本發(fā)明涉及一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法、系統(tǒng)，屬于電力變壓器故障診斷領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、電力變壓器是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備，具有在運(yùn)數(shù)量大，分布范圍廣和工作時(shí)間長的特點(diǎn)，一旦發(fā)生故障，其故障影響與損失會(huì)遠(yuǎn)高于其他設(shè)備。當(dāng)電力變壓器內(nèi)部發(fā)生放電兼過熱、中低溫和高溫過熱、低能和高能放電等故障時(shí)，變壓器故障點(diǎn)附近的絕緣油會(huì)分解為不同量的低分子氣體(包括氫氣(h2)、甲烷(ch4)、乙炔(c2h2)、乙烷(c2h6)和乙烯(c2h4)等)，并診斷為不同類別(包括正常、放電兼過熱、低能和高能放電、中低溫和高溫過熱)。因此，對電力變壓器的故障診斷尤為重要。目前，在變壓器故障診斷領(lǐng)域一維結(jié)構(gòu)化油中溶解氣體數(shù)據(jù)存在故障樣本數(shù)據(jù)稀缺、數(shù)據(jù)潛在規(guī)律復(fù)雜等問題，且變壓器故障診斷多采用三比值法和編碼法等傳統(tǒng)方法以及back?propagation神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊和隨機(jī)森林模塊等簡單機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，易導(dǎo)致變壓器故障診斷誤差較大，會(huì)存在準(zhǔn)確率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法、系統(tǒng)，以用于對電力變壓器故障樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換和圖像增強(qiáng)擴(kuò)充，從而提高數(shù)據(jù)樣本和數(shù)據(jù)質(zhì)量、更好地應(yīng)用故障診斷模塊對其進(jìn)行故障診斷工作。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法，包括以下步驟：

4、step1、獲取多個(gè)電力變壓器油中溶解氣體的一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本；一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用油中溶解氣體的含量構(gòu)建；

5、step2、將一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用基于改進(jìn)格拉姆角場變換方法轉(zhuǎn)換為二維灰度圖像，形成原始電力變壓器故障診斷樣本集；

6、step3、將原始電力變壓器故障診斷樣本集中的二維灰度圖像進(jìn)行增強(qiáng)，獲得擴(kuò)充后的電力變壓器故障診斷樣本集；

7、step4、將擴(kuò)充后的電力變壓器故障診斷樣本集依據(jù)預(yù)設(shè)比例劃分為訓(xùn)練集、測試集；

8、step5、依據(jù)訓(xùn)練集對目標(biāo)模型進(jìn)行訓(xùn)練，獲得訓(xùn)練好的電力變壓器故障診斷模型；依據(jù)測試集對訓(xùn)練好的電力變壓器故障診斷模型進(jìn)行測試，輸出電力變壓器狀態(tài)類別；所述電力變壓器狀態(tài)類別包括正常、放電兼過熱、低能放電、高能放電、中低溫過熱、高溫過熱。

9、進(jìn)一步地，所述將一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用基于改進(jìn)格拉姆角場變換方法轉(zhuǎn)換為二維灰度圖像，具體為：

10、step2.1、對一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行預(yù)處理，表達(dá)式如下：

11、

12、式中，gi為樣本g中的第i個(gè)變量，為預(yù)處理后樣本中的第i個(gè)變量；max(g)、min(g)分別表示樣本g中變量的最大、最小值；

13、step2.2、對進(jìn)行極坐標(biāo)變換：

14、

15、式中：n是一個(gè)常數(shù)因子，用于調(diào)整極坐標(biāo)的跨度，φi為i點(diǎn)極角，ri為i點(diǎn)極徑；

16、step2.3、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至極坐標(biāo)后，使用gasf和gadf將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維圖像數(shù)據(jù)，其中g(shù)asf和gadf如下所示：

17、gasf(i,j)＝[cos(φi+φj)]；

18、gadf(i,j)＝[sin(φi-φj)]

19、式中：φj表示第j個(gè)極角；

20、step2.4、對step2.3轉(zhuǎn)換得到的矩陣進(jìn)行改進(jìn)，記為gaf，表達(dá)式如下：

21、

22、step2.5、將gaf矩陣映射至[0,255]區(qū)間。

23、進(jìn)一步地，所述將原始電力變壓器故障診斷樣本集中的二維灰度圖像進(jìn)行增強(qiáng)，所述增強(qiáng)方式包括以下至少之一：基于圖像亮度的圖像增強(qiáng)方式，基于椒鹽噪聲的圖像增強(qiáng)方式；基于高斯噪聲的圖像增強(qiáng)方式，基于矢量量化變分自編碼器的圖像增強(qiáng)方式。

24、進(jìn)一步地，所述目標(biāo)模型采用以下至少之一：vgg19網(wǎng)絡(luò)模型、resnet50模型。

25、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的系統(tǒng)，包括：

26、獲取模塊，用于獲取多個(gè)電力變壓器油中溶解氣體的一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本；一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用油中溶解氣體的含量構(gòu)建；

27、圖像轉(zhuǎn)換模塊，用于將一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用基于改進(jìn)格拉姆角場變換方法轉(zhuǎn)換為二維灰度圖像，形成原始電力變壓器故障診斷樣本集；

28、圖像增強(qiáng)模塊，用于將原始電力變壓器故障診斷樣本集中的二維灰度圖像進(jìn)行增強(qiáng)，獲得擴(kuò)充后的電力變壓器故障診斷樣本集；用于將擴(kuò)充后的電力變壓器故障診斷樣本集依據(jù)預(yù)設(shè)比例劃分為訓(xùn)練集、測試集；

29、故障診斷模塊，用于依據(jù)訓(xùn)練集對目標(biāo)模型進(jìn)行訓(xùn)練，獲得訓(xùn)練好的電力變壓器故障診斷模型；依據(jù)測試集對訓(xùn)練好的電力變壓器故障診斷模型進(jìn)行測試，輸出電力變壓器狀態(tài)類別；所述電力變壓器狀態(tài)類別包括正常、放電兼過熱、低能放電、高能放電、中低溫過熱、高溫過熱。

30、本發(fā)明的有益效果是：一方面，本發(fā)明提供了基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法，該方法能夠解決由于一維結(jié)構(gòu)化油中溶解氣體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)稀缺、數(shù)據(jù)潛在規(guī)律復(fù)雜和故障診斷精度低等問題，大大提高工作人員對電力變壓器故障診斷的工作效率；進(jìn)一步地，提供了基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的系統(tǒng)，為電力變壓器的故障診斷提供了可視化軟件平臺，使監(jiān)視人員更加直觀了解電力變壓器的運(yùn)行工況，有較高的實(shí)用性，存在進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法，其特征在于，所述將一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用基于改進(jìn)格拉姆角場變換方法轉(zhuǎn)換為二維灰度圖像，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法，其特征在于，所述將原始電力變壓器故障診斷樣本集中的二維灰度圖像進(jìn)行增強(qiáng)，所述增強(qiáng)方式包括以下至少之一：基于圖像亮度的圖像增強(qiáng)方式，基于椒鹽噪聲的圖像增強(qiáng)方式；基于高斯噪聲的圖像增強(qiáng)方式，基于矢量量化變分自編碼器的圖像增強(qiáng)方式。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法，其特征在于，所述目標(biāo)模型采用以下至少之一：vgg19網(wǎng)絡(luò)模型、resnet50模型。

5.一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于油中溶解氣體對電力變壓器進(jìn)行故障診斷的方法、系統(tǒng)，屬于電力變壓器故障診斷領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括：獲取多個(gè)電力變壓器油中溶解氣體的一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本；將一維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)樣本采用基于改進(jìn)格拉姆角場變換方法轉(zhuǎn)換為二維灰度圖像，形成原始電力變壓器故障診斷樣本集；將原始電力變壓器故障診斷樣本集中的二維灰度圖像進(jìn)行增強(qiáng)，獲得擴(kuò)充后的電力變壓器故障診斷樣本集并依據(jù)預(yù)設(shè)比例劃分為訓(xùn)練集、測試集；依據(jù)訓(xùn)練集對目標(biāo)模型進(jìn)行訓(xùn)練，依據(jù)測試集對訓(xùn)練好的電力變壓器故障診斷模型進(jìn)行測試，輸出電力變壓器狀態(tài)類別；本發(fā)明解決了由于一維結(jié)構(gòu)化油中溶解氣體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)稀缺、數(shù)據(jù)潛在規(guī)律復(fù)雜和故障診斷精度低等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：史智予,劉航,劉志堅(jiān),羅靈琳,宋琪,謝靜,牛犇,李明,劉勝,羅馳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24