專利名稱：一種利用可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法。屬電力主設(shè)備故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
電力變壓器屬電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，一旦發(fā)生故障，將帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。因此電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。國內(nèi)外一直把診斷電力變壓器故障與在線監(jiān)測技術(shù)作為重要的科研攻關(guān)項(xiàng)目。現(xiàn)在大多數(shù)運(yùn)用的在線監(jiān)測技術(shù)有局部放電法、介質(zhì)損耗測試法及油色譜分析法等等，其中油色譜分析法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。因?yàn)樽儔浩饔椭腥芙鈿怏w并不攜帶足夠的故障部位信息，所以近來以溶解氣體分析為主結(jié)合其它電氣試驗(yàn)結(jié)果的綜合診斷方法如概率推理、判決樹、信息融合、Petri網(wǎng)絡(luò)等引起了學(xué)者們的興趣。然而，在處理故障信息時(shí)，很多數(shù)據(jù)屬于重復(fù)無用的數(shù)據(jù)，對(duì)于故障診斷不僅無用處，反而混淆研究人員的視線。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上情況，特別是鑒于常用的三比值法診斷變壓器故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)“無編碼”情況，發(fā)明一種以物元模型為基礎(chǔ)，利用粗糙集屬性約簡簡化物元屬性，再利用可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算故障程度，定義變壓器故障取舍規(guī)則確定變壓器故障。具體的講就是以粗糙集屬性約簡方法對(duì)各種故障類型所需要的屬性條件進(jìn)行初步約簡分類，然后建立變壓器故障診斷的物元模型，以油中含有氣體測試數(shù)據(jù)作為變壓器故障診斷屬性集，以變壓器標(biāo)準(zhǔn)故障模式作為變壓器故障診斷決策集，利用可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算各種故障程度，定義故障取舍規(guī)則以確定變壓器故障。
本發(fā)明可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法是采集需診斷變壓器的定檢數(shù)據(jù)及形成的初步故障屬性集與決策集，利用粗糙集理論中的屬性約簡和知識(shí)約簡方法，將該變壓器故障信息中多數(shù)無用的、甚至?xí)?duì)故障診斷產(chǎn)生干擾的信息進(jìn)行約簡，利用約簡后的信息建立變壓器故障診斷物元模型，并通過可拓學(xué)對(duì)其進(jìn)行故障診斷，獲得該變壓器故障診斷結(jié)論，通過輸出端口輸出信息，顯示故障診斷結(jié)果。
具體故障診斷步驟如下 (1)采集需診斷變壓器的定檢數(shù)據(jù)及形成的初步故障屬性集與決策集 (2)對(duì)變壓器故障信息進(jìn)行約簡 變壓器故障信息約簡采用兩種方法 a.用兩者依賴程度的差來確定重要性 k(D)＝rB(D)-rB-B’(D) 其中B為屬性集；B’為屬性集中某子集；rB(D)為B對(duì)D的依賴性；rB-B’(D)為B-B’對(duì)D的依賴性；k(D)為重要性兩屬性子集間的重要性數(shù)值。
b.利用兩者等價(jià)關(guān)系的正域之商表示 其中posB(D)為B對(duì)D的等價(jià)關(guān)系；posB-B’(D)為B-B’對(duì)D的等價(jià)關(guān)系；n(D)為兩者的重要性。
c.假設(shè)兩者的約簡結(jié)果不相同，利用下面的結(jié)果取舍規(guī)則確定最終結(jié)果 if n1＞n2 then Y’ij(n)＝y(tǒng)’ij(n1) else if n1＜n2 then Y’ij(n)＝y(tǒng)”ij(n2) else then Y’ij(n)＝y(tǒng)”ij(n1)＝y(tǒng)’ij(n2) (3)利用約簡后的信息建立變壓器故障物元模型及現(xiàn)狀物元模型； (4)對(duì)故障物元模型及現(xiàn)狀物元模型計(jì)算可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)值； (5)確定故障診斷權(quán)系數(shù)并輸出故障診斷結(jié)果。
采用專家經(jīng)驗(yàn)與樣本故障類型概率相結(jié)合的方式，確定設(shè)備故障可能性的權(quán)系數(shù)，即利用樣本中某類故障占樣本故障類型的百分比對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)再次加權(quán)，具體方法如下 以故障Y1為例，收集變壓器故障Y1樣本m條，其中因?yàn)闂l件Xj而導(dǎo)致的故障為sj條，則初步權(quán)系數(shù)為 而根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)確定各屬性條件得重要程度為αj(j＝1，2，...ni)，其中10≥αj≥1，則最終對(duì)于故障Y1的屬性條件權(quán)系數(shù)為 利用變壓器出現(xiàn)三重以上的故障可能性相當(dāng)少的經(jīng)驗(yàn)，作為變壓器故障取舍的規(guī)則并確定變壓器的故障類型， 標(biāo)準(zhǔn)化各故障程度 設(shè)μ為排列中第一λ1’與第二λ2’的相對(duì)誤差，則 由于變壓器出現(xiàn)三重及其以上故障的機(jī)率非常小，只考慮變壓器出現(xiàn)兩重故障的情況；對(duì)各λ’做降冪排列，假設(shè)λb為最終確定的變壓器故障類型，λm為排列中的首位λ’；變壓器故障確定規(guī)則如下 ifλ’m≤0then λb＝0 else ifλm＞0&&μ＞5％thenλb＝λ’m else ifλ’m＞0&&μ＜5％then(λb＝λ’m&&λb＝λ’m-1)。
采用本發(fā)明方法對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷，不僅在診斷正確度上無影響，診斷的難度將會(huì)大大下降，診斷的速度將會(huì)有大的提高。



圖1本發(fā)明診斷變壓器故障流程圖。

具體實(shí)施例方式 一、數(shù)據(jù)收集 本發(fā)明以某220kV變電站#1主變?yōu)閷?shí)例進(jìn)行故障診斷，收集04～06年變壓器定檢數(shù)據(jù)建立初步故障屬性集與決策集如表1所示。 表1變壓器定檢數(shù)據(jù)及形成的初步故障屬性集與決策集
二、故障診斷方法具體步驟如下 (1)利用粗糙集屬性約簡與知識(shí)約簡方法，對(duì)變壓器故障類型及變壓器故障信息進(jìn)行約簡。
a.利用兩者依賴程度的差確定重要性 對(duì)于粗糙集中屬性D導(dǎo)出的分類的屬性子集

的重要性，用兩者依賴程度的差來確定重要性的方法如式(1)。
k(D)＝rB(D)-rB-B’(D)(1) 其中B為屬性集；B’為屬性集中某子集；rB(D)為B對(duì)D的依賴性；rB-B’(D)為B-B’對(duì)D的依賴性；k(D)為重要性兩屬性子集間的重要性數(shù)值。
b.利用兩者等價(jià)關(guān)系的正域之商表示 建立B與D之間的等價(jià)關(guān)系，B中省略掉B’后建立B-B’對(duì)D的等價(jià)關(guān)系，利用兩者等價(jià)關(guān)系的商度量兩者的重要性，如式(2) 其中posB(D)為B對(duì)D的等價(jià)關(guān)系；posB-B’(D)為B-B’對(duì)D的等價(jià)關(guān)系；n(D)為兩者的重要性。
c.約簡結(jié)果取舍 由于根據(jù)2.1節(jié)兩種方法進(jìn)行約簡，可能會(huì)出現(xiàn)兩種約簡結(jié)果，此處定義結(jié)果取舍規(guī)則確定最終結(jié)果。利用式(1)與(2)兩種屬性約簡方法對(duì)故障元集屬性表進(jìn)行約簡，分別計(jì)算出k1(D)與k2(D)，同時(shí)形成兩個(gè)新的故障元集屬性表y’ij(n1)與y’ij(n2)，其中n1與n2為y’ij(n1)與y’ij(n2)的約簡后屬性條件個(gè)數(shù)。由于n1與n2可能不相等，則定義如下規(guī)則以求取新的故障元集屬性表Y’ij(n) if n1＞n2then Y’ij(n)＝y(tǒng)’ij(n1) else if n1＜n2 then Y’ij(n)＝y(tǒng)”ij(n2) else then Y’ij(n)＝y(tǒng)”ij(n1)＝y(tǒng)’ij(n2) 不考慮方法1與方法2中屬性條目個(gè)數(shù)相同而屬性條目不同的情況，因?yàn)閮煞N方法都是依賴于表中屬性核進(jìn)行約簡的，也就是說兩種方法的屬性核是同一個(gè)核集，則其余屬性條目必為附屬屬性，對(duì)于該故障類型影響不大，按照以上規(guī)則選取新的故障元集已經(jīng)完全滿足變壓器故障診斷的要求。
(2)建立變壓器物元模型 設(shè)發(fā)生故障的事物為N，若N產(chǎn)生故障Ii，則記為Ii(N)，(i＝1，2，...N)，且故障特征元集 {M}＝{Mij，i＝1，2...N；j＝1，2...ki} (3) Mij＝(Cij，Vij)，(i＝1，2，...N)(4) Vij＝<aij，bij> (5) V′ij＝<a′ij，b′ij> (6) 其中Vij為Ii(N)發(fā)生時(shí)的經(jīng)典域；V’ij為Ii(N)發(fā)生時(shí)關(guān)于Cij的節(jié)域；aij與bij為Ii(N)發(fā)生時(shí)Cij的上下限a’ij與b’ij為Ii(N)發(fā)生時(shí)的拓展上下限。
描述事物N的可能產(chǎn)生故障的物元集Rij 描述事物N的現(xiàn)狀物元R (4)提取屬性集Vij與故障元集Mij形成故障元集屬性表yij(Xn)。
利用前文兩種屬性約簡方法對(duì)故障元集屬性表進(jìn)行約簡形成新的故障元集Y’ij(n)。
(5)將Y’ij(n)中的屬性條件代入Rij，形成新的可能產(chǎn)生故障的物元集R’ij。
同理可得R’ (6)計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)值 或當(dāng)ρ(vij，V′ij)-ρ(vij，Vij)＝0時(shí) 其中 ρ(vij，Vij)＝|vij-0.5(aij+bij)|-0.5(bij-aij) (13) (7)確定權(quán)系數(shù) 一般權(quán)系數(shù)的確定都采用專家經(jīng)驗(yàn)，此處為避免專家經(jīng)驗(yàn)的主觀性，采用專家經(jīng)驗(yàn)與樣本故障類型概率相結(jié)合的方法確定設(shè)備故障可能性的權(quán)系數(shù)，即利用樣本中某類故障占樣本故障類型的百分比對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)再次加權(quán)，此方式所得的權(quán)系數(shù)既避免了專家經(jīng)驗(yàn)的主觀性也避免了因?yàn)闃颖緮?shù)量不足導(dǎo)致的權(quán)系數(shù)不夠準(zhǔn)確的問題。具體方法如下 以故障Y1為例，收集變壓器故障Y1樣本m條，其中因?yàn)闂l件Xj而導(dǎo)致的故障為Sj條，則初步權(quán)系數(shù)為 而根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)確定各屬性條件得重要程度為αj(j＝1，2，...ni)，其中10≥αj≥1。則最終對(duì)于故障Y1的屬性條件權(quán)系數(shù)為 (8)計(jì)算各故障的程度 (9)確定產(chǎn)生何種故障 標(biāo)準(zhǔn)化各故障程度 設(shè)μ為排列中第一λ1’與第二λ2’的相對(duì)誤差，則 由于變壓器出現(xiàn)3重及其以上故障的機(jī)率非常小，只考慮變壓器出現(xiàn)兩重故障的情況。對(duì)各λ’做降冪排列，假設(shè)λb為最終確定的變壓器故障類型，λm為排列中的首位λ’。變壓器故障確定規(guī)則如下 ifλ’m≤0then λb＝0 else ifλ’m＞0&&μ＞5％then λb＝λ’m else ifλ’m＞0&&μ＜5％then(λb＝λ’m&&λb＝λ’m-1) 通常一般權(quán)系數(shù)的確定都采用專家經(jīng)驗(yàn)，為避免專家經(jīng)驗(yàn)的主觀性，本發(fā)明方法所得的權(quán)系數(shù)既避免了專家經(jīng)驗(yàn)的主觀性也避免了因?yàn)闃颖緮?shù)量不足導(dǎo)致的權(quán)系數(shù)不夠準(zhǔn)確的問題。
三、計(jì)算結(jié)果及分析 借用無編碼比值法中的故障類型作為本方法的決策集。將故障類型進(jìn)行詳細(xì)分類，對(duì)各種分類情況下的屬性進(jìn)行約簡，約簡后結(jié)果如表2所示。表2各類故障相關(guān)屬性表
應(yīng)用本方法診斷該220kV變電站#1主變04～06年故障情況，診斷結(jié)果如表3。表3診斷結(jié)果
本結(jié)果與IEC診斷結(jié)果比較，06年診斷結(jié)果與IEC法結(jié)果不相同。IEC診斷結(jié)果為故障模式6，即高能放電；可拓方法診斷結(jié)果為高能放電加放熱故障；06年該變壓器定檢時(shí)，通過對(duì)變壓器故障部位外觀結(jié)合測試數(shù)據(jù)分析為高能放電加放熱故障，與計(jì)算結(jié)果相符合。
本發(fā)明以某臺(tái)變壓器為實(shí)例進(jìn)行分析，其診斷結(jié)果與實(shí)際情況相符；收集76條變壓器油中含有氣體測試數(shù)據(jù)信息，利用該方法進(jìn)行故障診斷，診斷正確率與IEC三比值法相比較高。
權(quán)利要求
1、一種可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于采集需診斷變壓器的定檢數(shù)據(jù)及形成的初步故障屬性集與決策集，利用粗糙集理論中的屬性約簡和知識(shí)約簡方法，將該變壓器故障信息中多數(shù)無用的、甚至?xí)?duì)故障診斷產(chǎn)生干擾的信息進(jìn)行約簡，利用約簡后的信息建立變壓器故障診斷物元模型，并通過可拓學(xué)對(duì)其進(jìn)行故障診斷，獲得該變壓器故障診斷結(jié)論，通過輸出端口輸出信息，顯示故障診斷結(jié)果。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于故障診斷具體步驟如下
(1)采集需診斷變壓器的定檢數(shù)據(jù)及形成的初步故障屬性集與決策集
(2)對(duì)變壓器故障信息進(jìn)行約簡
變壓器故障信息約簡采用兩種方式
a.用兩者依賴程度的差來確定重要性
k(D)＝rB(D)-rB-B’(D)
其中B為屬性集；B’為屬性集中某子集；rB(D)為B對(duì)D的依賴性；rB-B’(D)為B-B’對(duì)D的依賴性；k(D)為重要性兩屬性子集間的重要性數(shù)值；
b.利用兩者等價(jià)關(guān)系的正域之商表示
其中posB(D)為B對(duì)D的等價(jià)關(guān)系；posB-B’(D)為B-B’對(duì)D的等價(jià)關(guān)系；n(D)為兩者的重要性；
c.假設(shè)兩者的約簡結(jié)果不相同，利用下面的結(jié)果取舍規(guī)則確定最終結(jié)果
if n1＞n2 then Y’ij(n)＝y(tǒng)’ij(n1)
else if n1＜n2 then Y’ij(n)＝y(tǒng)”ij(n2)
else then Y’ij(n)＝y(tǒng)”ij(n1)＝y(tǒng)’ij(n2)
(3)利用約簡后的信息建立變壓器故障物元模型及現(xiàn)狀物元模型；
(4)對(duì)故障物元模型及現(xiàn)狀物元模型計(jì)算可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)值；
(5)確定故障診斷權(quán)系數(shù)并輸出故障診斷結(jié)果。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于采用專家經(jīng)驗(yàn)與樣本故障類型概率相結(jié)合的方式，確定設(shè)備故障可能性的權(quán)系數(shù)，即利用樣本中某類故障占樣本故障類型的百分比對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)再次加權(quán)，具體方法如下
以故障Y1為例，收集變壓器故障Y1樣本m條，其中因?yàn)闂l件Xj而導(dǎo)致的故障為sj條，則初步權(quán)系數(shù)為
而根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)確定各屬性條件得重要程度為αj(j＝1，2，...ni)，其中10≥αj≥1，則最終對(duì)于故障Y1的屬性條件權(quán)系數(shù)為
4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于利用變壓器出現(xiàn)三重以上的故障可能性相當(dāng)少的經(jīng)驗(yàn)，作為變壓器故障取舍的規(guī)則并確定變壓器的故障類型，
標(biāo)準(zhǔn)化各故障程度
設(shè)μ為排列中第一λ1’與第二λ2’的相對(duì)誤差，則
由于變壓器出現(xiàn)三重及其以上故障的機(jī)率非常小，只考慮變壓器出現(xiàn)兩重故障的情況；對(duì)各λ’做降冪排列，假設(shè)λb為最終確定的變壓器故障類型，λm為排列中的首位λ’；變壓器故障確定規(guī)則如下
if λ’m≤0then λb＝0
else ifλ’m＞0&&μ＞5％thenλb＝λ’m
else ifλ’m＞0&&μ＜5％then(λb＝λ’m&&λb＝λ’m-1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用可拓學(xué)與粗糙集理論相結(jié)合的電力變壓器故障診斷方法。屬電力主設(shè)備故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以粗糙集屬性約簡方法對(duì)各種故障類型所需要的屬性條件進(jìn)行初步約簡分類，然后建立變壓器故障診斷的物元模型，以DGA測試數(shù)據(jù)作為變壓器故障診斷屬性集，以變壓器標(biāo)準(zhǔn)故障模式作為變壓器故障診斷決策集，利用可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算各種故障程度，定義故障取舍規(guī)則以確定變壓器故障。本發(fā)明以某臺(tái)變壓器為實(shí)例進(jìn)行分析，其診斷結(jié)果與實(shí)際情況相符；收集76條變壓器DGA信息，利用該方法進(jìn)行故障診斷，診斷正確率與IEC三比值法相比較高。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101251564SQ20081005826
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者束洪春, 胡澤江, 俊 董, 孫士云, 劉可真, 嵐 唐, 劉志堅(jiān), 孫向飛, 毅 楊, 勇 常, 單節(jié)杉, 劉永泰 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)