一种变压器运行状态监视的分级预警方法及系统与流程

本发明涉及一种电力系统自动化与智能监控技术，尤其涉及一种基于差异化分析变压器运行状态监视的分级预警方法及系统。

背景技术：

1、变压器是变电站的核心设备，其运行状态直接影响电网安全。随着“透明变电站”建设的深入推进，集控系统对变压器状态感知能力不断提升，但在差异化监视和分级预警方面仍存在以下不足：（1）数据采集维度单一，仅依赖电气量参数越限告警，缺乏油温、档位、冷却器状态等非电气量参数的综合采集；（2）预警方式粗放，基于单一参数定阈值，缺乏同型号变压器间的横向对比和单台变压器的纵向趋势分析，易漏报误报；（3）展示方式单一，列表或简单图形难以直观呈现变压器状态差异，无法快速定位异常；（4）预警处置脱节，缺乏与运维系统的联动，处置过程无法跟踪，难以形成闭环管理。因此，亟需一种基于差异化分析的变压器运行状态监视与分级预警方法，实现多源数据的协同分析与精准预警。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能够实现变压器运行状态监视全面感知、精准预警与闭环管理的分级预警方法，本发明的另一目的是提供一种执行该方法的分级预警系统。

2、技术方案：本发明所述的一种变压器运行状态监视的分级预警方法，包括：

3、（1）通过实时网关机、服务网关机、智能巡视主机及通信协议实时采集变压器的多源运行数据；所述多源运行数据包括电气量数据、非电气量数据、状态量数据及环境数据；

4、（2）对多源运行数据进行数据预处理及特征提取，提取变压器状态特征参数；所述状态特征参数包括油温特征值、负载特征值、档位特征值、冷却器状态特征值及有载分接开关动作特征值；

5、（3）基于变压器设备台账及变电站三维gis模型，建立变压器差异化监视模型；所述差异化监视模型包括横向对比分析和纵向趋势分析；

6、（4）将所述状态特征参数输入所述差异化监视模型进行综合评估，计算变压器的状态评估分值，并根据状态评估分值将变压器运行状态划分为正常状态、注意状态、异常状态及严重状态；

7、（5）根据划分的状态等级，生成分级预警信息；所述分级预警信息包括预警等级与预警类型；

8、（6）在集控系统二维或三维可视化界面上对变压器状态进行差异化展示，根据状态等级采用不同颜色标识和渲染方式进行区分显示，并对异常参数进行高亮标注和定位显示；

9、（7）执行预警信息推送与闭环处置，将分级预警信息推送至终端，自动生成处置工单，跟踪处置进度，并在处置完成后进行效果验证，形成预警、处置、验证的闭环管理。

10、步骤（1）中，所述电气量数据包括变压器三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数及频率；所述非电气量数据包括顶层油温、底层油温、绕组温度及油位；所述状态量数据包括有载分接开关档位、冷却器启停状态、风机运行状态、油泵运行状态及气体继电器状态；所述环境数据包括环境温度、环境湿度及变压器室温度。

11、步骤（3）中，所述横向对比分析用于同一变电站同型号变压器之间的运行参数对比分析，以同一变电站同型号变压器为对比对象，在负载率差值小于设定阈值的条件下，对比分析各台变压器的油温、绕组温度及运行状态参数，当参数偏差超过设定阈值时，自动标记异常并触发预警；所述纵向趋势分析用于单台变压器历史运行数据的趋势分析，以单台变压器历史数据为基准，采用周期性滑动窗口方法分析参数变化趋势，采用指数加权移动平均控制图方法、累积偏差辅助判据及孤立森林进行多维度联合异常检测，当检测到参数非线性突变或持续偏离历史均值超过设定倍数标准差时，自动标记异常并触发预警。

12、步骤（4）中，所述差异化监视模型的综合评估包括以下步骤：

13、（41）指标标准化评分：各维度的标准化评分采用极差归一化方法计算，根据各维度当前参数值偏离基准值的程度进行评分，公式为：

14、

15、其中，为第j个维度的标准化评分，为当前实时参数值，为该维度的基准值，为该维度的最大允许偏差；

16、（42）动态权重计算：采用层次分析法与熵权法相结合的动态赋权方法确定各维度权重，并结合环境温度进行修正；

17、（43）综合评分：综合评分按加权求和公式计算；

18、（44）等级划分：根据综合评估分值，将变压器运行状态划分为四个等级。

19、步骤（5）中，所述分级预警信息按严重程度分为严重预警、异常预警和注意预警；所述预警类型包括变压器油温异常预警、变压器油温差异预警、有载分接开关错滑档预警、有载分接开关动作次数超限预警、变压器冷却器异常预警、变压器低载高温运行异常预警及变压器油温变送器异常预警。

20、步骤（6）中，所述二维可视化展示包括在集控系统主接线图上采用不同颜色标识变压器状态；所述三维可视化展示包括在三维场景中对变压器模型进行动态渲染，根据状态等级分别采用绿色、黄色、橙色、红色进行着色展示，并在变电站三维gis模型中高亮定位异常部件；所述差异化展示同时支持以仪表盘、趋势曲线、柱状图及热力图形式展示变压器关键参数的实时值和历史变化趋势。

21、步骤（7）中，所述闭环管理包括以下步骤：

22、（71）分级预警信息生成后，通过集控系统消息总线实时推送至监控终端，并在告警窗和弹窗中分级展示，同步推送至移动运维终端；

23、（72）集控系统自动关联变压器设备台账、历史缺陷记录及检修记录，生成包含异常参数、故障原因分析和标准处置建议的处置工单；

24、（73）处置工单通过智能运维平台流转至运维人员，运维人员现场处置后反馈处置结果，集控系统采集处置后变压器数据验证处置效果；

25、（74）将处置结果和验证数据反馈至预警模型，采用贝叶斯更新方法动态调整模型参数和预警阈值，实现预警模型的持续优化。

26、步骤（74）中，所述预警模型的持续优化采用贝叶斯更新方法，将处置结果和验证数据构建反馈数据集d，通过最大后验估计动态调整关键参数向量；其中，为ahp-熵权法中的基准权重参数，为注意状态阈值、异常状态阈值和严重状态阈值。

27、本发明所述的一种变压器运行状态监视的分级预警系统，包括：

28、数据采集模块：用于通过实时网关机、服务网关机、智能巡视主机及通信协议实时采集变压器的多源运行数据；

29、数据处理与特征提取模块：用于对多源运行数据进行清洗、标准化处理及特征提取；

30、差异化监视模型构建模块：用于基于设备台账及变电站三维gis模型，建立包括横向对比分析和纵向趋势分析的差异化监视模型；

31、异常检测模块：包括ewma控制图检测单元、cusum判据检测单元和孤立森林联合检测单元，用于对状态特征参数进行多维度异常检测，并将异常检测结果输出至状态综合评估模块；

32、动态赋权模块：包括ahp初始权重计算单元、熵权法实时修正单元和环境温度修正单元，用于确定状态综合评估中各评估维度的权重，并将修正后的综合权重输出至状态综合评估模块；

33、状态综合评估模块：用于根据异常检测结果和动态权重计算变压器综合评分并进行等级划分；

34、分级预警模块：用于根据状态评估模块确定的状态等级，按严重程度生成三级预警信息；

35、差异化展示模块：用于在集控系统可视化界面上对变压器状态进行差异化展示；

36、闭环处置管理模块：包括预警推送单元、工单生成单元及贝叶斯反馈自优化单元，用于执行预警信息推送与闭环处置。

37、其中，所述各模块的连接关系为：数据采集模块连接数据预处理与特征提取模块；数据预处理与特征提取模块分别连接差异化监视模型构建模块和异常检测模块；异常检测模块和动态赋权模块分别连接状态综合评估模块；差异化监视模型构建模块连接状态综合评估模块；状态综合评估模块分别连接分级预警模块和差异化展示模块；分级预警模块连接闭环处置管理模块；闭环处置管理模块中的贝叶斯反馈自优化单元分别连接动态赋权模块和状态综合评估模块，形成反馈优化回路。

38、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：（1）在纵向趋势分析中采用ewma控制图、cusum判据与孤立森林的三重联合检测，实现对参数突变、持续性偏移与多参数联合异常的全覆盖检测，三者分工明确、互为补充；（2）引入贝叶斯反馈优化回路，使预警参数随运行数据持续自优化，替代传统固定经验阈值；（3）通过建立横向对比分析和纵向趋势分析相结合的差异化监视模型，实现了变压器运行状态的多维度综合评估与分级预警，三重联合异常检测方法可有效弥补单一阈值方法的不足，提升预警的准确性和鲁棒性；（4）通过二维或三维差异化展示方式，提升了异常定位的直观性和效率；通过预警-处置-验证的闭环管理机制，实现了变压器运维的全流程可追溯，有效降低了设备故障风险。