一种箱式变电站用变压器的远程智能监控方法及系统与流程

本发明涉及变电站的故障监控策略优化，尤其涉及一种箱式变电站用变压器的远程智能监控方法，以及一种箱式变电站用变压器的远程智能监控系统。

背景技术：

1、箱式变电站是配电网中的关键节点，其内部变压器的运行可靠性直接关系到区域供电安全。变压器在长期运行中，受电磁力、热应力及外部环境因素影响，其内部机械结构（如绕组、铁芯）与绝缘性能会发生缓慢劣化，最终可能演变为短路、放电等严重故障，导致停电事故。

2、目前，对变压器状态的远程监控主要依赖于在线监测系统，在线监测系统通过监测变压器的运行参数，在运行参数超阈值时提供报警功能，以提示工作人员进行维护和处理。然而，这种基于超阈值报警的传统方式，仍然存在多方面的明显缺陷：

3、第一、变压器故障是一个故障渐进过程。固定阈值报警仅在故障发展到晚期、参数已明显超标时才触发，此时设备已遭受损伤或者故障已经发生，留给工作人员的反应和维修时间窗口极短。

4、第二，当若干个参数超阈值时，其呈现的结果是故障的表象，即呈现的是哪些参数超阈值，因此仍然需要工作人员进行现场排故，而无法根据故障表象得到具有指导意义的故障原因。

5、因此，现有的变压器远程智能监控方法存在故障已出现才能报警，且无法根据故障表现进行故障溯源的技术缺陷。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种箱式变电站用变压器的远程智能监控方法，旨在解决现有的变压器远程智能监控方法存在故障已出现才能报警，且无法根据故障表现进行故障溯源的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种箱式变电站用变压器的远程智能监控方法，包括如下步骤：

3、预定义多个针对变压器的潜在故障模式，为每一潜在故障模式，配置对应的前兆特征参数集和参数集耦合演变规则；其中，前兆特征参数集包括在潜在故障模式发生前会发生参数演变的监测参数类型；参数集耦合演变规则定义了不同监测参数之间的动态比例关系与时延响应关系；

4、实时同步采集变压器的多类时序监测参数，形成监测参数序列，持续判断变压器的运行工况是否进入预定义的高风险工况模式；

5、在变压器的运行工况进入预定义的高风险工况模式时，触发主动风险识别，以基于参数集耦合演变规则，将实时监测参数映射至多参数状态空间，计算变压器实时状态点相对于各潜在故障模式状态点的模式趋近矢量，其中，模式趋近矢量包括朝向潜在故障模式的演进速率与逼近程度；

6、针对每个潜在故障模式，基于对应的模式趋近矢量中的演进速率与当前状态，通过时间预测模型计算潜在故障模式发生的关键参数达到报警阈值的预估时间，依据预估时间的先后顺序对所有潜在故障模式进行排序，生成以预估时间为序的预测故障序列；

7、针对预测故障序列中的潜在故障模式，分别进行前兆符合性判断、潜在故障发生时间预测和多源原因追溯，输出预测性预警报告。

8、可选地，所述预定义多个针对变压器的潜在故障模式，为每一潜在故障模式，配置对应的前兆特征参数集和参数集耦合演变规则的步骤，包括：

9、预定义多个针对变压器的潜在故障模式；

10、为每个潜在故障模式，预定义若干个时序监测参数作为故障表征参数；

11、配置各个潜在故障模式的故障表征参数的变化趋势组合规则和比例关系演变规则；

12、配置各个潜在故障模式的故障表征参数之间的时延响应关系规则。

13、可选地，所述基于参数集耦合演变规则，将实时监测参数映射至多参数状态空间，计算变压器实时状态点相对于各潜在故障模式状态点的模式趋近矢量的步骤，包括：

14、根据实时同步采集的监测参数序列，计算监测参数的动态特征量；

15、将预定义的各潜在故障模式对应的参数集耦合演变规则分别映射至多参数状态空间；

16、将动态特征量中的每个参数的演化趋势映射至多参数状态空间；

17、根据参数集耦合演变规则和动态特征量分别在多参数状态空间的演化趋势，确定变压器实时向各潜在故障模式演化的模式趋近矢量。

18、可选地，所述针对每个潜在故障模式，基于对应的模式趋近矢量中的演进速率与当前状态，通过时间预测模型计算潜在故障模式发生的关键参数达到报警阈值的预估时间的步骤，包括：

19、针对每个潜在故障模式，解析模式趋近矢量的各维度数据，分离出表征演进速率的第一子数据和表征与故障状态距离的第二子数据；

20、根据各潜在故障模式对应的第一子数据和第二子数据，通过时间预测模型计算潜在故障模式发生的关键参数达到报警阈值的预估时间。

21、可选地，所述针对预测故障序列中的潜在故障模式，分别进行前兆符合性判断、潜在故障发生时间预测和多源原因追溯，输出预测性预警报告的步骤，包括：

22、在变压器的运行工况进入预定义的高风险工况模式时，将潜在故障模式对应的实时特征值和参数集耦合演变规则进行匹配，判断变压器的运行工况与潜在故障模式的前兆特征参数的符合程度，以进行前兆符合性判断；

23、根据前兆特征参数的演变速率，预测对应潜在故障模式对应的关键参数达到预设报警阈值的预估时间，以进行潜在故障发生时间预测；

24、根据预设的参数集耦合演变规则，识别引起潜在故障模式发生前兆特征参数的可调控的根源参数，以进行多源原因追溯；

25、输出包括当前最高风险潜在故障模式、前兆符合性判断、潜在故障发生时间预测和可调控的根源参数的预测性预警报告。

26、可选地，所述根据前兆特征参数的演变速率，预测对应潜在故障模式对应的关键参数达到预设报警阈值的预估时间，以进行潜在故障发生时间预测的步骤，包括：

27、以前兆特征参数的实时特征值及历史特征值构建时间序列；

28、对时间序列进行拟合与外推，计算关键参数达到预设报警阈值的时间点，作为潜在故障发生时间预测结果。

29、可选地，所述方法还包括：

30、基于根源参数与潜在故障模式耦合的故障表征参数，生成用于调整根源参数的调控指令，以使根源参数偏离当前值从而抑制潜在故障模式的前兆特征参数演变；

31、将调控指令发送至变压器调控装置。

32、可选地，所述针对每个潜在故障模式，基于对应的模式趋近矢量中的演进速率与当前状态，通过时间预测模型计算潜在故障模式发生的关键参数达到报警阈值的预估时间，依据预估时间的先后顺序对所有潜在故障模式进行排序，生成以预估时间为序的预测故障序列的步骤之后，还包括：

33、获取预测故障序列中的每个潜在故障模式的预设风险等级；

34、根据预测故障序列、预测故障序列中每个潜在故障模式对应的风险等级，以及根源参数，预判控制根源参数后，预测故障序列的更新，以校正根源参数的调控策略，避免调控根源参数后，变压器向风险等级更高的潜在故障模式演进。

35、可选地，所述方法还包括：

36、根据当前变压器诊断出的潜在故障模式以及追溯的根源参数，查询电网拓扑关系与运行数据；

37、若根源参数与电网运行状态强相关，则基于潮流计算，分析当前变压器的故障发展趋势是否会对电网中相邻的电气设备造成连锁风险；

38、若是，则生成电网级连锁风险预警，指出潜在的受影响设备及预估的传播路径。

39、为实现上述目的，本发明还提出一种箱式变电站用变压器的远程智能监控系统，应用箱式变电站用变压器的远程智能监控方法；所述系统包括：

40、配置模块，用于预定义多个针对变压器的潜在故障模式，为每一潜在故障模式，配置对应的前兆特征参数集和参数集耦合演变规则；其中，前兆特征参数集包括在潜在故障模式发生前会发生参数演变的监测参数类型；参数集耦合演变规则定义了不同监测参数之间的动态比例关系与时延响应关系；

41、监测模块，用于实时同步采集变压器的多类时序监测参数，形成监测参数序列，持续判断变压器的运行工况是否进入预定义的高风险工况模式；在变压器的运行工况进入预定义的高风险工况模式时，触发主动风险识别，以基于参数集耦合演变规则，将实时监测参数映射至多参数状态空间，计算变压器实时状态点相对于各潜在故障模式状态点的模式趋近矢量，其中，模式趋近矢量包括朝向潜在故障模式的演进速率与逼近程度；

42、预测性预警模块，用于针对每个潜在故障模式，基于对应的模式趋近矢量中的演进速率与当前状态，通过时间预测模型计算潜在故障模式发生的关键参数达到报警阈值的预估时间，依据预估时间的先后顺序对所有潜在故障模式进行排序，生成以预估时间为序的预测故障序列，针对预测故障序列中的潜在故障模式，分别进行前兆符合性判断、潜在故障发生时间预测和多源原因追溯，输出预测性预警报告。

43、本发明的技术方案，有利于解决现有的变压器远程智能监控方法存在故障已出现才能报警，且无法根据故障表现进行故障溯源的技术问题，具体的：

44、本发明中通过预定义多个变压器的潜在故障模式和每一潜在故障模式的前兆特征参数集和参数集耦合演变规则，并实时同步采集变压器的多类时序监测参数，在变压器的运行工况进入预定义的高风险工况模式时，确定变压器实时向各潜在故障模式演化的模式趋近矢量，从而可以采用更直观地方式在潜在故障模式真实形成之前，以及在变压器的各项监测参数未达到传统固定报警阈值之前，根据当前监测参数的动态情况，提前识别故障发生之前的故障发展微弱趋势、速度和发展方向，从而将预警时机从故障形成晚期提前至故障潜伏期或早期发展阶段，有利于早期识别故障风险并及时进行干预。同时，依据预估时间的先后顺序对所有潜在故障模式进行排序，生成以预估时间为序的预测故障序列，有利于预测进入不同潜在故障模式的时间，从而确定排查每一潜在故障模式的先后次序；进一步地，根据当前实际监测参数向每种潜在故障模式发展的排序，针对预测故障序列中的潜在故障模式，分别进行前兆符合性判断、潜在故障发生时间预测和多源原因追溯，输出预测性预警报告，能够逆向追溯导致当前异常趋势的可调控根源参数。通过根源追溯，能够识别出影响故障发展的关键可控参数（如负荷、冷却、电压等），为早期进行故障干预确定了干预策略。因此，本发明的技术方案有利于解决现有技术中现有的变压器远程智能监控方法存在故障已出现才能报警，且无法根据故障表现进行故障溯源的技术问题。