采用关联规则综合分析和变权重系数的电力变压器状态评估方法

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绝缘受潮
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铁心故障
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电流回路过热
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绕组故障
1 电力变压器综合状态量的构造
电力变压器的试验项目 ( 监测状态量 ) 极为繁 多，要对变压器的运行状态进行全面而准确的评 估，就需要选取最具代表性且能够灵敏反映变压器 工况的状态量来进行评分。根据实际生产运行数 据，电力变压器试验项目的单项状态量可分为高压 试验状态量和化学试验状态量两大类。当电力变压 器发生故障时，往往伴随有多个状态量的变化。根 据实际运行经验结合变压器典型故障类型，在本文 中，初步将电力变压器的综合状态量构造成如下包 含 9 个元素的集合表达式： 电力变压器综合状态{绝缘受潮、铁心故障、 电流回路过热、绕组故障、局部放电、油流放电、 电弧放电、绝缘老化、绝缘油劣化} 综合状态量和单项状态量之间的关联关系主 要参考国家电网公司发布的 《油浸式变压器(电抗器) 状态评价导则(Q/GDW 169－2008)》中对于缺陷诊 断方面的指导意见[16]。同时，由于在实际生产中往 往以常规例行试验或预防性试验数据来初步判断
文献标志码：A
采用关联规则综合分析和变权重系数的 电力变压器状态评估方法
李黎 1，张登 2，谢龙君 1，俞斌 1，林福昌 1
(1．强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)，湖北省 武汉市 430074； 2．东莞供电局，广东省 东莞市 523000)
A Condition Assessment Method of Power Transformers Based on Association Rules and Variable Weight Coefficients
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变压器的运行状态，因此本文选取常规试验中与故 障关联密切并有明确数值定义的状态量进行计算 评分，而以非常规试验中的状态量以及其他一些不 利于计算的状态量，如低电压空载和短路试验等在 规程中说明较模糊的状态量，来对本文方法的结果 进行进一步验证。同时为了防止相类似的故障在计 算时会造成混淆，需要对其中部分缺陷类型进行整 理归纳。最终得到如表 1 所示的变压器单项状态量 和综合状态量对应关系表。
表 1 电力变压器单项状态量和综合状态量比对表 Tab. 1 Mapping table of independent and Synthetic status parameters of power transformer
序号 综合状态量 单项状态量 ①绝缘油介损 ②油中含水量* ③油击穿电压 ④绝缘电阻吸收比 ⑤极化指数 ⑥体积电阻率 ⑦H2 含量* ⑧铁心绝缘电阻 ①铁心接地电流 ②铁心绝缘电阻 ③C2H6 含量* ④C2H4 含量* ①绕组直流电阻互差 ②CO 相对产气速率* ③CO2 相对产气速率* ④C2H4 含量* ①绕组短路阻抗初值差 ②绕组绝缘介损 ③绕组电容量初值差 ④H2 含量* ①局部放电量 ②油中含气量* ③H2 含量* ④CH4 含量* ⑤绕组直流电阻 ⑥油中含水量* ①中性点油流静电电流 ②绝缘油介损 ③体积电阻率 ④油中含气量* ⑤C2H2 含量* ①绕组直流电阻互差 ②局部放电量 ③H2 含量* ④C2H2 含量* ①糠醛含量* ②绝缘油介损 ③油中含气量* ④纸板聚合度* ⑤绕组绝缘介损 ⑥体积电阻率 ①绝缘油介损 ②油中含水量* ③油击穿电压 ④铁心绝缘电阻 ⑤油中含气量* ⑥体积电阻率
9 绝缘油劣化 8 绝缘老化 7 电弧放电 6 油流放电 5 局部放电
注：含“*”为化学试验单项状态量，其余为高压试验单项状态量。
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中
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第 33 卷
2 确定常权重系数的关联规则方法
状态量权重系数的确定一直都是变压器状态 评估的一个难点，目前学术领域主要提出了灰色关 联法[17]、 未确知有理数法[18]和层次分析法[19]等。 灰 色关联法可以避免专家意见不统一造成的权重分 配错误，但该方法分辨系数难以确定。未确知有理 数法可以有效减小专家主观性对权重量化结果的 影响，但其以职称、工龄、学历来确定专家权重的 强制比较法值得商榷。层次分析法是把复杂的问题 分解为各个组成因素，将这些因素按相互关联度及 隶属关系分组形成有序的递阶层次结构，形成一个 多层次的分析评判模型，通过两两比较的方式确定 层次中各因素的相对重要性，然后综合专家的判 断， 以决定各因素的权重系数； 其缺点是计算繁复， 且当评价指标数较多时，易产生模糊判断。为能够 以统计运行数据为基础，避免专家意见的主观性缺 陷，本文引入一种基于关联规则的权重确定方法。 关联规则是寻找同一个事件中出现的不同项 之间的相关性，即找出事件中频繁发生的项或属性 的所有子集，以及它们之间的相互关联性。按照关 联规则的相关概念定义[20]，事务数据库记为 D，D 是子集事务 的集合，D{1,2,,N}， N 为数据 库中子集事务的个数。某子集事务记为 i { 1 ,
0 引言
随着电网经济性与安全性的要求越来越高，对 电力变压器实行不停电的在线状态检修是设备检 修方式发展的必然趋势。要实现变压器状态检修， 基于缺陷管理的状态评估工作是其中不可或缺的 一步。通过对比历史数据可见，目前我国部分采用 电力变压器状态评估方法的省市电网变压器的检 修成本显著下降。油中溶解气体分析(dissolved gas analysis，DGA)技术能较准确、可靠地发现逐步发 展的变压器潜在缺陷[1]。我国相关规程基本上沿用 IEC 的改良三比值法，但在工程实践中存在编码不 全、编码边界过于绝对、不能诊断多故障等缺点， 因此研究者相继提出了应用智能信息处理技术的 变压器故障状态诊断算法[2]。目前提出的有小波网 络法[2]、神经网络方法[3]、模糊聚类法[4]、灰色聚类 支持向量机[6]、 粗糙集方法[7]、 证据推理法[8]、 法[5]、 贝叶斯网络分类器[9]等，它们在工程实践中也取得 了较好的效果。 单一的故障分析方法也存在着不足之处，例 如：神经网络法能够处理复杂的数据且具备自学习 能力，但其训练样本集规模过大以及输入矢量的选 取不易确定；故障树法过分依靠故障树信息的完整 性和正确性，发现潜在故障的能力较差；支持向量 机法对样本数量较多的故障诊断存在分层组合模 型复杂，容易出现误分、错分等问题；粗糙集方法 要求输入数据必须是离散量；模糊法缺乏联想和自 适应的能力；贝叶斯网络分类器具有处理不完备数
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据的能力，但在缺失关键属性时正确率较低；证据 推理理论在冗余信息处理上有着明显的优势，但很 难应用于证据信息之间存在相互矛盾的事件判别。 因此，近年来，电力系统设备故障诊断和状态分析 的智能信息处理方法已经在向综合智能技术方向 发展，即将两种或两种以上的方法融合起来，以互 相弥补彼此的缺陷
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第 33 卷 第 24 期 2013 年 8 月 25 日
中ห้องสมุดไป่ตู้
国 电 机 工 程 学 Proceedings of the CSEE 中图分类号：TM 407
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Vol.33 No.24 Aug.25, 2013 ©2013 Chin.Soc.for Elec.Eng. 学科分类号：47040
文章编号：0258-8013 (2013) 24-0152-08
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另一方面，电力设备的状态评估不仅要求智能 技术的融合，还应该考虑电力设备所有检测状态量 之间的相互联系。但多数评估方法都侧重于方法理 论的研究，而忽视了对反映变压器运行状态的各状 态量相关性的分析。而电力变压器发生故障时，往 往不仅仅只引起一个状态量的变化，因此需要对变 压器的各状态量变化情况进行综合分析来判断变 压器的运行状态。同时，由于电力变压器故障过程 的复杂性，对反映变压器潜在缺陷与其故障概率关 联关系的被测数据进行综合分析也十分重要。 鉴于以上分析，本文提出基于关联规则与变权 重系数综合分析的变压器状态评估方法。通过对单 项状态量的分类管理，将相互耦合联系的单项状态 量整合为若干综合状态量，以综合状态量作为电力 变压器整体状态评价的要素。采用关联规则的统计 计算方法计算常权重系数和变权重系数，有利于根 据概率关联事实来反映各状态量所占的权重大小。
LI Li1, ZHANG Deng2, XIE Longjun1, YU Bin1, LIN Fuchang1
(1. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology(Huazhong University of Science & Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China; 2. Dongguan Power Supply Bureau, Dongguan 523000, Guangdong Province, China) ABSTRACT: Condition assessment for power transformer requires not only integrating the known artificial intelligence technologies, but also processing the interrelation of the tested status parameters. According to the association rule of information data and the variable weight synthesizing theory of factor spaces, a condition assessment method of power transformer was proposed in this paper. Via analyzing the interrelation of the independent status parameters and transformer fault types, the set of synthetic status parameters can be built up. Association rule theory was used to calculate the constant weight coefficients of the independent status parameters. The variable weight synthesizing was used for the variable weight coefficients of the synthetic status parameters. Then, combining with the existing maintenance procedures, a preferable condition assessing system of power transformer was proposed. Operational example proved the condition assessing system may reflect the real running condition of power transformer. KEY WORDS: transformer; association rule; condition assessment; variable weight 摘要： 电力变压器的状态评估不仅要求智能技术的融合， 还 应该考虑所有检测状态量之间的相互联系。 根据信息数据关 联规则和因素空间理论的变权综合概念， 提出了一种对电力 变压器进行状态评估的方法。 通过分析变压器运行中各单项 状态量参数与故障类型的关联性， 建立综合状态量集合。 引 入关联规则方法， 计算单项状态量的常权重系数； 引入具备 均衡函数的变权综合模式，计算综合状态量的变权重系数。 由此结合既有检测规程， 建立了一个较为客观、 准确的变压 器状态评估体系。 运行实例分析表明， 该状态评估方法有利 于准确地评判电力变压器的真实运行状态。 关键词：变压器；关联规则；状态评估；变权重系数