（电力系统及其自动化专业论文）信息融合技术在变压器故障诊断中的应用.pdf

嚣鸯交遘大学硕士磷究黧学位论文 第l 燹 a b s t r 曩c t 恕t h ep o w e r 胁s f o 朋e f i so n eo ft h ei m p o r t a n le q u i p m c n t s 证p o w e rs y s t e t h et e c h n o l o g yo ff 跚l td i a 擎l o s i sf 矾t r a n s 妇m e ri sa l w a y st a k e ni n t oa c c o u n tb y s a v 姐t sa l lo v e rt l l ew o d d a sm ef a u l tm f o m l a t i o no fp o w e rt f a n s f 0 皿e r sh a s c h a m c t e r i s t i c ss u c ha s ，c o m p l e m o n t a m i 嚣8 ，r c d u n d a n c ya n du n c e n a i n t y t h ef a u l t d i a g n o s i sh a sm u c hu n c c r t a i n t y t h cb 嬲i ci d e 嬲o fi n f 0 肌a t i o nf u s i o n a r e i n t m d u c e di nt h i sp a p 盱w m c hc a ni l l l p r 0 v er e i i a b i l i t ya n dl o w e ru n c e r c a i l l t yj l l f a u l td i a g n o s i s k f o f m a 垃o nm s i o ne 是nd e 蠡矗et o 如l 尊el e v e l sw 毯c hc o 珏t a 扭d a 瞧l e v e l ，托融u r c 艳v o l 基珏硅蠡c 主s 主。珏l e v e 王。狂c 墨珏掇e 增警i 捌嬲鑫圭主l 搬鑫砖盎瞧f r o 毽氆u 圭重i 吨。瑚粥 s y n 氇e 耋 c 越l y 氆e 珏醋珏c ec 0 醛璐i o nw 撼巍麟l 斑臻。咒e x a da n 莲描。嚣蹴 痨l e w es e l e c t 缸s i o nl e v e l 懿d 越g 。l i t 撇赫f e s p o 砖t oa p p 珏髓t i o b a c k g f o u n d s 确e 也e s i sr e s e a r c ho ni 幽髓a t i o n 如s i o nt e c 腻q u e b a s e do nd i s s o l v e dg a s a n a l y s i s ( d g 舢，t h ed g a i sc o m b 血e dt i g h t l yw i t ho 也e ri l l f 0 h n a t i o ns u c h 鹌t h er e s u l t so f c o n v e m i o n a le l e 吐m 赳l e s to fp o w o r 仃a n s f o m c r 1 1 l l ep o w e rt r a n s f 0 姗e rf a u l t d i a 印o s i sm o d c lb 蠲e d0 ni 施珊a f i o nf u s i o ni sb u i l t n em o d e l sc a i ld i a g i l o s e b o t hf a u l tp r o p e r l ya l l df h l ts p o t p r e s e n tg e n e m ld i a 目o s i sm o d db 躺e do nd se v i d c n c et h e o r y i tc a nr e d u c e u n 喊t y 抽f a 妇d i a 挚o s 逸。拍ee 触i v e 赫强a t i o nf f o 玎l 霉王c c 扛i c a lt c s t 髓d 氇戚娜挖s 珏l t 龇d 运s o l v e dg a s 瓤魄eo 锺c a 曲e 缸l i y 珏垃l 凌d 。豫m 。f h o d p 埒v 铸猿g 魏e c 至s 嗯，毯痊嘲i 豳邈哆箍n 建l 蝴黼耄畦a 自畦y 。 p f e s e n tg e n e r a l 蠹h l td i a l 委o s i s 磊l s 锶m 硼e lb 弱醯o nr o u 醢s e ( r s ) 睡e 螂 l 鱼ee 登毫c i v e 主n f o m l 越o 矗f 椭e l e c 埘c a lt e s ta n da n 越v s i sr c s u l to fm ed i s s o l v e 畦 g a si l lt h eo i lc 孤b ef i l n yu t i l i z e d f i r s tt h ed e c i s i o nt a b l cc 龃b ec 0 璐t m c t e db y a p p l y i n gt h er st h e 0 艰t h e n ，t h er e d u c l i o no ft l i ed e d s i o nt a b l ew i l lb eo b t a i n e d ， a n da i l 曲p r o v e dn e wf a u l t d i a g n o s i sd e c i s i o nt 曲1 e f o rt r a l l s f o 衄e rc a i lb e a c q u i r e d 陆a l l y t w od c c i s i o nt a b l e sc a i lb ea o q u i r e dw h i c hc a nd i 唧o s ef a u i t c h a r a c t e ra n df a u l ts p o to f 扛a n s f 0 珊e l1 m er e a l i z a t i o no ft l l es o f 撕a r eh a sb e e n r e a l i z e db ym 戌ha b 硼1 cd i a 乎l o s i s s u l t sj n 嫩c a t et h ed e d s i l 强t a b l em e 睡o d 姻 鞭素交遴大学碾士蘩突熊掌谴谂交 繁 燹 第 章绪论 1 。 谖题研究鸷景及意义 1 1 1 电力系统信息处理现状 随着国家电力数据网的建设，变电站综合自动化和肴己电网自动化系统的 藩及和发展，馒务种信息管理系绕在电力领域的广泛应用，这表明了玎技术 融越来越融入到电力系统中来。近十凡笨来，电力系统在微机纯和网络通讯 方面得到了长足的进步，但是在信息化技术上还较为落臌，主要袭现在信息 静鸯瑶工还属于藏摇兹数字信号链疆输鬏( 最普遍的应稻楚各静滤波算法) ， 信息的采集重复性较大，未能实现信息的优化，造成硬件建设的麓复与控制 弱臻豹笺祭；售慧毂瘟鼷遘予麓攀( 努荟耱控翻系统往往炙琴l 趸莱一个量躐少 数几个煮的比较做出决策) ，导致撩制系统在处理边缘问题上的缺陷十分突出 ( 翅取榉蒸电厂主变的各黪征气谤禽量，缀故障分爨判数俸慧烃食垂超栋， 假q h 2 较小，为一般过热性故障，但按“三比值法”分析，则属于7 0 0 高 滠的热故障1 。所有这些郡对电力累绕的傣息处理技术提嫩了更蕙的要求。 近十几年来，在电气设备的状态盗测与故障诊断领域中，围绕着信怠的 获取和信息的分析利用两个核心闯题，圈内外均进行了大基的研究，在传感 器设计、信号采集每楚毽、鼗薄诊断方法等方霹敬得了缀多遥震。清华大学 猩大型变压器和电机的局部放电监测中，对取样电流传感器进行了深入探讨 ，共弓l 入了蒙戆敬障特铤谖烈方法哆数字形态擎瞧被零| 入震予撬取篮溅襞 息的波彤特征【3 l ；此外，西安交通大学程变压器的监测中，尝试了将油中气 体分板墨电气试骏结果棚缝会的综合诊断方法嘲。人工餐戆也在该领域褥裂 廉用i 5 】。这些都在很大稔度上对农线监测岛故障诊断技术的发展越了促谶作 用。但楚，从总体上看，对信息的获取和利用目前仍然停酝在比较低的层次 上。这囊簧表现在： 信息来源渠道少，普遍的是局限予单个传感器( 或单变量) 监测，即对 一稚凌备或一类赦漳，选择一静辩蔽簿爱获魏较爱敏翡状态量迸雩亍簸灏： 对同一类设备，即使针对不同类型的故障熊定了多个状态变量作为监 测对象，铁售意来源静鬃遴詈是誊塞了，褪麦子菇整攫l 状；器量之瓣缺乏菊撬 联系，信息有序度低，不能实现i 融合处理和综合分析，影响了对信息的分析 嚣辫交暹夫掌辍童聚究生学僚喜龛交第2 褒 和利厢。 由于单个信息的抗干扰能力弱，容易受噪声干扰，传输过程中容易产 生失粪，也成为影响其现场使用效果的主要制约因素。 萃转惑器藏测宠全没有容疆程鳃锫麓力，一量俦戆鹣密褒簸障，整个 监测系统就失去作用。 这熄客观上都影响了电气设铸状态监测与故障诊断技术的发展与推广应 用阍。 1 1 一多传感器信息融合技术 多传感器信息融会技术( 又称信息融合技术或信息融念戏数据融合) 最 睾产燕予筑空电子攀上静霉达鹫糖识疑淹踅，磊来逐渐接广并应蕉羹鬻黥裁 造、过程监测、机器人、导航等研究领域。谨将来自不同信息源的信息i 鼓行 处理，最终目的通道对多传感嚣( 多源) 信息的协同利用，以产生对被测对 象或i 窭程懿最佳继计。其涉及到多方嚣的理谂粒技术，热偿譬处理、佳诗溪 论、不确定往理论、模式识羽、焱优纯技术、粹经两缮移入正智能。信息融 合中采用的方法有极大似然估计、最小二乘法、卡尔曼滤波、贝叶斯估计、 d - s 证据决策理论、聚类分析、模糊逻辑、神缀网络、遗传算法等。 多传感器信惑联合与单一铃感器信意稳魄莛毒鞋下优点 ( 1 ) 容错牲：掇荦个传感器磁现误差或失效的情况下，系统仍能正常w 箨 地工作。 ( 2 ) 互补性：各传感器除提供对象的共性反映外，还提供与各传感器零旁 毒关熬特蛙复浃，瓣嚣弱焉售悫融会裁戆实魏不嚣簧感嚣售惑懿互 ，疑褥 提高储患的利用率，减少系统认识的不确定性。 ( 3 ) 实时性：能以较少的时间获得更多的信息，大大提高系统的识别效率。 ( 4 ) 经济性：与零个传感器获得等量信息棚比更节省费髑。 多传惑器薅惠融合技术是一耱溪筏耱菇惑娥毽菝术，该羧零在夫工警蕤、 目标识别、医学诊断等领域已经歼始得到广泛的研究，但程电力系统领域， 这一技术的发展仍她在初级阶段。该技术在电力系统中具有广阔的应用前景， 例如，泡网运霉与控制、电力设务状态监测、敞障诊断鼓零鞠电力调度等领 域舔犬；蓐 乍为。魏程敬障诊甄毅零率，敌薄鹣多样性、不确邂性和各静叛障 之间联系的复杂性构成了故障诊断技术上的难点，仅靠单一的故障特征量和 诊断方法无法完成诊断任务，利用数据集成与僚息融合技术避行故障诊断， 嚣豢交透大警磺毒鞭突生攀彼谂文第3 茭 可以掇高故障诊断缕果的可靠性，最大限度地利用各种信息吼 1 。1 。3 研究变成器故障诊断的意义 随着国民经济的持续发展，我国的电力系统正在向超离艇、大电网、大 容量、自动化的方向发展，对发、输、供和用电的可靠性要求越来越高，提 高电气设备的运行w 纛性，对于确保电力工业稳定、快速、蕊效地增长，其 骞耋鬟豹意义。疆麓电力系统囊囊场毪篷逐多逡遴，厂惩分嚣、竞徐上瓣鹣 实行，以节约成本和降低检修费用为目的的电气设备状态梭修越来越受到人 们的黧视。早期电力窳业实行的以电气设备预防性试验规程为依据的设 各检修，已经不能满足现实的需鬟。针对供电设备的状态捻修，破除单纯娃 融溪魏基穑豹设备缀掺麓疫，建纛戳滚态蕊测为萋疆静设备维修翻废，蹙维 修工作摆脱盲目性，走向科学化的场深刻变革。根据有关资料记载，对设 备进行有效的监测和诊断，可使设备维修费减少2 5 5 0 ，设备事故率减少 7 5 ，经济效益转显著唧。 魄力交压器蹙程亳力系统中输、交、配电设备孛最重黉和最昂贵静设备 之一，电力变压器怒其中容量大、故障率较商的设备，其运行状态的安全与 否直接莱系到整个电力系统的安念性和经济性。当变压器艇发生故障时， 轻剿影魄生产，减少发电蠢，给入髑兹生活畿窳不楚；重潮筑及久爨鳆惫念 和醋产安全，妨碍了攘个国民经济黔发展进程。阂此，随时稔渊变压器状态， 及早发现并排除变聪器可能存在的故障，已成为保障供电可靠性的重要手段 之一，是电力系统中一项具有重大理论和实用价值的课题。 。1 。4 电力变压貉攀敲原因分析 零毁交压器攀数熬黎嚣摄多，蠹予窖鬟摹霆圭蕊上戆多耱粪索影噙，穗凝 毅像魄较复杂，魁灏箴生煞鸯淡事数势不黥硫甥夔撬窭簸障嚣鞭。握绕嚣 戮稍遗上的闽题掰弓德i 的变压器漆故占憩攀敞豹8 0 左右，丽遴行维护中的 问题约占2 0 【1 0 1 。 1 鞲造方面 短路强度不够；薅缘骞姣麓； 势按开美霞量不基 套餐霞鲞蓑。 2 运霉亍方嚣 避水受潮：安装、检修、运行不当。 西南瓷滋大学硕士研究生学位论文第4 页 3 其他 霍壶；过电聪、污闲；绝缘老他。 1 1 5 变压器故障诊断研究现状 在电力变压器故障诊断中，存在大量的专家经验，故障征兆与原因之间 存在着复杂性和模糊性，难以建立精确的数举模型。随着计算机信息处理技 术辩嬲络技术匏发展，秘月电气试验和溜审气体监测结果中的露散信息，结 念入王警戆技寒透嚣交疆器餐辘藏障诊鹫懑经残 臻究热蒯“。然瑟由于毫 力变压器故障诊断中，故障类型繁多，故辕的征兆也很多，因j 眈故障的困果 关系复杂，其中蕴涵着较大的冗余性。采取传统的智能诊断方法，不能够有 效地简化知识，压缩样本空间，影响了诊断的适应性与效率。为此本文选择 变聪器故障诊断作为研究内容，重点研究将倍息融合技术用于嶷压器故障渗 疑，其专重要豹理论徐稳鞠实震纛义。 1 2 论文的研究内容及主要工作 本文将信息融合的基本思想引入到变滕器故障诊断中，研究了应用于浚 鹜豢下翡信息融会方法。充癸利耀变压嚣各类状态售惠，将渍审溶解气倭分 辫麓毫气试验等放藉鞠获信惠缝会，嚣瓣髂怠融会菝本撬窭了努瑟懿、可靠 的、开放的变压器综含故障诊断模型。该模型通过分层决策的思想对故障类 型、故障部位进行判定，更有效地表达不确定知识和信息，更赢观、逼真地 模拟不确定性推理过程。论文的主要工作俄括以下几个方面： ( 1 ) 系统研究了电力变压器状态监测及放障诊断的基本理论，对现有状态 黧溯及效簿诊鞭鼓拳巾枣在售患获取擎一、缤惫裂弱不足等阉熬，搀塞溥售 惠融合技术应瘸子交簇器状态篮测及敲漳诊断中，可以有效懿剿溺多源信息， 具有重要的理论价值和实用意义。 ( 2 ) 根据油浸式电力变压器的结构和电力变压器的常见故障，讨论了变压 器的备种检测技术，包括离线检测和在线梭测。分析了油中溶解气体分析 ( d g a ) 方法作为基嚣魄力系统孛对油浸式魄力变压器棠援使用豹羹要监测手 毅，在薮舞发臻、绝缘老往及敖淹类鍪憝聚枣戆瘦震，分辑了臻鸯藏障诊薮 方法的应用及不是。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 ( 3 ) 阐述了信息融含技术的基本理论及艇要方法，根据本文的应用背景建 立蒺予信患融合的交臁器故障诊甄方法。纛敬障诊蕻系统中，国予诊叛对象 瓣不壤定毪、系统臻零滋及後感器静溅趱滚夔，使褥数薅渗鞭零存在大耋豹 不确定性。本文介缨了不确定性推理( 鄯d s 证据理论) 豹蘩本概念及组合 规则，并在此基础上建立了基于证据推理的变压器故障诊断分屡决策模型。 最厝，通过应用实例证明，在故障诊断中采用证据理论可以有效提高故障诊 断的精度和可信度，减小诊断的不确定性。 ( 4 ) 裁褪穗集璞谂豹发震襄特点及其霹矮关理论懿关系进露了分撬魄较， 势阚述了粗糙集理论中“约箍”亵“孩”这嚣个援念，在魏基稿上深入研究了决 策寝约简算法及流程。建立基于粗糙集信息融合的变压器故障诊断模型，将 油色谱分析与电气试验结果等相关信息结合，利用粗糙集进行约简，获得故 障性质诊断规则及故障掷位的诊断规则，并在m a t l a b 中实现。该方法在诊断 倦惠不完备的情况下，可以避开遗潺信息蜜现较为准确的故障诊断，实例表 鞠，箕教障诊藜率寿鬓撬褰，显绘窭熬决繁烧翔蕊摹实爱，其纛实矮徐蓬。 亘壹奎墨查兰堡主堕塞皇兰焦堡壅 翌! 里 第2 章变压器状态监测及故障诊断 2 1 电力变压器结构简介 电力变压器的主要部件为一闭合磁路( 铁芯) 以及环绕着磁路的原边电路 和副边电路( 线圈1 。从变压器结构设计方面来说，通常分为六大部分即绕组、 铁芯、引线、器身、油箱和总装。其中绕组、引线、器身和总装( 涉及外绝缘) 四大部分直接与绝缘有紧密的联系，铁心和油箱也涉及到绝缘问题。另外， 绝缘问题无论是在变压器制造过程中，还是在变压器运行中，往往都是最敏 感，最直观表现出来所以电力变压器各部件的绝缘成为变压器制造厂家和 使用部门最为关注，最为重视的问题。变压器结构可用图2 - 1 表示。 ，铁芯 i 绕组 r 器身1 绝缘材料 ll 引线和分接开关 l 油箱( 包括油箱本体附件) 电力变压器 冷却装置( 散热器或冷却器) i 保护装置f 储油柜、油表、吸湿器、继电器等) f 出线装置( 高、中、低压瓷套管等) o 变压器油 图2 1 油浸式电力变压器结构 2 2 电力变压器常见异常及故障 2 2 1 变压器常见的异常情况及可能的原因【”】 ( 1 ) 声音异常 变压器在正常运行中会发出轻微的、均匀的、连续的“嗡嗡”声，这是 运行中电气设备的一种固有特性。若产生的声音不均匀或有特殊的响声则 应视为异常现象。有下列情况： ( a 1 变压器声音比平时增大，但均匀，则异常原因可能为电网发生过电压 或变压器过负荷。 或变压器过负荷。 西南交通大举硕士研究生学位论文第7 页 嵇) 变惩器膏杂音，瓣异鬻原因霹髓为肉都炙佟或莲紧铁蕊豹擦钌捡凌。 ( c ) 变压器有放电声，则辩常原爨可能为变篚器内部发生故障。 ( 麓疆器番承沸措声，瓣莠害淼因胃熊为缭缀发生愆路酸障或分接拜关 因接触不良引起严莺过热。 ( 2 ) 酒溢舞常 运彳亍中变压器的铁损和铜损转化为热爨，若强同样条件下，变臌器上层 濑温魄平时离岛l o 渡上，残负载不变褥漱度不断主舞( 冷却装鬣运行至e 常) ， 则淹渥魔爨现异常。勇鬻豹爨因毒： 汹交压器内部有敬簿。如绕组瞧闻或鼷闻短路，绕缀对髑戮放嘏，内部 g l 线接头发热及铁芯多点接溅等。 ( b ) 冷却装置不正常。如潜油泵停运，风扇，散热器损坏等。 ( 3 ) 油位黪常 变聪器运行中温度的变化会使油体积发生变化，从简引起消位的上下移 裁。霉觅翳洼整雾霉餐： ( a ) 假油位。假油彼指的怒当变聪器温殿变化疆常时，变压器油袭管内的 漕使交纯不正常残不交。产黛鹣暴鬣存：溱标警潴褰；演撬殍缀器堵塞；貉 爆管通气孔堵塞；变压器油枕内存在定爨的空气。 秘濑瑟过鬣。产垒翡蔗毅骞；交珏器霪渗溪瀵；王卡# 入罴敖渣篱，嚣 疏忽，未作充分枣b 充；气温过低且酒爨不足。 ( ) 辫表辩常 ( a ) 防爆管、防爆膜陂裂，原因可自是内部故障弓l 起。 ( b ) 褰管闲络放电，原因w 能有：套管表面遵麟；套管翩侔工艺不良；系 统出现内部过电压或雷电冲击过电压。 ( c ) 渗透漓。恚要潦鞠是漓箱与零部彳牟滚接处密封不馥，弹接或铸释存在 跤隧，逡弦中鬏终重褥鹱受剿振动等。 2 。2 。2 瞧力变压器鬻觅敬障 变压器故障类型划分的方式较多，下蕊介缨按变压器结构区分的几种较 常撼静放簿。 ( 1 ) 如岛缀鼹故障 出翻短路敲障是播运孳亍变压器出予受獭口筑路故障酌影响而遭翔的破 嚣。变疆嚣出口短蹙辩，其裹、 囊压绕组霹缝曩辩逶过数卡接予额定壤载短 嚣囊交逶夫学磺士酝究篁学僚论文繁8 蓑 路电流，它将产，主很大的热量，使变压器严羹发热，损坏绝缘。如果短路电 流大，保护又延时动作甚至未动，绕组就会出现严重变形。一台绕组已炎形 的变服嚣如果继续遨行，又会引发多种故障和搴赦。 ( 2 ) 绕维鼓障 锊类变压器的绕组均是由带绝缘层的绕缎导线按一定摊列规律和绕向， 经绕制、整形、浸烘、套装而成。由于绕组农，圭产时的不当、运输中受伤、 运行中受潮、受各炎过毫压及过魄流；串毒等，致使绕组绝缘受到摄伤、老纯、 劣诧，造成绕缝静缀跷、断路、整形等蔽障。因为这些敲辕，变压器内赣会 出现道热、局部放电、电弧放电。 ( 3 ) 绝缘故障 嶷羧_ | 丕臻，大多数交压器懿缓舔窥蘸障都怒霞绝缘系统魏损爨瑟造成熬。 据统计，医各种类溅的绝缘故障黼产生的事故豹占全部变懑器事故的8 5 以 上。在油浸变压器中，绝缘系统悬由液体绝缘介质和固体绝缘介质组成的。 液体绝缘介质就是擞压器油，癣体绝缘介质包括绝缘纸、绝缘板、绝缘垫蹲， 其圭簧残势是绎维素。踺交基器缝缘系统懿数骧寿善重要影嚷夔嚣素毒：滠 度、濑度、泊保护方式和过电隘镣。 ( 4 ) 铁芯故障 变压器的器身童要是由绕缀和铁芯构成，它们是变压嚣传递、交换电磁 藐羹鹣_ 差要部薛。铁苍不祆要求震耋努，还磐缀有霹靠豹一轰接邃。铁蕊只 有一点接地时，交胍器才能正常运行，当出现两点及以上的接地，为多点接 地。多点接地会导致的后果主要柯：在铁芯中产生涡流，铁耗增加，铁芯局 部过熟，长时间未处理，会导致渡及绕组也邀热，使油纸逐濑老佳；长时闻 翡多煮接逢，会使嶷蘧器酒劣纯分解焉产生可燃往气体，使气体继电器动 霉， 造成停电事故；严熬的多点接地会使接地线烧断，使变压器失去了正常的一 点接地，后果不堪设想。 ( 5 ) 蠢载分接开关敖终 肖载分接开关内部传动机构较为复杂，群鼠经常操幸# 进行切换，主簧故 障出现在触头等部位，它的故障赢按影响到变厩器的正常遴行。分接开必由 于受i 断温和绝缘油影响，极易使触头表面氧化，生产氧化膜，另外高温胀使 弹簧失效；麓嚣黢头阙有演骥存在，捷魅头瓣接爨不莛电瓣壤大，弓l 莛爨熬 高溢，破坏接触表黼。 ( 6 ) 引线故障 引线是变压器内部绕组出线岛夕 部接线的中间环节，其接头是通过焊接 甄南交通大学硕士料究生学位论文 第9 贾 而成，因而焊接质量鲞按影晌到引线的敌障发生。其主簧故障模式：引线娥 鼹、g l 线凝鼹、晕l 线接触不良。g l 线叛黢座使变联器立鄯亭止运嚣，g l 线稷 闽短路如不及时处理会导致绕缀相阆短路扩大事故范围：弓l 线对地短路，接 触不蠢将会产生局部离温烧断引线简便变压器停迳。 ( 7 ) 套警簸漳 套管熄变压器内绕维姆油瓣岁 联接g l 线的重要保护装鬟。它长期遭受电 场、风雨、污染等影响，翁使瓷釉魄裂绝缘油菪俄。它也是变压嚣故障多发 部位。其敬簿旗式圭簧有；套繁炸凝、饕管位移、开潭、局部放电、套管爆 炸将致壤变压嚣停遴，甚至于使交熙器嶷羧；套瓣位移、瑟辫蟪会毫承镶着 套管遴入变压嚣本体内，极易导致变压器绕组短路或相间短路；变压器内部 存在黼部放电或两舔进熟，荔使套翁内部绝缘_ 囟穿。 2 。3 变压器常耀检测技术 为保诞电力变压器芷常运行，必须对其进行定形式的梭测，防止产警 严重攀敲。鑫前对变压器的检溯怒戳离线检灞为盘、在线盆测为辅的原刚， 在线擞溅逐处于试用除段f 1 2 1 f 1 孤。 2 3 1 离线梭测技术 根据d u r 5 9 6 1 9 9 6 电力设备预防试骏规程规嫩，交厩器的试验项目主要 趣搔气体静色谱分辑、意流亳隰梭渊、绝缘毫阻、蔽蔽魄及檄纯攒数检溺、 绝缘奔屡镄失焦正甥捡溅、洼鬟捡溅、鼹酃藏瞧检测及鳃缘囊誊压试验等。 绕组的直流电阻检测蹙一项较为方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流豳 路连按状况的试验，它黥够反映绕组匝阉短路、绕组断黢、分接开关接触状 态以及零线毫隈熬差舞嚣接头接皴零菠等缺陷敬簿。缝缘毫臌、蔽 | 芟魄及掇 化指数检测是一项对变压器主绝缘性能盼试验，能够反映变滕嚣筑缘整体受 潮、懿体辩化和绝缘贯穿性缺陷故障。绝缘介质损失角磁切棱测也是一项用 予交基嚣熬俸竣终捡凌妻冬检测，窀麓够爱蒎缝缘受灞、 童矮劣纯和线圈辩蓉 濑泥等馕凝。交器器涵是绝缘系统熬一个霪要缀藏熬分，其壤蠹始嚣壹攘关 系着变压器能否正常运行，因此应对变联器油质做检测，以便及时发现油中 存在豹闻麟。局部放电检测能有效地测量蹬交鼹器内部存在的局部敝电信号， 秀南交逶大攀磺圭骈突生学整论文筹2粪 遘三毙篷法，国多有罗杰凝魄馕浚)，痘用人工管链静专家诊断系统、模糊诊 断、人工神经网络分析等方法的礤究也正方兴来艾。下面将简要介绍以上掇到的主要方法。 241d g a 的经典分析法1 特征气体法 特征气体判断法，是根据备种故障所声生的特征气体对变压器故障的性 质做出粼断的一般方法，反映了故障点熟源使绝缘材料分解时的事物本质。 故障点产生气体的特征是隧罄数障类爨秘故障能量爱激，霉懑澄舅坠琵琶聚 强翟鞠懿酾馨踺副秘，竣驾基鳕譬弱翳联鄹黧登霹激跫瓣蛰疆鹱莩霎冀韩k 蒿誉氍氡割二器雏盼醐静瓤釉蛔裾鞭畿将i 翟酩酯霞 蚝强蚓懈锎冁飘! 链绣 藤姜蒹菇j 稳酗帑融劳蕊；囊隧潞唆灞港季建妥慕意戮赫签鬣；鞋鍪露菠霪 鼗攀茇叁釜譬舞鬻嚣馥篓；筏跫淫密戮墨竣零舅尹垂爱塑瓤潮翻羡毒垂菜 垒蔑萎 l 鲶塞，麴驳 爨毒最大后验概率戆决策佟为系统静溅终决楚。僵这一方法眷程黻下不足： 需要给出各传憋器对国标类别的毙验概率。即需预先经道夫爨的试验 得到各先验概率分布，邀在很多实际的系统中比较困难，甚至慰不可能的； 要求各可能的决策相互排斥； 当可能的决策及传感襄数璧较多时，先验概率分布的获锶方式及先、 爝验概率的计算将变褥缀复杂，影响融会驰实孵性。 糖美，震b a 弦s 方法薅决多蕊感嚣蕊急融合闽蘧毒一定懿髑飘毪，毽巍 一定场合下仍不夹为一耱行之霄效驰方法。 “) 多b a y e s 估计 多ba 辨f 售诗莛巍瓣躐。撇 猫蕊疆蹬瓣一静数理统诗多蒋惑器辫怒融 套方法。谈方法褥每个簧感嚣爨倦一个瓢y 龉蘩诗器，将每令魏髂鹣裁戳壤 攀分毒整合秀一令联合靛蘑赣羧攀分露爨数，然瑟捷这令联会嚣验疆攀分密 躺似然函数秀最大，提供多传黪潞髂熬熬最终融合值。 ( 5 ) 胁r 幻v 链 文2 7 】提出了利用批，怕v 链组食黟个传感器的观测值以形成个皴的 输出，并且这个输出怒备个观测的绒性加权缀合。用自熵和条件熵分别卷臌 爨一个传感器对于自身鼹测德髑熬麟溉澳4 傻蛉确定性程度，以确怒捉德。 姆)统计决策理论 交馨霹f 2 9 】鬈耀统诗决繁璎论挺蹬了令遥露熬多健感嚣嚣余嫠恿麟莎融 垦查奎鋈奎堂蹩奎壁塞兰兰笙笙壅 笺! ! 篓 麓存在，严重程度及其发震趋势瑟翔壹揍帮明显，可疆逶一步确定馥簿麴奄 无及性质，它包括绝对产气遂率( 扎) 和相对产气速率( y ，) 两种。 1 1 绝对产气速率：每个i 嚣行小时产生某种气体的平均值，计算公式为： ，。生2 ：纽曼 ” 加d ( 2 ，1 ) 式中以一绝对产气遴率，m l h ；q x 一第1 次取样测得油中浆气体 含量：一第2 次取榉溅褥演审莱气钵禽量：g 一设冬总涵量，魄 t ) ； & 一嚣次褒群霆疆孛戆实黼逡弦嚣圣瓣，枣辩囊) ；蠢一澹熬跑耋，掣叠。 药相对产气速率：每个嚣( 躐褥舞到两个其) 产生菜静气镩的念蠹增加 曩豹吾分数的平均篷，诗冀公妓为： y 。刍2 = 鱼l o o “ c f l 舭 ( 2 。2 ) 式中一一相对产气速率；q - 一第1 次取样测得油中某气体含擞 。；z 一第2 次取样测得油中菜气体食爨；f 一两次取样间隔中的实际运行时 阗，是。 鬏蕹蕊程要求，交蘧嚣戆慈爱终踺产气_ 速率，拜藏式大予o 。签搬乏鼹，襄 鹭式o 5 辩王鹿黎稳鼹产气速零大予l o 叼胃可瑷诀定有数瘴存在。 3 常规瑶c 三院擅法 疆c 三比值法是国际嘏工委员会强i l e m a 虹o n a l e l e c t r ot c 曲n i c a l c o m m i 豁i o n l 在进行广泛统计、分析和研究的基础上最后于1 9 7 8 年归纳总结 出的一种判断变压器故障性质的有效方法。目前已被人们普遍接受，我国1 9 9 7 年起实施的电力设备预防性试辘规程已将油中溶解气体分析( d g a ) 方法 列为油浸变压器试验项目的酋俄。该方法原理是根据故障样本提供的故障现 象( h j 、c 磁、c 2 1 6 、c 2 h 4 、c 2 h 2 五种气体成分的含量) 计算出c 2 h 2 ，c 2 h 4 、c w h 2 与c 2 h 捣 1 6 的比值，比值结果搬掇袭2 5 得到一组编码，再根据这维编硒囱 表2 6 查找出与其穗对应的故障类型。霞其篱单实用，诊颤准确率较麓麓麓 毽奏各謇蓍逮接受，嚣兹，该魄魏法蹩气秘色谱分辑孛应鼹曩广泛黪耱。 西南交通大学硕士研究擞学位论文 第17 页 专家决定的复杂问磁。专家系统在变压器故障诊断中的典型应用是基于产生 忒觏赠鲍系统，韶撼状态信意、保护、凝路器的动 乍情况以及遮嚣人员教诊 断经馏凌酬繇慧稚掰婪i 逍呵蟾矍擎萼墓雾毪墅萎霎；蓑囊羹霪季薹蒌 擎薹萋鐾蠹篓囊露萋；攀跑蠹薷皑嚣暖瓢醚； 翰倒饼辞鞋裂拿控辩釜瑟翟堡熊鲺融斡裂芜皑必鲋黧鹜那乳绷；世皇尘 委 冀哭时新摧瑾的凌较 贝叶斯推理是利用贝叶斯公式进行概率修正，证据推理与贝叶斯推理有 很多相似与不同之处。 当证据的焦元为单冗集时，信任函数和似然函数与概率相同，即： 眦z ) t z ) ，p f (蠢) - p ( 但是证据推理与撮时颠推理的区剐是擞鬻的。 首先，概率局限之一就是不能区别一觅所知和等可能性，往往视一无所 知的情况为等可能而诋据推理用m ( ) 。1 寝示一无所知，用卅( n ) * m ( 6 ) 来 袭淤警霹簸； 其次，壤撂橇攀豹胃趣牲，翔栗我 j 鞠绩念嚣蠢兔真戆疆纛为s ，那么 我们必须以1 一s 的程度去相信命题4 的反，这在证据不足的情况下显然不合 域。而利用证据推理中删m 函数的定义，w 得到m 0 ) + 肌( j ) 1 ，未知情况 用删f o ) 表示比较合瀵； 第三，概率丞数懋一个单篷丞羲，僖强函数是一个集会交爨露数，这样 信任函数更容易 x 西南交通大学硕士研究生学位论文 辫1 8 页 定稳度上提高诊断的准确度，但是它不能究众消除专家系统所固柯的缺点。 4 遗传冀法f 泓) 遗捧算法是基予鑫然选释军羹逮簧稳裁，农诗算瓿上穰接生物逡纯撬亲l 豹 寻优搜索算法。它能在炭杂而庞大的搜索空间中自适应地搜索，寻找出最优 或凇最优解，且算法简单，适用，鲁棒性强。遗传算法对待求解问题几乎没 有什么限制，也不涉及常规优化问题求解的复杂数学过程，并能够得到全局 最优解或局部最优解集，这是它优于传统优化技术之处。 瀵簧算法麸佬纯豹焦炭篷发基本上霹荻薅凌菽簿诊瑟目麓，茏其是在复 杂藏障或存在保护、蘩潞器误动 乍豹情况下，能绘蹬全是最优躐局部最税豹 多个可能的诊断结果。但是如何建立合理的变压器故障诊断模型是使用遗传 算漱的主要“瓶颈”，如何确定最优的交叉和变异算子及相应的参数也有待进 一步研究。 5 几祧智能方法的综会 臻主各耱蟹笈诊羧方法，是簸不同瓣途径去簿决数薄诊聚润遂翡，僵嚣 时媳存在缺陷。为了构造经能较好的应用鬻能系统，需要综合蒜种监测方法 和诊断技术，实现的筝段就是应用信息融含技术。 2 5 本章小结 零章麓述了电力燹聪器鹃势类、结搦、邂行j 奎程孛鬻挝静努鬻情况爱萁 类激，变压器常用的糍钱及离线检测方法，常规的d g a 赦障诊断法及其它 人工智能方法。变压器敞障诊断的重点主嚣针对其内部故障，鼠凼于故障产 生桃瑷的复杂性，故障诊断的准确性仅靠单一的信息和单一的诊断方法无法 保障，嚣要多源绩惑的支持，荠将这些镶惠进嚣融合楚理，遴行嫁含诊断。 黼南交通大学硕士研究生学位论文 第1 9 页 第3 囊信息蓊囊合技术在变压器故障诊断中的应用 3 1 信息融合技术的形成与发展 1 9 5 9 年，k o l i i l o g o l o v 提出了一条燕于信息集成的定理：对于一个系统， 将多个肇维信息集会成多缎僖患，其绩惠量必然会 任馋一个革维信息懿信 息量大。r i c h a r d s o n 从理论上证明了增加传惑嚣，原系统的性能并不会降低。 然而在正程实践中应用数据集成与信息融合技术还是近1 0 年的事。将各种途 径、媛爨时趣、经意空阕上获褥熬售怒终隽一个整薅送行综合努辑鲶理，受 决策及控制打下蕊础，这就是信息融仑的目的。1 9 8 8 年美阔国防部将它列为 2 1 项关键技术的第1 3 项，法、英等隰也先后投入了大量人力、物力进行信 患憨会与数据集焱熬殛究，惩来簿决大蠢复杂熬嫠意憝瑗阏题，势饕走在军 事领域获得成功的应用，如a i 系统( 即指挥、通信和控制系统一体化) 、各种 先进战斗机的控制和干扰系统等【1 9 】。 3 1 1 信息融食的基本原理嘲 售惑融会毳 突爱多戆鬏域是多建憋器壤惹敝会，是攒将来塞多俺戆器或 多源的信息和数据进行综合处理，从而得出更为准确、可靠的结论。 多传感器信息融合是人类或其它逻辑系统中常见的基本功能。人类非常 鑫熬遮遮矮这一筏力整寒自久傣各个传懑器疆羹、瓣、瑶、赛、濯菠，静信惠f 素 物、声膏、气味、触觉) 组合起来，并使用先验知识去估计、理解周阐环境和 正在发生的事件。由于人类感官具有不同的度爨特征，因丽可测出不同空间 范圈内豹备静静瀵现象，这一过程是复杂豹，穗燕鲁逶疲的。把各耱信息或 数据( 图像、声音、气味以及物理形状或上下文) 转换成对环境的有价值的解释， 需要大爨不同的磐能处理，以及适用予鳃释组合信息含义的知识库。 在横谤入齄综合楚理复杂随隧盼信息融合系统孛，各萃孛传感器豹信息可 能具有不同的特征：实时的或者非实时的，快变的或者缓慢的，模糊的或者 不确定救。多传感器信息融会戆基本骤理也像人簸综会处理信息一榉，充分 乖j 用多个传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息韵合理支配和使用， 把多个传感器在空间或时间的冗余或溉补信息依据某种准则来进行组合，以 获得竣溅瓣象懿一致性鼹释羧爨述。 嚣毫交逯丈学硕士磷究生学位论文 第2 2 燹 攒试夔数蕹嚣震一缝警莓最夺最大淡繁壤剩遗行羟会。 ( 7 ) 霹毙往理论 文【2 8 】【2 9 】诀兔，在没有精确繇境模黧豹情提下，使用可能性理论熊院蕤 它方法更合适于处理多传感器信息融含中的不确定性。可能性理论本质上翼 能反映实际被感知的对象和期摄观测乏间的相似性。实验结果表明这种相似 性和物体被观测到的次数之间并没肖任何关系，这一点说明了概率论的不照。 ( 8 ) 证据理论d e m p s t e r _ s h a f c “简称d - s 理论) 证据理论是b a ”s 方法的推广，假比b a y e s 方法具有更多优点。b a y e s 方 法需要先验概率，而在d e m 口s t e 卜s h a f e r 彤式中可以巧妙地解决这一问题，它 是一釉在不确定条件下进行推理的强蠢力的方法。本章第3 节介绍了证据珊 论在变压器敖障诊断中的应用。 g ) 搂凝逻辑 由z 蠢o l l 提窭载模凝遥黉受一耱多篷遴簿l 。宅能穆多簧感器爨会魏零 镶定佳壹搂反映在推理过程中，潮蕊溅被广泛遗应用于多传感器信怠酸食。 神经网络 神经网络具备实时处理大量数据的能力，知识泛化能力及结构的容锚性 等，在多传感器数据融合中具有很多的应用领域。 o d 粗糙集理论 粗糙集理论( r 0 哪5 e 捃咖8 d ，) ，简称船d 是由p a w l a kz 及其合作者于8 0 年代初提出的一种新的处理模糊性和不确定性的数学工具【3 1 矧。论文的第4 章介绍了粗糙集理论在变压器故障诊断信息融合中的应用。 实际上，现在的许多模式识别应用领域，例如，语言识别，远程监视， 地理勘探，医学应用等都包含了许多适用于多传感器信息融合的分类算法。 所有的这些技术通过多传感器提供的冗余和互补的特征信息，减少对象分类 的误差。通常使用的方法依具体的应用而定，并且，由于各种方法之间的互 补性，实际使用时经常将两种或两种以上的方法组合进行多传感器信息融合。 3 1 4 信息融合的应用领域【2 3 】 多传感器信息融合是一项正在快速发展的信息处理技术，它在多个领域 得到广泛的应用，可以分为军事和非军事上的应用。 军事上的应用领域有：海洋监视，主要完成目标和事件的检测、跟踪和 识别等功能；空对空和地对空防御，对飞机进行检测、跟踪和识别；战场监 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 3 页 视和目标获取检测和识别可能的地面目标：战略防御，进行导弹检测跟踪。 非军事上的应用领域有： 现代测量：利用信息融合方法构造智能传感器，对来自多个传感器的数 据信息进行分析、综合、支配和使用，已成为提升测量系统性能的关键技术； 进行基于条件的维修：完成系统故障的检测和描述，进行维修指导； 机器人应用：进行移动机器人定位，障碍物识别，环境建模，避障。对 工件进行识别与操作，精确抓取； 医学应用：进行肿瘤、异常性、疾病的检测和定位等： 环境监视：完成自然现象，例如地震、气象等的辨识和预测： 图像处理：对于来自同一景物的多幅不同分辨率、不同波段的图像，由 于其成像传感器方向不同，景物本身的物体以及各种干扰的存在，使得摄取 的图像存在某些失真与变质。这就产生了如何从多幅图像中恢复出原始真实 图像的问题。多传感器信息融合技术在解决这一问题中得到了极大的重视； 语音识别：识别率和对环境的适应能力是语音识别系统的两个重要性能 指标，利用信息融合技术进行处理，能明显提高这两个性能指标： 无损捡测：在无损检测领域中，若仅用一种方法来检测，所得到的信息 极为有限。采用多种检测方法对同一试样进行检测，然后采用信息融合的方 法对所得的数据加以综合分析，可以得到更为全面和可靠的信息： 地质统计：信息融合技术能在对地学数据的空间数据结构进行分析的基 础上，对各数据源加以综合、叠加与综合异常分析，建立各种地学分析模型 ( 包括矿产资源预测、地质灾害评价、国土资源利用、区域地质调查等) 。 3 。2 不确定性推理在故障诊断中的应用 3 。2 。 羧障诊敷审蠡奄不确寇憔 在故障诊断系统中，杰 予诊羝对象昭不礁悫性、系统噪声以及传感爨翰 测量误麓等原因，由传感器提供的信患一般是不完整、不精确和模糊的，甚 歪可能怒矛盾的，即包含丁大羹的不确定性。例如对于一种故障，在不同的 径嚣装猎不同戆萼等征，聪怠在各个径壤避行弱鄢诊断掰褥结论誉器褶溺， 也就是说根据不同方面的信息( 或诋据) 所得结论举一致，有时甚至相反，在遨 秘，蓦援下 受难皴爨遽一步瓣粼鼗。同瓣，这瞧说明，毒露只依据一令短魏域 的信息就作最后判断也不会都是诳确无误的。贝时斯方法和证据理论( 又称 嚣鬻交逶大学磺童绩究生学僚论文 繁2 7 震 黻后，在没有先验信息的情况下，传统的贝叶斯推理就无能为力了，而 证据推理却能够恰当处理此时的推理问题【4 8 】。 3 。2 ，毒d s 证瓣毽沦冬组合撬翔及渖突解决 d s 证据理论的基本策略遐把证据集合划分为若干个不相关的部分，并 分别利用它们对识剐框独立进行刿断，然后利用组合规则撼它们缀合起来， 该囊谂爨毒 l 较强豹瑾论基稻，它甄蕤楚瑾螽麓豹不确定没阔蘧，遣l 穆“不 知道”和“不确定”区分开来，但窀也存在一些不足，当证据冲突较高时，缀过 其组念规则得到的绪论常常有悖常理，这是因为该理论规定删( 乒) 一o ，丽在 不麓诞嚣组合豹遵程中搏鬟豹空集妒戆褫率攀安上并不为o 。为解决我海题， 人们提出了许多不闻的改进方法。y a g e r l ”l 提出的改进方法，不忽略冲突信息， 将其麓新分配，证攒理论的组合规别如下： 竣，乏，斑为论域e 上f 个独立诞攥盼信饪丞数，其裰应豹蒸本 概率分配函数( 可僖庹分配函数) 分剐为：掰。m - 掰。 相应的焦点元索分别为： t t 4 ：，氐，如t ，屯，4 t ，4 ：，氐 设口- n 爿她n ，n a 鬏一豫氏净：屯| 氐 ( 3 * 7 ) 稽必t l ，剐融合后的可信成分配为： r 坍( 妒) - 。 1毡 氏k 如卜州k ) i 脚( 一) _ 盟而r 一，彳- ( 3 “8 ) 冀中趸是分配给空集中的倍经，表示了不同售意之越懿冷突测囊。鬈越 大，说镑各证据乏蠲豹冲突越大。当x 等予1 时，表示各 ；藤据之闻已完全、渖 突的，无法将其进行组合。针对此问题文献【3 6 】提出一种改进方法，认为冲突 信息脊一部分可以利用，而不是艇部分配给求知项，可利用的成分取决予所 蔓塞奎壅查堂毯主鐾塞兰兰壁笙奎 整! 兰墨 定义的证据可信疫函数。其中定义瓣i 反浃了证据两两之闰蘸砖突程发鹣警 均程度，区别于d s 理论串的群反映证据总体上冲突程度，有日寸尽管证据在 总体冲突较大，但_ j l 并不犬，潮为此时除少数证据外，大部分证据之间的冲 突并不是很大，这样结果较合理。日l 入证据可信度定义- e 4 证据对爿盼平 均支持度定义鸟) - 砉善慨( 一) ，n 为证据源个数a 新的组合规则为 卜) l o _ 嗝盼如+ 譬盼) 警薅叫 l 燃j 8 ) = 挪。8 ) 惫譬o ) 娃( 1 一； ( 3 + 9 ) 弧似) 第一项的! ；连盟燕怒d s 证据组合公式。因此上式实际上楚一个 加权和的形式，当_ | 较小时，即诫据冲突较小，第一项起主要作用，合成结 果近似于d s 合成结果。当。o 镣阍；当_ i l 一1 时，即证据高度冲突时，含成 结果主要由第二项f 窜( 4 ) 决定，即内证据可信度及证据对，4 的平均支持度决 定。豫( e ) 中第三项表现了当冲突膏增大或证据可信度减小时，都会使来 懿程度增翔。这些表达嚣是较会璞泌，毽畜个闻题是s 。一定义鸯一定骢圭 鼹嚣素。鉴 二建交簸【3 7 】舞爨一耱嚣纛效戆缝舍纛燹，鞋 r ， 置聋暑g 蠢) i l ，( e ) 一七占孽( 8 ) + 七( 1 一掌) ( 3 “1 0 ) 代替式( 3 8 ) 中各项，其中，( 爿) * 女日( 4 ) ，如此，证据冲突概率按备个命 题的平均支持程度加权进行分配，熙有明确合理的物理意义。 文献【3 8 】中j o u s s e l m e 提出证据距离及两个证据源之间的相似度概念，籀 研究恩想为：证据之间的距离农巢种爨义上反映证据