结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状态综合评估方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911019314.5 (22)申请日 2019.10.24 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学城乌龙江北大道2号福州大学 (72)发明人 邹阳何津何倩玲林超群 翁祖辰 (74)专利代理机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 钱莉蔡学俊 (51)Int.Cl. G01R 31/12(2006.01) G06K 9/62(2006.01) (54)发明名称 一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器 油纸绝缘状态综合评估方法。

2、 (57)摘要 本发明涉及一种结合邻域粗糙集与证据理 论的变压器油纸绝缘状态综合评估方法， 首先基 于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始 数据库， 得到绝缘状态评估的特征量； 然后采用 邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度与待评 估变压器的基本信度分配函数； 接着结合加权证 据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘 状态的置信度， 从而实现对油纸绝缘状态综合诊 断。 本发明能够有效对变压器的绝缘等级进行判 断。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 110596558 A 2019.12.20 CN 110596558 A 1.一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状态综合评。

3、估方法， 其特征在 于， 基于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始数据库， 得到绝缘状态评估的特征 量； 采用邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度与待评估变压器的基本信度分配函数； 结合加权证据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘状态的置信度， 从而实现对 油纸绝缘状态综合诊断。 2.根据权利要求1所述的一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状态综合 评估方法， 其特征在于， 所述基于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始数据库包括 以下步骤： 步骤S11： 基于不同绝缘状态的油纸绝缘变压器的回复电压实测数据， 提取基于回复电 压极化谱的回复电压最大值urmax、 初始斜率sr。

4、、 峰值时间tpeak、 基于扩展德拜模型的绝缘电 阻Rg、 几何电容Cg， 将上述提取到的参数作为绝缘状态评估的特征量， 建立回复电压原始数 据库； 步骤S12： 对步骤S11所建立的原始数据库， 通过模糊C均值聚类法， 将数据库分为2组数 据， 分别对应2种绝缘状态： 级为绝缘良好， 无需检修； 级为绝缘老化， 需要检修。 3.根据权利要求1所述的一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状态综合 评估方法， 其特征在于， 所述采用邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度具体包括以下步 骤： 步骤S21： 令特征量urmax、 sr、 tpeak、 Rg、 Cg为条件属性集合Ppi i1,2,。

5、5， 按照式 (1)计算出每个条件属性的邻域半径 i： iStd(pi)/ (1)； 式中， Std(pi)表示属性pi数据的标准差， 表示分类精度控制参数； 步骤S22： 根据式(1)得到的邻域半径 i对原始数据库的U个对象进行邻域划分， 第u个对 象xu关于所有属性的邻域集合NXP(u)为： 条件属性集合P删除属性pi后剩余属性集合Pi的邻域集合为： 步骤S23： 根据式(4)， 并结合式(2)(3)， 得到不可分辨关系如下： 式中， |P|与|Pi|分别表示P与的基数， Card*表示集合内论域元素u的总个 数； 步骤S24： 根据式(5)计算出特征量pi相对于属性集P的重要度 权利要求。

6、书 1/2 页 2 CN 110596558 A 2 4.根据权利要求1所述的一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状态综合 评估方法， 其特征在于， 所述待评估变压器的基本信度分配函数采用以下方法得到： 根据待测变压器的特征量pi值与确定的邻域半径 i， 得到邻域集合 (pi)； 根据决策属 性对数据库划分得到2个不可分辨集合IND(Q1)和IND(Q2)； 设识别框架Q1,Q2,Q， 子证 据体pi， i1,2,5， 则基本信度分配函数为： 式中， QQ1Q2， mpi(Q)表示命题Q的置信度， 同时也表示子证据体pi的不确定度。 5.根据权利要求1所述的一种结合邻域粗糙集与证据理论。

7、的变压器油纸绝缘状态综合 评估方法， 其特征在于， 所述结合加权证据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘状 态的置信度， 从而实现对油纸绝缘状态综合诊断具体包括以下步骤： 步骤S31： 采用属性重要度对每个证据进行加权， 令属性重要度最高的子证据体ps为首 要证据， 其他为次要证据， 次要证据相对于首要证据权重wi由式(7)得到， ws1： 步骤S32： 采用下式对基本信度分配函数进行加权， 得到加权后的基本信度函数： mpi(Qj)wimpi(Qj) mpi(Q)wimpi(Q)+(1-wi) (8)； 步骤S33： 根据DS证据合成公式(9)， 计算出不同绝缘状态等级的置信度值与不确定值。

8、， 最大置信度的绝缘状态等级即为待评估对象的绝缘状态等级： 式中， A表示识别框架Q1,Q2,Q的命题， 当A等于Qj时， m(A)表示Qj置信度值； 当A等 于Q时， m(A)表示子证据体pi的不确定度； Bi表示识别框架中的命题。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110596558 A 3 一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状态综合 评估方法 技术领域 0001 本发明涉及变压器绝缘技术领域， 特别是一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压 器油纸绝缘状态综合评估方法。 背景技术 0002 目前对于变压器油纸绝缘的状态评估大多采用提取一些变压器运行中特征量， 通 过数学方法对绝缘状态。

9、进行综合评价。 所提取特征量为变压器油中溶解气体， 绝缘油中酸 值， 含水量， 糠醛含量以及电气试验结果等。 在已有相关研究中， 基于回复电压法(recovery voltage method,RVM)的相关测试量通过模糊综合评价法、 模糊粗糙集等进行对油纸绝缘 状态的综合评价， 均取得了较好的效果。 0003 但以上的评价方法中， 对数据的离散化处理丢失了数据的原始信息， 并且对部分 未在评估规则内的变压器测量数据无法得出诊断结果。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明的目的是提出一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝 缘状态综合评估方法， 能够有效对变压器的绝缘等级进行判断。 000。

10、5 本发明采用以下方案实现： 一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘状 态综合评估方法， 具体为： 0006 基于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始数据库， 得到绝缘状态评估的 特征量； 0007 采用邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度与待评估变压器的基本信度分配函 数； 0008 结合加权证据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘状态的置信度， 从而实 现对油纸绝缘状态综合诊断。 0009 进一步地， 所述基于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始数据库包括以 下步骤： 0010 步骤S11： 基于不同绝缘状态的油纸绝缘变压器的回复电压实测数据， 提取基于回 复电压极化谱的。

11、回复电压最大值urmax、 初始斜率sr、 峰值时间tpeak、 基于扩展德拜模型的绝 缘电阻Rg、 几何电容Cg， 将上述提取到的参数作为绝缘状态评估的特征量， 建立回复电压原 始数据库； 0011 步骤S12： 对步骤S11所建立的原始数据库， 通过模糊C均值聚类法， 将数据库分为2 组数据， 分别对应2种绝缘状态： 级为绝缘良好， 无需检修； 级为绝缘老化， 需要检修。 0012 进一步地， 所述采用邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度具体包括以下步骤： 0013 步骤S21： 令特征量urmax、 sr、 tpeak、 Rg、 Cg为条件属性集合Ppi i1,2,5， 按照 式(1)计算。

12、出每个条件属性的邻域半径 i： 说明书 1/7 页 4 CN 110596558 A 4 0014 iStd(pi)/ (1)； 0015 式中， Std(pi)表示属性pi数据的标准差， 表示分类精度控制参数， 用于根据对数 据分类精度要求调整邻域大小， 通常取值为1,4； 0016 步骤S22： 根据式(1)得到的邻域半径 i对原始数据库的U个对象进行邻域划分， 第 u个对象xu关于所有属性的邻域集合NXP(u)为： 0017 0018 条件属性集合P删除属性pi后剩余属性集合Pi的邻域集合为： 0019 0020 步骤S23： 根据式(4)， 并结合式(2)(3)， 得到不可分辨关系如下。

13、： 0021 0022式中， |P|与|Pi|分别表示P与的基数， Card*表示集合的 势 ， 用集合 内论域元素u的总个数表示； 0023步骤S24： 根据式(5)计算出特征量pi相对于属性集P的重要度(pi)： 0024 0025 进一步地， 所述待评估变压器的基本信度分配函数采用以下方法得到： 0026 根据待测变压器的特征量pi值与确定的邻域半径 i， 得到邻域集合 (pi)； 根据决 策 属性对数据库划分得到2个不可分辨集合IND (Q1) 和IND (Q2) ； 设识别框架 子证据体pi， i1,2,5， 则基本信度分配函数为： 0027 0028 式中， QQ1Q2,mpi(Q。

14、)表示命题Q的置信度， 同时也表示子证据体pi的不确定度。 0029 进一步地， 所述结合加权证据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘状态的 置信度， 从而实现对油纸绝缘状态综合诊断具体包括以下步骤： 0030 步骤S31： 采用属性重要度对每个证据进行加权， 令属性重要度最高的子证据体ps 为首要证据， 其他为次要证据， 次要证据相对于首要证据权重wi由式(7)得到， ws1： 0031 0032 步骤S32： 采用下式对基本信度分配函数进行加权， 得到加权后的基本信度函数： 0033 mpi(Qj)wimpi(Qj) 0034 mpi(Q)wimpi(Q)+(1-wi) (8)； 说明书。

15、 2/7 页 5 CN 110596558 A 5 0035 步骤S33： 根据DS证据合成公式(9)， 计算出不同绝缘状态等级的置信度值以及不 确定度， 最大置信度的绝缘状态等级即为待评估对象的绝缘状态等级： 0036 0037式中， A表示识别框架的命题， 当A等于Qj时， m(A)表示置信度值； 当 A等于Q时， m(A)表示子证据体pi的不确定度； Bi表示识别框架中的命题。 0038 与现有技术相比， 本发明有以下有益效果： 0039 1、 本发明根据多台实际变压器回复电压法的测试数据， 进行模糊聚类分析， 建立 绝缘状态的评估数据库， 为待评估的变压器油纸绝缘状态提供可靠的参考依据。

16、。 0040 2、 本发明采用邻域粗糙集对数据库进行分类， 根据属性对论域的分类能力提取出 属性重要度， 避免了粗糙集、 模糊粗糙集等理论面对连续型数据需要离散化从而丢失数据 的部分原始信息的问题。 0041 3、 本发明根据邻域粗糙集理论确定待评估变压器的基本信度分配函数， 并以属性 重要度计算得到各证据的权重， 使评估结果更加客观。 0042 4、 本发明提出结合邻域粗糙集与加权证据理论的变压器油纸绝缘状态综合评估 体方法， 能够实现对变压器的绝缘状态进行综合评估， 通过实例验证了方法有效性与评估 结果可靠性， 评估结果可为变压器制定不同检修策略提供参考依据。 附图说明 0043 图1为本。

17、发明实施例的方法原理示意图。 具体实施方式 0044 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。 0045 应该指出， 以下详细说明都是示例性的， 旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。 0046 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作。

18、、 器件、 组件和/或它们的组合。 0047 如图1所示， 本实施例提供了一种结合邻域粗糙集与证据理论的变压器油纸绝缘 状态综合评估方法， 具体为： 0048 基于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始数据库， 得到绝缘状态评估的 特征量； 0049 采用邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度与待评估变压器的基本信度分配函 数； 0050 结合加权证据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘状态的置信度， 从而实 说明书 3/7 页 6 CN 110596558 A 6 现对油纸绝缘状态综合诊断。 0051 在本实施例中， 所述基于RVM测量数据建立不同绝缘状态的变压器原始数据库包 括以下步骤：。

19、 0052 步骤S11： 基于不同绝缘状态的油纸绝缘变压器的回复电压实测数据， 提取基于回 复电压极化谱的回复电压最大值urmax、 初始斜率sr、 峰值时间tpeak、 基于扩展德拜模型的绝 缘电阻Rg、 几何电容Cg， 将上述提取到的参数作为绝缘状态评估的特征量， 建立回复电压原 始数据库； 0053 步骤S12： 对步骤S11所建立的原始数据库， 通过模糊C均值聚类法， 将数据库分为2 组数据， 分别对应2种绝缘状态： 级为绝缘良好， 无需检修； 级为绝缘老化， 需要检修。 0054 在本实施例中， 所述采用邻域粗糙集计算各特征量的属性重要度具体包括以下步 骤： 0055 步骤S21： 。

20、令特征量urmax、 sr、 tpeak、 Rg、 Cg为条件属性集合Ppi i1,2,5， 按照 式(1)计算出每个条件属性的邻域半径 i： 0056 iStd(pi)/ (1)； 0057 式中， Std(pi)表示属性pi数据的标准差， 表示分类精度控制参数， 用于根据对数 据分类精度要求调整邻域大小， 通常取值为1,4； 0058 步骤S22： 根据式(1)得到的邻域半径 i对原始数据库的U个对象进行邻域划分， 第 u个对象xu关于所有属性的邻域集合NXP(u)为： 0059 0060 条件属性集合P删除属性pi后剩余属性集合Pi的邻域集合为： 0061 0062 步骤S23： 根据式。

21、(4)， 并结合式(2)(3)， 得到不可分辨关系如下： 0063 0064式中， |P|与|Pi|表示P与的基数， Card*表示集合的 势 ， 用集合内论 域元素u的总个数表示； 0065步骤S24： 根据式(5)计算出特征量pi相对于属性集P的重要度 0066 0067 在本实施例中， 所述待评估变压器的基本信度分配函数采用以下方法得到： 0068 根据待测变压器的特征量pi值与确定的邻域半径 i， 得到邻域集合 (pi)； 根据决 策 属性对数据库划分得到2个不可分辨集合IND (Q1) 和IND (Q2) ； 设识别框架 子证据体pi， i1,2,5， 则基本信度分配函数为： 说明书。

22、 4/7 页 7 CN 110596558 A 7 0069 0070 式中， QQ1Q2,mpi(Q)表示命题Q的置信度， 同时也表示子证据体pi的不确定度。 0071 在本实施例中， 所述结合加权证据理论并综合各证据得到变压器关于不同绝缘状 态的置信度， 从而实现对油纸绝缘状态综合诊断具体包括以下步骤： 0072 步骤S31： 采用属性重要度对每个证据进行加权， 令属性重要度最高的子证据体ps 为首要证据， 其他为次要证据， 次要证据相对于首要证据权重wi由式(7)得到， ws1： 0073 0074 步骤S32： 采用下式对基本信度分配函数进行加权， 得到加权后的基本信度函数： 0075。

23、 mpi(Qj)wimpi(Qj) 0076 mpi(Q)wimpi(Q)+(1-wi) (8)； 0077 步骤S33： 根据DS证据合成公式(9)， 计算出不同绝缘状态等级的置信度值以及不 确定度， 最大置信度的绝缘状态等级即为待评估对象的绝缘状态等级： 0078 0079式中， A表示识别框架的命题， 当A等于Qj时， m(A)表示Qj置信度值； 当A等于Q时， m(A)表示子证据体pi的不确定度； Bi表示识别框架中的命题。 0080 特别的， 为了验证本实施例的有效性， 接下来以3台实际待预测变压器为例进行说 明。 0081 首先， 选取20台不同老化程度的变压器的回复电压最大值ur。

24、max， 峰值时间tpeak， 初 始斜率sr， 绝缘电阻Rg、 几何电容Cg， 作为特征量， 建立绝缘状态综合评估初始数据库。 通过 模糊C均值聚类法， 将原始数据库分为2组数据， 分别对应2个绝缘等级， 如表1所示。 另选3台 不同绝缘状态的变压器作为待评估的对象， 如表2所示， 进行方法应用举例。 0082 表1绝缘状态综合评估数据库(部分) 0083 说明书 5/7 页 8 CN 110596558 A 8 0084 表2待评估变压器实际状况 0085 0086 基于邻域粗糙集计算各条件属性的属性重要度， 并根据式(7)得到证据权向量为 0087 w0.4633,1,0.4633,0.。

25、4633,1 0088 基于邻域粗糙集和加权证据理论综合评估出待评估变压器的绝缘等级。 首先， 根 据表1的数据库以及邻域半径得到待评估变压器每个条件属性对应的邻域集合， 如表3为变 压器T1的邻域集合； 0089 表3待评估变压器T1邻域集合 0090 0091 根据决策属性将数据库划分成了2个不可分辨集合IND(Q)： x1,x3,x5,x10,x11, x12,x14,x15,x16,x18， x2,x4,x6,x7,x8,x9,x13,x17,x19,x20； 根据公式(6)得到待评 估变压器的基本信度函数分配， 如表4。 0092 表4待评估变压器T1绝缘状态基本信度分配 0093 。

26、0094 根据公式(8)以及证据权向量计算得到加权决策表如表5； 0095 表5加权后的待评估变压器T1绝缘状态基本信度分配表 0096 0097 最后根据DS证据合成公式， 分别计算出不同绝缘状态等级的置信度值与不确定 度。 计算结果为T1绝缘状态为Q1的置信度为0.94， 为Q2的置信度为0.06， 故可得出结论： 该变 压器的绝缘状态为I级， 即绝缘良好， 无需检修。 各变压器的绝缘等级诊断结果见表6所示。 说明书 6/7 页 9 CN 110596558 A 9 0098 表6待评估变压器绝缘状态置信度 0099 0100 根据表6的诊断结果分析： 待诊断变压器中T1为新投运的变压器，。

27、 评估结果为绝缘 等级I级(绝缘良好)， 符合实际情况； T3变压器虽运行一定年限， 但糠醛含量较少， 绝缘状态 也较好， 诊断结果也为 级(绝缘良好)， 因此也有实际情况相符； T2变压器除几何电容Cg外 其他评价指标都偏向绝缘等级I级， 但是由于其几何电容Cg太大， 并且几何电容的证据权为 1， 故其评估结果是绝缘等级级， 即绝缘老化， 需要检修， 该评估结果也均与实际情况中该 变压器受潮严重相符。 实例证明， 本发明方法能够基本实现对变压器绝缘状态的综合评估。 0101 本实施例通过实际油浸式变压器回复电压测量数据对该方法进行验证， 结果表明 本实施例所提出的方法能够实现对电力变压器油纸绝缘状态的综合评估， 同时待评估变压 器的实际绝缘状态与评估结果相一致也验证了该评估方法是准确性可靠的， 具有一定的应 用前景。 0102 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非是对本发明作其它形式的限制， 任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等 效实施例。 但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、 等同变化与改型， 仍属于本发明技术方案的保护范围。 说明书 7/7 页 10 CN 110596558 A 10 图1 说明书附图 1/1 页 11 CN 110596558 A 11 。