一種基于相關性分析的有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)判斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于相關性分析的有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)判斷方法， 屬于電力系統(tǒng)設備監(jiān)測技術領域。
【背景技術】
[0002] 有載調壓變壓器是保證電網供電質量的有效設備，可以聯(lián)絡電網、穩(wěn)定負荷中心 電壓、調節(jié)電網潮流分布，在有載調壓變壓器中，分接開關（OLTC)又是關鍵裝置，且故障發(fā) 生率較高。在有載調壓變壓器的運行維護中，主要的工作量也集中在OLTC上。OLTC的性能 包含電氣性能和機械性能兩個方面，電氣性能主要指觸頭接觸電阻，當觸頭接觸電阻增大 時，會引起觸頭過熱，甚至燒損；OLTC的機械性能指OLTC操作過程中選擇開關和切換開關 等部件的動作順序和時間配合，以及切換過程中是否存在卡塞和觸頭切換不到位等，OLTC 的機械故障也能夠導致觸頭、過渡電阻甚至變壓器繞組燒損的嚴重故障。針對OLTC的故障 特性，如何在長期運行中及時發(fā)現(xiàn)其故障或潛在故障，保證其正常運行，是對有載調壓開關 進行有效管控的重要問題。
[0003] 目前針對OLTC的運行狀態(tài)的檢測主要通過停電測試其接觸電阻、過渡電阻、切換 時間來判斷其是否正常運行，而針對日常運行的管理則沒有有效的手段，尤其針對在線的 狀態(tài)。一種可行的方法是監(jiān)測變壓器有載調壓開關切換過程中的振動信號及驅動電機電流 信號，在OLTC處于正常運行、異常運行、故障狀態(tài)時，從監(jiān)測信息中提取的重要指標量具有 豐富的相關信息，對減少OLTC故障，保證有載調壓變壓器正常運行具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于監(jiān)測指標量相關性分析的有載調壓變 壓器分接開關運行狀態(tài)判斷方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是：一種基于相關性分析的有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài) 判斷方法，在對電力系統(tǒng)中有載調壓變壓器分接開關（OLTC)動作過程中驅動電機電流信 號和動作振動信號的在線或離線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理應用中，選取能反映OLTC運行狀態(tài)及反映 OLTC發(fā)生潛在故障或直接故障的指標量，初選量值為驅動電機電流信號的持續(xù)時間、驅動 電機電流信號穩(wěn)定功率輸出階段的幅值、OLTC振動包絡信號中彈簧儲能階段的幅值、OLTC 振動包絡信號中切換動作的持續(xù)時間、OLTC振動包絡信號中切換動作的振動幅值；以已測 的至少10次同一臺設備相同檔位間正常切換動作的歷史數(shù)據(jù)的數(shù)學期望值作為基準值， 將監(jiān)測所得指標量值除以各自對應的基準值，得到指標量不同量綱基于基準值的相對值作 為標準化后的指標量值；以每次監(jiān)測獲得的一組指標量為一個樣本，通過采集樣本與正常 樣本間的相關性分析，或兩組以上的樣本中某兩個關注樣本之間的偏相關性分析，得到相 關系數(shù)或偏相關系數(shù)作為OLTC運行狀態(tài)評價的參考指標，判斷設備運行的正常與否及劣 化程度。
[0006] 具體步驟如下：
[0007] (1)在對電力系統(tǒng)中有載調壓變壓器分接開關（OLTC)切換動作過程的監(jiān)測中，測 得電動機構中驅動電機的A相電流信號和切換動作過程中產生的振動信號并經過處理形 成各自的包絡信號。從包絡信號中提取可以明顯反映OLTC運行狀態(tài)及反映OLTC發(fā)生潛在 故障或直接故障的指標量，根據(jù)相關研宄，初選量為顯著關聯(lián)OLTC運行狀態(tài)的驅動電機電 流信號的持續(xù)時間、驅動電機電流信號穩(wěn)定功率輸出階段的幅值、OLTC振動包絡信號中彈 簧儲能階段的幅值、OLTC振動包絡信號中切換動作的持續(xù)時間、OLTC振動包絡信號中切換 動作的振動幅值，指標量個數(shù)可根據(jù)后續(xù)研宄并關聯(lián)運行狀態(tài)和故障及潛在故障增加。
[0008] (2)從同一臺有載調壓變壓器的分接開關動作監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)中選擇至少10次相 同檔位間經驗證結果為正常切換動作的指標量數(shù)據(jù)，分別求取各個指標量的數(shù)學期望值作 為對應的檔位切換相關的單個指標量的基準值，將一次監(jiān)測結果中提取的指標量值除以各 自對應的基準值，得到指標量不同量綱基于基準值的相對值作為一組標準化后的指標量值 形成的一個樣本。相應的樣本定義及計算公式如下：
【主權項】
1. 一種基于相關性分析的有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)判斷方法，其特征在于： 在對電力系統(tǒng)中有載調壓變壓器分接開關動作過程中驅動電機電流信號和動作振動信號 的在線或離線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理應用中，選取能反映 OLTC運行狀態(tài)及反映 OLTC發(fā)生潛在故障 或直接故障的指標量；以已測的至少10次同一臺OLTC相同檔位間正常切換動作的歷史數(shù) 據(jù)的數(shù)學期望值作為基準值，對監(jiān)測所得指標量值進行標準化，得到指標量不同量綱基于 基準值的相對值作為標準化后的指標量值；以每次監(jiān)測獲得的一組指標量為一個樣本，通 過采集樣本與正常樣本間的相關性分析，及兩組以上的樣本中某兩個關注樣本之間的偏相 關性分析，得到相關系數(shù)或偏相關系數(shù)作為OLTC運行狀態(tài)評價的參考指標，判斷設備運行 的正常與否及劣化程度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于相關性分析的有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)判斷 方法，其特征在于具體步驟為： (1) 在對電力系統(tǒng)中有載調壓變壓器分接開關切換動作過程的監(jiān)測中，測得電動機構 中驅動電機的A相電流信號和切換動作過程中產生的振動信號并經過處理形成各自的包 絡信號；從包絡信號中提取可以反映 OLTC運行狀態(tài)及反映 OLTC發(fā)生潛在故障或直接故障 的指標量，初選的指標量為關聯(lián)OLTC運行狀態(tài)的驅動電機電流信號的持續(xù)時間、驅動電機 電流信號穩(wěn)定功率輸出階段的幅值、OLTC振動包絡信號中彈簧儲能階段的幅值、OLTC振動 包絡信號中切換動作的持續(xù)時間、OLTC振動包絡信號中切換動作的振動幅值； (2) 從同一臺有載調壓變壓器的分接開關動作監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)中選擇至少10次相同檔 位間經驗證結果為正常切換動作的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內容為步驟（1)中定義的5個指標量，分別求 取各個指標量的數(shù)學期望值作為對應的檔位切換相關的單個指標量的基準值，將一次監(jiān)測 結果中提取的指標量值除以各自對應的基準值，得到指標量不同量綱基于基準值的相對值 作為一組標準化后的指標量值形成的一個樣本，相應的樣本定義及計算公式如下：
其中，Xn為監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)中正常運行的任意一個指標量樣本，E(Xn)是Xn的數(shù)學期望 值，？1是X u的分布概率，X ^為某次測量的一個指標量樣本，X#為指標量基于基準值標準化 后無量綱的相對值樣本，Xp .<(./ = m4,5)為依次對應步驟（1)中的監(jiān)測指標量； (3) 以步驟（2)中標準化的指標量形成樣本X，以一組正常運行的相對值標準化樣本為 Y，計算其相關系數(shù)，以新采集樣本和正常運行樣本之間的相關關系的密切程度，即相關系 數(shù)評價OLTC的運行狀態(tài)的安全與否及其安全程度；相關系數(shù)越大，即表示OLTC越接近已知 的正常運行狀態(tài)；相關系數(shù)越小，則表示OLTC運行異?；虼嬖趶椈衫匣?、觸頭磨損等相關 潛在故障或直接故障，相應的計算公式如下：
(公式中X為一標準化后的正常樣本，Y 為標準化后的待評價樣本） 其中P1為相關系數(shù)，I P J彡1，當I P1I的值越大，說明X和Y之間的相關程度越大 或稱越相似，即OLTC運行趨于正常；當I P1I的值越小，說明X和Y越不相關或稱越不相似， 即OLTC運行狀態(tài)為異?；蚬收?。 利用相關系數(shù)P i判斷相關關系的密切程度標準定義如下： 若相關系數(shù)I P i I = 〇,則相關程度為完全不相關； 若相關系數(shù)0 < I P i I < 0. 5,則相關程度為低度相關； 若相關系數(shù)0. 5 < I P i I < 0. 9,則相關程度為顯著相關； 若相關系數(shù)〇. 9 < I P i I < 1，則相關程度為高度相關； 若相關系數(shù)I P」=1，則相關程度為完全相關； (4)在對OLTC的運行管控中，需要對OLTC的相同檔位切換在一年內的運行狀態(tài)趨勢變 化進行比較分析，則選取這一時期內的同一檔位切換的多組樣本，進行偏相關性分析，即應 用最近一次的樣本和之前某一時間點的一個樣本，求取它們之間的偏相關系數(shù)作為評價這 兩個檔位之間切換動作的狀態(tài)變化趨勢的標準。相關系數(shù)越小，表示跟這一時期內其它樣 本相關的兩個樣本間的相關密切程度越低，則相關檔位切換動作的狀態(tài)變化較大；相關系 數(shù)越大，表示跟這一時期內其它樣本相關的兩個樣本間的相關密切程度越高，則相關檔位 切換動作的狀態(tài)變化較??；相應的計算公式如下：
其中S為樣本組Y1, Y2, X1, X2, Λ，樣本協(xié)方差矩陣的分塊矩陣形式，Y 1為樣本組 中的兩個關注變量，XpX2, Λ ,Xp為樣本組中除Y1, Y2的其余樣本，P 2為Y 1與YJg樣本組 中其余樣本相關聯(lián)的偏相關系數(shù)，I P2I彡1，當I P2I越小，表示1與￥2的相關密切程度 越低，則相關檔位切換動作的狀態(tài)變化較大；當I P2I越大，表示￥:與Y2的相關密切程度越 高，則相關檔位切換動作的狀態(tài)變化較小。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于相關性分析的有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)判斷方法，屬于電力系統(tǒng)設備監(jiān)測領域。在對電力系統(tǒng)中有載調壓變壓器分接開關動作過程中驅動電機電流信號和動作振動信號的在線或離線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理應用中，選取能反映有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)的指標量，對不同量綱的指標量進行基于數(shù)學期望值的標準化；以每次監(jiān)測獲得的一組指標量為一個樣本，通過采集樣本與正常樣本間的相關性分析，及兩組以上的樣本中某兩個關注樣本之間的偏相關性分析，得到相關系數(shù)及偏相關系數(shù)作為有載調壓變壓器分接開關運行狀態(tài)評價的參考指標，判斷設備運行的正常與否及劣化程度。
【IPC分類】G01M13-00, G01R31-327
【公開號】CN104749519
【申請?zhí)枴緾N201510107805
【發(fā)明人】王開明, 束洪春, 董俊, 曹立平, 蘇應敢, 何天金, 黃天義, 崔政, 劉楠, 彭玉林, 王浩兵
【申請人】云南電網公司西雙版納供電局, 昆明理工大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月12日