种变压器绝缘故障预测诊断新模型

7.1前言

7.2灰色预测的原理及特点

7.2.1灰色预测的分类

7.2.2灰色建模方法

7.2.3预报模式及特点

7.2.4精度检验

7.3电力变压器绝缘故障诊断的预测灰色聚类模型

7.3.1采用GM(1，1)模型对变压器绝缘故障预测的 可行性分析

7.3.2传统GM(1，1)的缺陷及改进

7.3.3故障预报的灰色聚 类分析模型

7.4实例分析

7.5小结

8变压器绝缘故障诊断模型的比较分析

8.1前言

8.2几种故障诊断模型

8.3模型比较评价

8.3.1变压器故障诊断模型有效性比较

8.3.2故障诊断模型的评价

8.4小结

结论

致谢

参考文献

附录A攻博期间发表的学术论文

附录B 50组变压器油中溶解气体色谱数据