本發(fā)明涉及火電廠設(shè)備狀態(tài)評(píng)估，具體涉及一種結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，電力能源已成為各行各業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)物質(zhì)支撐。火力發(fā)電作為目前全球最主要的發(fā)電方式，在電力生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，確保火力發(fā)電廠電能的可靠、持續(xù)外送尤為重要。電力變壓器作為實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠電能外送的關(guān)鍵樞紐設(shè)備，其運(yùn)行可靠性不僅直接影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)質(zhì)量，還對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的供電可靠性產(chǎn)生重要影響。然而，隨著使用年限的不斷延長，投運(yùn)的火力發(fā)電廠的電力變壓器長時(shí)間直接暴露在外界，在長期承受內(nèi)部電、熱、機(jī)械應(yīng)力沖擊以及外部高溫、降雨等復(fù)雜天氣耦合作用后，會(huì)逐漸步入老化階段。這會(huì)導(dǎo)致電力變壓器故障引發(fā)的發(fā)電機(jī)組跳閘停運(yùn)事故頻率顯著增加，嚴(yán)重威脅電能的可靠、持續(xù)外送能力，甚至?xí)斐梢欢ǖ陌踩L(fēng)險(xiǎn)。在此背景下，針對(duì)電力變壓器的時(shí)變可靠性水平評(píng)估則尤為重要。

2、但是，現(xiàn)有的針對(duì)電力變壓器的時(shí)變可靠性水平評(píng)估方案大多表現(xiàn)不佳(精準(zhǔn)度不高，實(shí)用性欠缺)，具體原因在于——(1)電力變壓器多源數(shù)據(jù)處理方面：由于地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)因素等客觀條件的限制，目前電力變壓器監(jiān)測(cè)裝置大多采用低成本的配電載波和工業(yè)布線等傳輸方式，上述通信信道在經(jīng)歷過電壓、大電流沖擊等強(qiáng)磁干擾時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)在收集、輸送和儲(chǔ)存的過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失，限制了多源數(shù)據(jù)的質(zhì)量及其后續(xù)應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)有方法通常側(cè)重于直接使用原始數(shù)據(jù)開展可靠性建模評(píng)估，未能充分考慮現(xiàn)場(chǎng)中數(shù)據(jù)缺失這一客觀存在的問題，難以有效提升建模的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。(2)電力變壓器內(nèi)部故障概率建模方面：現(xiàn)有方法通常僅基于電力變壓器當(dāng)前的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定其當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行內(nèi)部老化故障概率評(píng)估，沒有充分利用電力變壓器過去的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。(3)電力變壓器外部隨機(jī)故障概率建模方面：目前方法主要基于天氣狀態(tài)分級(jí)(如三狀態(tài))分別給出電力變壓器在不同天氣條件(如小雨、中雨等)下的隨機(jī)故障概率。然而，這些方法通常僅考慮單一天氣條件的影響，忽略了降水量、環(huán)境溫度、空氣濕度、風(fēng)速等多種天氣因素的耦合作用。(4)此外，目前方法尚未提供完整的模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)，因而難以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電廠電力變壓器的時(shí)變可靠性遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，能夠有效評(píng)估電力變壓器的時(shí)變可靠性，精準(zhǔn)度較高，實(shí)用性較強(qiáng)。

2、本發(fā)明提供的基礎(chǔ)方案為：結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，包括以下步驟：

3、步驟1，收集電力變壓器歷史的油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)及氣象平臺(tái)記錄的天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集；

4、步驟2，當(dāng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中存在缺失數(shù)據(jù)時(shí)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分類與改進(jìn)k近鄰算法的通用化數(shù)據(jù)還原方法，填補(bǔ)油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的缺失數(shù)據(jù)；

5、步驟3，基于油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合維納退化過程和遞歸濾波算法，構(gòu)建電力變壓器的歷史退化軌跡的退化方程，即si＝si-1+μi-1(ti-ti-1)+σεi；其中，si表示根據(jù)油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估出的電力變壓器在ti時(shí)刻的退化觀測(cè)量估計(jì)值；μ為漂移系數(shù)；σ為擴(kuò)散系數(shù)且σ>0，εi服從均值為0、方差為ti-ti-1的正態(tài)分布；

6、基于退化方程，計(jì)算電力變壓器在ti時(shí)刻的剩余壽命估計(jì)值的概率密度分布函數(shù)，并從中得到電力變壓器在ti時(shí)刻的時(shí)變老化指數(shù)hai；基于時(shí)變老化指數(shù)hai，計(jì)算電力變壓器在ti時(shí)刻的內(nèi)部老化失效概率；

7、步驟4，構(gòu)建邏輯回歸模型；基于天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和電力變壓器的歷史故障臺(tái)賬數(shù)據(jù)，采用主成分分析法改進(jìn)邏輯回歸模型，分析天氣因素對(duì)邏輯回歸模型的耦合作用，并確定邏輯回歸模型的參數(shù)值；基于邏輯回歸模型的參數(shù)值，建立電力變壓器所在氣象區(qū)域的外部隨機(jī)故障概率評(píng)估模型；所述外部隨機(jī)故障概率評(píng)估模型用于計(jì)算電力變壓器的外部隨機(jī)故障概率；

8、步驟5，結(jié)合步驟3輸出的內(nèi)部老化故障概率和步驟4輸出的外部隨機(jī)故障概率，計(jì)算得到結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的電力變壓器時(shí)變可靠性。

9、本發(fā)明的工作原理及優(yōu)點(diǎn)在于：

10、首先，收集電力變壓器的油色譜信息和天氣數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，并通過結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分類與改進(jìn)的k近鄰算法的通用數(shù)據(jù)還原方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗；其次，基于油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用維納退化過程、遞歸濾波算法等，構(gòu)建電力變壓器內(nèi)部老化故障概率的評(píng)估方法；同時(shí)，基于多種天氣數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)的邏輯回歸模型，構(gòu)建電力變壓器外部隨機(jī)故障概率的評(píng)估方法。最后，在本方法的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)模塊集成，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)本方法的在線應(yīng)用，基于實(shí)時(shí)油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)，能夠在線評(píng)估電力變壓器的時(shí)變可靠性水平，并支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

11、本發(fā)明結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，能夠有效評(píng)估電力變壓器的時(shí)變可靠性，精準(zhǔn)度較高，實(shí)用性較強(qiáng)。重點(diǎn)在于：

12、第一，評(píng)估具有合理性，評(píng)估結(jié)果具有較高的可參考價(jià)值。本方案中采用的電力變壓器數(shù)據(jù)均可來源于現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，能夠從根源上確保評(píng)估結(jié)果的合理性，同時(shí)顯著提升其在實(shí)際工程應(yīng)用中的可行性。此外，隨著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的持續(xù)增加，本方法能夠不斷更新相關(guān)模型，從而提高電力變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

13、第二，評(píng)估精準(zhǔn)度較高。本方案結(jié)合多源數(shù)據(jù)，綜合考慮了電力變壓器內(nèi)部性能退化及外部隨機(jī)天氣因素的影響，并針對(duì)性進(jìn)行概率計(jì)算。再結(jié)合兩項(xiàng)概率，計(jì)算得到結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的電力變壓器時(shí)變可靠性，能夠合理有效地評(píng)估火力發(fā)電廠電力變壓器的時(shí)變可靠性水平，對(duì)于保障火力發(fā)電廠的可靠運(yùn)行具有重要意義，還可為現(xiàn)場(chǎng)制定電力變壓器的巡檢周期和檢修策略提供更加科學(xué)的決策依據(jù)。

14、特別的是，本方案充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)中數(shù)據(jù)缺失這一客觀存在的問題，并設(shè)計(jì)了結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分類與改進(jìn)k近鄰算法的通用化數(shù)據(jù)還原方法對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行填補(bǔ)，能夠精準(zhǔn)還原數(shù)據(jù)，有助于提高后續(xù)評(píng)估精準(zhǔn)度。并且，本方案選擇基于電力變壓器的整體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行挖掘分析，能夠完整分析電力變壓器所涉及的整個(gè)性能退化過程，進(jìn)而能夠充分考量個(gè)體電力變壓器性能退化過程的不一致性，獲取的評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確率更高。

技術(shù)特征：

1.結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述傳感器數(shù)據(jù)包括基于溫度傳感器采集的每日環(huán)境溫度，以及，基于濕度傳感器采集的空氣相對(duì)濕度數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，在步驟2中，所述通用化數(shù)據(jù)還原方法包括：先基于經(jīng)驗(yàn)分類標(biāo)準(zhǔn)，將油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類為不同的歷史樣本集；當(dāng)?shù)赼天的油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，通過改進(jìn)k近鄰算法，從歷史樣本集中選取出與第a天的數(shù)據(jù)相似度最高的鄰居樣本，并根據(jù)鄰居樣本的加權(quán)值，還原缺失數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，對(duì)應(yīng)油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分類標(biāo)準(zhǔn)包括：類別1，正常；類別2，局部放電；類別3，內(nèi)部過熱；類別4，繞組循環(huán)電流；類別5，電閃絡(luò)；類別6，持續(xù)火花。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，對(duì)應(yīng)天氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分類標(biāo)準(zhǔn)包括：類別1，雷雨；類別2，強(qiáng)風(fēng)；類別3，暴雨；類別4，冰雪；類別5，高溫；類別6，陰天。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，在步驟3中，還采用隨機(jī)游走策略對(duì)每個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的漂移系數(shù)μ進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，所述時(shí)變老化指數(shù)hai參照下式計(jì)算：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，在步驟3中，基于兩參數(shù)威布爾分布模型計(jì)算電力變壓器在ti時(shí)刻的內(nèi)部老化失效概率：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，在步驟4中，通過最大化似然函數(shù)確定邏輯回歸模型的參數(shù)值。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，其特征在于，在步驟1中還包括：在火電廠的數(shù)據(jù)站中，構(gòu)建總體歷史數(shù)據(jù)庫；所述總體歷史數(shù)據(jù)庫用于分類存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及火電廠設(shè)備狀態(tài)評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的變壓器時(shí)變可靠性評(píng)估方法，包括以下步驟：步驟1，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集；步驟2，當(dāng)存在缺失數(shù)據(jù)時(shí)，結(jié)合通用化數(shù)據(jù)還原方法，填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)；步驟3，構(gòu)建電力變壓器的歷史退化軌跡的退化方程；基于退化方程，計(jì)算時(shí)變老化指數(shù)HA<subgt;i</subgt;；再計(jì)算電力變壓器在t<subgt;i</subgt;時(shí)刻的內(nèi)部老化失效概率；步驟4，構(gòu)建并改進(jìn)邏輯回歸模型；并確定邏輯回歸模型的參數(shù)值；再建立電力變壓器所在氣象區(qū)域的外部隨機(jī)故障概率評(píng)估模型；步驟5，計(jì)算得到結(jié)合退化過程與實(shí)時(shí)狀態(tài)的電力變壓器時(shí)變可靠性。本發(fā)明能夠有效評(píng)估電力變壓器的時(shí)變可靠性，精準(zhǔn)度較高，實(shí)用性較強(qiáng)。

技術(shù)研發(fā)人員：黃威,劉勇先,左濤,周云,燕寧江,陳亮,蔣章明,張啟浬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國家電投集團(tuán)重慶合川發(fā)電有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28