[发明专利]基于椭圆包络线的变压器绕组变形无监督在线监测方法

说明书

本发明公开了一种基于椭圆包络线的变压器绕组变形无监督在线监测方法，包括：(1)收集待测变压器的在线监测指标记录的历史在线监测数据；(2)将在线监测指标的数据分为前后两段序列，前段序列作为绕组正常状态下的训练数据，后段序列作为未知绕组状态的待测数据；(3)将训练数据作为训练集输入椭圆包络线算法中，进行椭圆包络线模型训练；(4)将待测数据输入训练好的椭圆包络线模型中，输出在每个待测数据点对应的时间点上绕组是否变形。本发明属于无监督故障诊断法，只需进行当前监测数据与历史监测数据的比较，适用于无标签的数据集，能对绕组变形故障进行有效监测。

技术领域

本发明涉及变压器故障诊断领域，具体涉及一种基于椭圆包络线的变压器绕组变形无监督在线监测方法。

背景技术

当电力变压器受到短路冲击后，巨大的短路电流形成冲击电动力。根据毕奥萨瓦定律，作用在变压器线圈上的电动力F与短路电流i的平方成正比：

F＝b·i²

在电动力F作用下，绕组会发生扭曲、鼓包或移位，使绕组内部结构的轴向半径R或径向尺寸H发生变化，称为绕组变形。

绕组变形是变压器最主要的安全隐患之一，据统计，导致变压器故障的原因中，有将近25％的故障是由绕组变形引起的，因此需要对发生过短路冲击的变压器设备需要及时进行诊断，对发生变形的变压器设备进行维修和更换。

频率响应法、低电压短路阻抗测试法、绕组介损电容量测试法是变压器绕组变形诊断中常用的三种方法，其依据是绕组内部结构相对距离的变化会引起阻抗、电抗和电容值等绕组参数的变化。以绕组介损电容量测试法为例，变压器设备出厂后，其各绕组的电容量C基本是一定的，若受短路冲击某侧绕组变形严重，其轴向半径R或径向尺寸H发生变化状发生变化，而电容量C与绕组元件的形状参数有关，即电容值是这对绕组相对位置的函数：

C＝f(R,H)

因此变压器变形后，电容量C也相应会发生变化。绕组介损电容量测试法就是通过介损电容量与出厂值的差异情况来判断变压器的内部变形的情况。

这类方法虽然应用广泛，但都需要停电测试，属于离线诊断方法。在某些情况下，由于系统运行的要求，设备无法停电，就难以及时诊断出故障缺陷。其次，变压器数量众多且分散分布，现场试验会导致大量的时间成本和人力物力成本。

针对离线诊断方法的不足，近年来研究者们提出了许多利用设备在线监测数据诊断绕组变形的方法，称为在线诊断方法。国内外已经开展了针对变压器绕组变形在线监测方法的研究，主要有两条实现途径。

第一条路径是将在线监测的电流电压推导出变形系数公式，如在三种离线检测方法的基础上开发的在线频率响应法、在线介损电容量法、在线短路阻抗法以及电流偏差系数法和散射参数法等。然而，上述方法依然需要人工试验，如在变压器套管上施加高频信号等操作，未能解决变压器试验工作成本高的问题。其次，该类方法仅利用了监测数据的数值信息。

第二条路径是开发新的检测技术，用不同的高技术设备对绕组内部结构进行直接观测，判断是否发生变形，但高成本限制了此类方法的实际应用和推广。

绕组变形在线诊断的另一条可行途径是通过机器学习算法分析在线监测数据实现远程智能诊断。机器学习算法主要分为有监督方法和无监督方法两大类。

有监督故障诊断方法是指对发生过变形、有变形运行数据的变压器进行绕组变形诊断，可以将待测记录分别与历史变形记录和正常记录相匹配。常见的有监督分类方法有K近邻算法、决策树、逻辑回归、多层感知器、支持向量机和随机森林等。