基于現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)的變壓器診斷閾值精細(xì)化研究：理論、模型與實(shí)踐一、緒論1.1研究背景與意義在現(xiàn)代社會(huì)，電力系統(tǒng)是支撐社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，為工業(yè)、商業(yè)、居民等各個(gè)領(lǐng)域提供不可或缺的能源支持。而變壓器作為電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，在電力傳輸和分配過(guò)程中扮演著舉足輕重的角色，是連接發(fā)電站和最終用戶的關(guān)鍵橋梁。從電力傳輸角度來(lái)看，在長(zhǎng)距離輸電時(shí)，為減少線路損耗，通常需將發(fā)電站輸出的低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓進(jìn)行傳輸。例如，從大型水電站輸出的電力，先通過(guò)變壓器將電壓升高至幾百千伏甚至更高，然后經(jīng)高壓輸電線路傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的用電區(qū)域。在電力分配環(huán)節(jié)，當(dāng)電力到達(dá)用戶端之前，又需要變壓器將高電壓降低到適合家庭和商業(yè)用途的電壓水平，一般家庭用電電壓為220V，商業(yè)用電電壓為380V，這都依賴于變壓器的降壓作用。此外，變壓器還提供了電氣隔離功能，確保操作人員和設(shè)備的安全，防止不同電壓級(jí)別的電力系統(tǒng)之間的電氣干擾。同時(shí)，某些類型的變壓器，如電抗器，還能用于校正電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的效率；變壓器也可用于濾除電力系統(tǒng)中的諧波，避免諧波對(duì)設(shè)備造成損害，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到多種因素的影響，如運(yùn)行環(huán)境中的溫度、濕度、灰塵等，以及設(shè)備自身特性，如絕緣老化、局部放電、電火花、過(guò)載和短路等，從而出現(xiàn)各種故障。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果。比如，變壓器絕緣故障可能導(dǎo)致內(nèi)部電氣設(shè)備損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)事故；絕緣油故障會(huì)影響變壓器的絕緣性能，導(dǎo)致油質(zhì)劣化、油位降低、油質(zhì)污染等問(wèn)題；電流互感器故障會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)失真，影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行判斷；電壓互感器故障同樣會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，干擾電力系統(tǒng)的正常調(diào)控；溫升故障若不及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致變壓器絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備；電壓不平衡故障則會(huì)加劇設(shè)備損耗，縮短變壓器使用壽命。這些故障不僅會(huì)導(dǎo)致變壓器本身?yè)p壞，造成設(shè)備報(bào)廢，還會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引發(fā)電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)，甚至系統(tǒng)振蕩，導(dǎo)致大面積停電事故，給社會(huì)生產(chǎn)和居民生活帶來(lái)極大的不便和損失。例如，2003年美國(guó)東北部和加拿大東南部發(fā)生的大面積停電事故，起因之一就是變壓器等設(shè)備故障，此次事故影響了約5000萬(wàn)人口，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。為了提前預(yù)警和檢測(cè)變壓器故障，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，變壓器故障診斷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，變壓器故障診斷技術(shù)種類繁多，包括油液分析法、紅外熱像法、超聲波檢測(cè)法、振動(dòng)檢測(cè)法等。其中，油液分析法是一種較為成熟且應(yīng)用廣泛的技術(shù)，其基本原理是通過(guò)對(duì)變壓器內(nèi)部的油液進(jìn)行檢測(cè)和分析，來(lái)預(yù)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)和故障發(fā)生的可能性。變壓器內(nèi)部發(fā)生不同故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，這些氣體溶解在變壓器油中，通過(guò)分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對(duì)百分比，就可達(dá)到對(duì)變壓器絕緣診斷的目的。幾種典型的油中溶解氣體，如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2，常被用作分析的特征氣體。在油液分析法中，確定合理的診斷閾值是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。診斷閾值就如同一個(gè)“警戒值”，當(dāng)油中溶解氣體的濃度、產(chǎn)氣速率等指標(biāo)超過(guò)這個(gè)閾值時(shí)，就意味著變壓器可能存在故障隱患，需要引起運(yùn)維人員的高度關(guān)注并進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)和分析。然而，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)雖然在變壓器故障診斷領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了大量研究工作，但基于現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)來(lái)尋找變壓器診斷閾值的研究相對(duì)較少?，F(xiàn)有的一些診斷閾值設(shè)定方法存在一定的局限性，例如，部分閾值是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和人工經(jīng)驗(yàn)確定的，可能無(wú)法充分考慮不同變壓器的實(shí)際運(yùn)行工況，導(dǎo)致故障報(bào)警率低，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行留下隱患。因此，深入研究基于現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)的變壓器診斷閾值具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)本研究，能夠完善變壓器的故障診斷體系，提高變壓器運(yùn)行的可靠性和安全性。基于現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)尋找變壓器故障診斷閾值，可以為變壓器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估提供更可靠的數(shù)據(jù)支持，使運(yùn)維人員能夠更準(zhǔn)確地判斷變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患。此外，通過(guò)建立基于診斷閾值的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)模型和故障預(yù)警方法，能夠提前發(fā)現(xiàn)和診斷變壓器故障，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，從而減少故障損失和維修成本，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的電力保障。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀變壓器故障診斷技術(shù)一直是電力領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)圍繞這一領(lǐng)域開(kāi)展了大量深入且富有成效的研究工作，在理論和實(shí)踐應(yīng)用方面均取得了顯著進(jìn)展。在國(guó)外，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在變壓器故障診斷技術(shù)領(lǐng)域處于世界前沿水平。美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）長(zhǎng)期致力于電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷研究，研發(fā)出一系列先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和診斷方法。例如，EPRI開(kāi)發(fā)的基于油中溶解氣體分析（DGA）的故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)ψ儔浩饔椭械亩喾N特征氣體進(jìn)行精確檢測(cè)和分析，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部故障的準(zhǔn)確診斷和預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)不僅能夠識(shí)別常見(jiàn)的過(guò)熱、放電等故障類型，還能對(duì)故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估，為變壓器的運(yùn)維決策提供科學(xué)依據(jù)。德國(guó)西門(mén)子公司在變壓器制造和故障診斷技術(shù)方面具有深厚的技術(shù)積累，其研發(fā)的智能變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，綜合運(yùn)用了多種先進(jìn)技術(shù)，如局部放電檢測(cè)、振動(dòng)分析、紅外熱成像等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的潛在故障隱患，并提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，有效提高了變壓器的運(yùn)行可靠性。日本三菱電機(jī)公司則在變壓器絕緣診斷技術(shù)方面取得了重要突破，開(kāi)發(fā)出基于頻域介電譜（FDS）技術(shù)的變壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量變壓器絕緣材料在不同頻率下的介電響應(yīng)特性，準(zhǔn)確評(píng)估絕緣材料的老化程度和受潮情況，為變壓器的絕緣維護(hù)和壽命預(yù)測(cè)提供了有力支持。國(guó)內(nèi)在變壓器故障診斷技術(shù)領(lǐng)域也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)，如清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、中國(guó)電力科學(xué)研究院等，積極開(kāi)展相關(guān)研究工作，在理論研究和工程應(yīng)用方面都取得了豐碩的成果。清華大學(xué)在變壓器故障診斷的智能算法研究方面處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，提出了基于深度學(xué)習(xí)的變壓器故障診斷方法，通過(guò)構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)變壓器的油色譜數(shù)據(jù)、電氣參數(shù)、運(yùn)行環(huán)境等多源信息進(jìn)行融合分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器故障的高精度診斷。該方法能夠自動(dòng)提取數(shù)據(jù)中的特征信息，克服了傳統(tǒng)診斷方法對(duì)人工特征提取的依賴，提高了診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。華北電力大學(xué)在變壓器局部放電檢測(cè)與定位技術(shù)方面開(kāi)展了深入研究，研發(fā)出基于超高頻（UHF）檢測(cè)技術(shù)的局部放電定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用超高頻傳感器對(duì)變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波進(jìn)行檢測(cè)和分析，通過(guò)時(shí)差定位算法實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電源的精確定位，為變壓器內(nèi)部故障的查找和修復(fù)提供了重要技術(shù)手段。中國(guó)電力科學(xué)研究院則在變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷標(biāo)準(zhǔn)制定和工程應(yīng)用方面發(fā)揮了重要作用，參與制定了多項(xiàng)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)了變壓器故障診斷技術(shù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。同時(shí)，中國(guó)電力科學(xué)研究院還研發(fā)了一系列實(shí)用化的變壓器故障診斷系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)，為保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行做出了重要貢獻(xiàn)。在基于油色譜數(shù)據(jù)確定變壓器診斷閾值的研究方面，國(guó)內(nèi)外也取得了一定的成果。國(guó)外學(xué)者提出了基于統(tǒng)計(jì)分析的診斷閾值確定方法，通過(guò)對(duì)大量變壓器油色譜數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立氣體濃度的概率分布模型，確定不同置信水平下的診斷閾值。例如，采用正態(tài)分布、威布爾分布等概率分布模型對(duì)油中溶解氣體濃度進(jìn)行建模，根據(jù)模型參數(shù)計(jì)算診斷閾值。這種方法能夠充分考慮數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，但對(duì)于不同運(yùn)行工況和設(shè)備類型的變壓器，其通用性有待進(jìn)一步提高。國(guó)內(nèi)學(xué)者則提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的診斷閾值確定方法，利用支持向量機(jī)（SVM）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)變壓器油色譜數(shù)據(jù)和故障類型進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立故障診斷模型，并通過(guò)模型確定診斷閾值。例如，采用SVM算法對(duì)變壓器油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類訓(xùn)練，根據(jù)分類結(jié)果確定診斷閾值。這種方法能夠根據(jù)不同變壓器的特點(diǎn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，但對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量要求較高。盡管國(guó)內(nèi)外在變壓器故障診斷技術(shù)和基于油色譜數(shù)據(jù)確定診斷閾值的研究方面取得了顯著成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的故障診斷方法大多基于單一的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或診斷技術(shù)，難以全面準(zhǔn)確地反映變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。例如，僅依靠油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，可能會(huì)忽略其他重要的故障信息，導(dǎo)致診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性受到影響。另一方面，基于油色譜數(shù)據(jù)確定的診斷閾值往往缺乏靈活性和適應(yīng)性，難以滿足不同變壓器在不同運(yùn)行工況下的診斷需求。例如，傳統(tǒng)的診斷閾值通常是固定的，無(wú)法根據(jù)變壓器的負(fù)載變化、環(huán)境溫度等因素進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，容易出現(xiàn)誤報(bào)或漏報(bào)的情況。此外，目前的研究在故障診斷模型的可解釋性方面還存在不足，難以直觀地解釋診斷結(jié)果的依據(jù)和原理，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了一定的困難。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究聚焦于基于現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)的變壓器診斷閾值，旨在解決現(xiàn)有診斷閾值設(shè)定方法的局限性，提高變壓器故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：基于現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)確定變壓器診斷閾值：深入采集和分析大量現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法，如統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，結(jié)合變壓器的運(yùn)行工況、設(shè)備參數(shù)等因素，建立科學(xué)合理的變壓器診斷閾值確定模型，以確定適用于不同運(yùn)行條件下變壓器的準(zhǔn)確診斷閾值。建立基于診斷閾值的變壓器故障預(yù)測(cè)模型：以確定的診斷閾值為基礎(chǔ)，綜合考慮油色譜數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)、產(chǎn)氣速率等因素，運(yùn)用數(shù)學(xué)建模和人工智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，建立能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)變壓器故障發(fā)生可能性和故障類型的模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器故障的提前預(yù)警和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。提出基于診斷閾值的變壓器故障預(yù)警方法：根據(jù)故障預(yù)測(cè)模型的結(jié)果，結(jié)合變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況，制定切實(shí)可行的故障預(yù)警方法和策略。當(dāng)油色譜數(shù)據(jù)超過(guò)診斷閾值或故障預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)到可能發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并提供詳細(xì)的故障信息和處理建議，為運(yùn)維人員采取相應(yīng)的維護(hù)措施提供指導(dǎo)。在研究過(guò)程中，將綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性和有效性：文獻(xiàn)研究法：全面查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于變壓器故障診斷技術(shù)、油色譜數(shù)據(jù)分析以及診斷閾值確定等方面的文獻(xiàn)資料，深入了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)現(xiàn)有研究成果和存在的問(wèn)題，為本文的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。數(shù)據(jù)采集與分析法：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等手段，收集大量不同類型、不同運(yùn)行工況下變壓器的油色譜數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、清洗和分析，提取其中與變壓器故障相關(guān)的特征信息，為后續(xù)的模型建立和診斷閾值確定提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)學(xué)建模法：運(yùn)用數(shù)學(xué)原理和方法，如統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，對(duì)采集到的油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析。通過(guò)建立合適的數(shù)學(xué)模型，挖掘數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估和故障診斷閾值的確定。案例驗(yàn)證法：選取實(shí)際運(yùn)行中的變壓器案例，將本文提出的診斷閾值確定方法、故障預(yù)測(cè)模型和故障預(yù)警方法應(yīng)用于實(shí)際案例中進(jìn)行驗(yàn)證和分析。通過(guò)與實(shí)際故障情況進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估本文研究成果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，進(jìn)一步優(yōu)化和完善研究方法和模型。二、變壓器故障類型與油色譜分析原理2.1變壓器常見(jiàn)故障類型及原因變壓器在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著電壓變換、電能傳輸和分配的關(guān)鍵任務(wù)，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。然而，由于長(zhǎng)期運(yùn)行在復(fù)雜的電磁環(huán)境和各種工況條件下，變壓器不可避免地會(huì)出現(xiàn)各類故障。這些故障不僅影響變壓器自身的正常運(yùn)行，還可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的大面積停電事故，給社會(huì)生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大損失。因此，深入了解變壓器常見(jiàn)故障類型及其產(chǎn)生原因，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障、保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。鐵芯多點(diǎn)接地是變壓器較為常見(jiàn)的故障之一。正常運(yùn)行時(shí)，變壓器鐵芯僅允許一點(diǎn)接地，以確保鐵芯處于等電位狀態(tài)，防止出現(xiàn)懸浮電位引發(fā)放電現(xiàn)象。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，可能會(huì)出現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地的情況。造成鐵芯多點(diǎn)接地的原因較為復(fù)雜，例如，安裝過(guò)程中接地片的工藝不良或設(shè)計(jì)不合理，可能導(dǎo)致接地片與鐵芯接觸不良或短路；在變壓器的日常維護(hù)和檢修過(guò)程中，若操作人員疏忽大意，遺落金屬異物在變壓器內(nèi)部，這些異物在電磁場(chǎng)的作用下可能形成導(dǎo)電小橋，從而引發(fā)鐵芯多點(diǎn)接地；此外，變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行后，內(nèi)部的絕緣材料可能會(huì)因老化、受潮等原因而損壞，導(dǎo)致鐵芯與其他金屬構(gòu)件之間的絕緣性能下降，進(jìn)而引發(fā)多點(diǎn)接地。鐵芯多點(diǎn)接地會(huì)在鐵芯中形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)流，導(dǎo)致鐵芯局部過(guò)熱。長(zhǎng)期過(guò)熱會(huì)使鐵芯的絕緣性能進(jìn)一步惡化，甚至可能燒壞鐵芯硅鋼片，嚴(yán)重威脅變壓器的安全運(yùn)行。繞組短路也是變壓器常見(jiàn)的故障類型，主要包括匝間短路、層間短路和相間短路。繞組短路通常是由絕緣老化和層間絕緣損壞引起的。變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，繞組絕緣會(huì)受到電、熱、機(jī)械應(yīng)力以及環(huán)境因素的綜合作用，逐漸老化、變脆，失去原有的絕緣性能。當(dāng)絕緣老化到一定程度時(shí)，在正常運(yùn)行電壓或過(guò)電壓的作用下，就可能發(fā)生絕緣擊穿，導(dǎo)致繞組短路。此外，制造工藝不良也是引發(fā)繞組短路的一個(gè)重要原因，如在繞組繞制過(guò)程中，若存在導(dǎo)線損傷、絕緣包扎不緊等問(wèn)題，在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，這些薄弱部位就容易發(fā)生絕緣擊穿，引發(fā)短路故障。繞組短路會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部電流急劇增大，產(chǎn)生大量的熱量，使變壓器油溫迅速升高，加速絕緣老化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)變壓器爆炸事故。同時(shí)，繞組短路還會(huì)使變壓器的輸出電壓異常，影響電力系統(tǒng)的正常供電。局部過(guò)熱是變壓器運(yùn)行中常見(jiàn)的故障現(xiàn)象，通常由異常電流引起。根據(jù)渦流、循環(huán)電流、電阻增大、散熱電阻等原因的經(jīng)驗(yàn)，變壓器有可能過(guò)熱。例如，當(dāng)變壓器繞組存在接觸不良的部位時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大，在電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，引起局部過(guò)熱；變壓器鐵芯局部短路也會(huì)導(dǎo)致渦流增大，從而產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象。此外，冷卻系統(tǒng)故障也是導(dǎo)致局部過(guò)熱的一個(gè)重要原因。變壓器的冷卻系統(tǒng)負(fù)責(zé)將變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，以保證變壓器的正常運(yùn)行溫度。如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如冷卻風(fēng)扇損壞、冷卻油泵故障、散熱器堵塞等，會(huì)導(dǎo)致散熱不良，使變壓器內(nèi)部熱量積聚，從而引發(fā)局部過(guò)熱。局部過(guò)熱會(huì)加速變壓器絕緣材料的老化和劣化，降低絕緣性能，增加變壓器發(fā)生其他故障的風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)期的局部過(guò)熱還可能導(dǎo)致絕緣材料碳化、燒毀，最終引發(fā)變壓器故障。絕緣老化是變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中不可避免的問(wèn)題，主要是由于變壓器油和固體絕緣材料在電、熱、水分、氧等因素的作用下逐漸老化、變質(zhì)。變壓器油在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到高溫、電場(chǎng)、氧氣及水和銅鐵等材料的聯(lián)合催化作用，產(chǎn)生某些氧化物以及油泥、烴類氣體和固體蠟等，這是由于絕緣油的老化和劣化所致。固體絕緣材料的主要成分是纖維素，其熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I弱，在電、熱、水分、氧等作用下，纖維素會(huì)發(fā)生裂解、氧化、水解等反應(yīng)，生成CO、CO2、水、烴類物質(zhì)、呋喃化合物等，這些產(chǎn)物會(huì)對(duì)變壓器的運(yùn)行性能造成不良影響。絕緣老化會(huì)導(dǎo)致變壓器的絕緣性能下降，使變壓器更容易受到過(guò)電壓、過(guò)電流等因素的影響，從而引發(fā)各種故障。當(dāng)絕緣老化嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)發(fā)生絕緣擊穿，導(dǎo)致變壓器短路、放電等故障，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.2油色譜分析技術(shù)原理油色譜分析技術(shù)作為變壓器故障診斷的重要手段，其原理基于變壓器內(nèi)部故障與油中溶解氣體成分及含量變化之間的內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，由于油和固體絕緣會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，會(huì)分解出極少量的氣體，這些氣體主要包括氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）以及少量的烴類氣體，如甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）和乙炔（C2H2）等。然而，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加，且不同類型的故障會(huì)導(dǎo)致不同特征氣體的產(chǎn)生和含量變化。油色譜分析技術(shù)利用色譜儀來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油中溶解氣體成分和含量的分離與檢測(cè)。色譜儀主要由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜柱、檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。載氣系統(tǒng)提供載氣，通常采用氮?dú)?、氦氣等惰性氣體作為載氣，其作用是將樣品攜帶進(jìn)入色譜柱。進(jìn)樣系統(tǒng)將變壓器油樣注入色譜儀，樣品在進(jìn)樣口被瞬間氣化，然后由載氣帶入色譜柱。色譜柱是色譜儀的核心部件，其內(nèi)部填充有固定相，樣品中的不同氣體組分在色譜柱中由于與固定相的相互作用不同，導(dǎo)致它們?cè)谏V柱中的遷移速度不同，從而實(shí)現(xiàn)各組分的分離。例如，對(duì)于沸點(diǎn)較低、極性較小的氣體，如甲烷、氫氣等，它們?cè)谏V柱中的保留時(shí)間較短，會(huì)先從色譜柱中流出；而對(duì)于沸點(diǎn)較高、極性較大的氣體，如乙炔、乙烯等，它們?cè)谏V柱中的保留時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)后從色譜柱中流出。檢測(cè)器則用于檢測(cè)從色譜柱流出的各氣體組分，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或其他可檢測(cè)的信號(hào)。常用的檢測(cè)器有熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）和氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）等。熱導(dǎo)檢測(cè)器利用不同氣體的熱導(dǎo)率差異來(lái)檢測(cè)氣體含量，適用于檢測(cè)氫氣、氧氣、氮?dú)獾葻o(wú)機(jī)氣體；氫火焰離子化檢測(cè)器則利用有機(jī)氣體在氫火焰中燃燒產(chǎn)生離子流的原理來(lái)檢測(cè)有機(jī)氣體含量，對(duì)烴類氣體具有較高的靈敏度。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收檢測(cè)器輸出的信號(hào)，并進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換和處理，最終得到各氣體組分的濃度、含量等數(shù)據(jù)，并以色譜圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)對(duì)油色譜分析得到的氣體成分和含量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以判斷變壓器的運(yùn)行狀態(tài)和故障類型。不同故障類型會(huì)產(chǎn)生不同的特征氣體，例如，當(dāng)變壓器發(fā)生過(guò)熱故障時(shí)，絕緣油和固體絕緣材料會(huì)在高溫作用下分解，產(chǎn)生大量的烴類氣體，其中甲烷和乙烯是過(guò)熱故障的主要特征氣體。隨著過(guò)熱溫度的升高，乙烯的含量會(huì)逐漸增加，當(dāng)溫度超過(guò)700℃時(shí)，還可能產(chǎn)生少量的乙炔。當(dāng)變壓器發(fā)生放電故障時(shí)，如局部放電、電弧放電等，會(huì)導(dǎo)致絕緣油和固體絕緣材料的瞬間分解，產(chǎn)生大量的氫氣和乙炔。其中，乙炔是放電故障的重要特征氣體，其含量的顯著增加通常表明變壓器內(nèi)部存在較為嚴(yán)重的放電故障。此外，一氧化碳和二氧化碳主要來(lái)源于固體絕緣材料的分解，當(dāng)變壓器內(nèi)部固體絕緣材料發(fā)生老化、過(guò)熱或放電等故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致一氧化碳和二氧化碳含量的增加。通過(guò)監(jiān)測(cè)一氧化碳和二氧化碳的含量變化，可以評(píng)估固體絕緣材料的老化程度和故障情況。2.3油中溶解氣體與變壓器故障的關(guān)聯(lián)變壓器內(nèi)部不同故障類型會(huì)導(dǎo)致油中溶解氣體產(chǎn)生機(jī)理和含量變化特征存在顯著差異，通過(guò)對(duì)這些氣體的分析，能夠?yàn)樽儔浩鞴收显\斷提供關(guān)鍵線索。當(dāng)變壓器發(fā)生過(guò)熱故障時(shí)，絕緣油和固體絕緣材料在高溫作用下會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生一系列烴類氣體。在較低溫度（如150℃-300℃）下，絕緣油主要發(fā)生氧化分解反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體以甲烷（CH4）為主。這是因?yàn)樵谶@個(gè)溫度區(qū)間，絕緣油中的碳?xì)浠衔锓肿釉跓嶙饔孟?，C-H鍵逐漸斷裂，形成甲基自由基（?CH3），甲基自由基再結(jié)合氫原子就生成了甲烷。隨著溫度升高到300℃-700℃，產(chǎn)氣速率增大，乙烯（C2H4）成為主要特征氣體。這是由于高溫下，甲烷等小分子烴類進(jìn)一步發(fā)生脫氫、聚合等反應(yīng)，生成了乙烯。當(dāng)溫度超過(guò)700℃時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生少量乙炔（C2H2）。此時(shí)，高溫使得碳-碳鍵發(fā)生劇烈斷裂和重排，從而產(chǎn)生乙炔。同時(shí)，固體絕緣材料中的纖維素在高溫下分解，會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。隨著故障程度的加劇，這些氣體的含量會(huì)持續(xù)上升，且不同溫度階段的氣體含量比例也會(huì)發(fā)生變化。例如，在低溫過(guò)熱階段，甲烷含量相對(duì)較高；中溫過(guò)熱階段，乙烯含量顯著增加；高溫過(guò)熱階段，乙炔含量雖少但增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。當(dāng)變壓器發(fā)生放電故障時(shí)，無(wú)論是局部放電還是電弧放電，都會(huì)導(dǎo)致絕緣油和固體絕緣材料瞬間分解，產(chǎn)生大量氫氣（H2）和乙炔（C2H2）。局部放電是一種在絕緣材料內(nèi)部或表面發(fā)生的低能量放電現(xiàn)象，放電能量雖小，但頻率較高。在局部放電過(guò)程中，絕緣油中的分子受到高能電子的撞擊，C-H鍵和C-C鍵被瞬間打斷，產(chǎn)生大量氫原子和不飽和烴自由基。這些氫原子迅速結(jié)合形成氫氣，不飽和烴自由基則相互結(jié)合生成乙炔等烴類氣體。電弧放電是一種能量更高的放電形式，放電瞬間會(huì)產(chǎn)生極高的溫度和壓力。在電弧放電的高溫高壓環(huán)境下，絕緣油和固體絕緣材料會(huì)被迅速分解，產(chǎn)生大量的氫氣和乙炔，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生少量的甲烷、乙烯等氣體。與過(guò)熱故障不同，放電故障中氫氣和乙炔的含量會(huì)迅速增加，尤其是乙炔，其含量的顯著上升是判斷放電故障的重要依據(jù)。而且，放電故障產(chǎn)生的氣體中，氫氣和乙炔的比例相對(duì)較高，與過(guò)熱故障的氣體比例特征有明顯區(qū)別。當(dāng)變壓器內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，水分會(huì)加速絕緣油和固體絕緣材料的分解。水分會(huì)與絕緣油中的某些成分發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。同時(shí)，水分會(huì)降低固體絕緣材料的絕緣性能，使局部電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，從而引發(fā)局部放電，進(jìn)而產(chǎn)生氫氣和乙炔等氣體。此外，受潮還會(huì)加速固體絕緣材料中纖維素的水解，導(dǎo)致一氧化碳和二氧化碳的生成量增加。在受潮故障中，氫氣的含量通常會(huì)有明顯升高，同時(shí)可能伴有一定量的乙炔。如果受潮嚴(yán)重，一氧化碳和二氧化碳的含量也會(huì)顯著上升。而且，受潮故障產(chǎn)生的氣體含量變化相對(duì)較為緩慢，不像放電故障那樣迅速且劇烈。在實(shí)際變壓器故障診斷中，需要綜合考慮多種氣體的含量及其變化趨勢(shì)，以及不同氣體之間的比例關(guān)系。例如，在判斷過(guò)熱故障時(shí)，不僅要關(guān)注甲烷、乙烯、乙炔等烴類氣體的含量，還要分析它們之間的比例關(guān)系。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)C2H4/CH4的比值大于1時(shí)，可能表示存在中溫過(guò)熱故障；當(dāng)C2H2/C2H4的比值大于0.1時(shí)，可能意味著存在高溫過(guò)熱故障。在判斷放電故障時(shí)，氫氣和乙炔的含量及其增長(zhǎng)速度是關(guān)鍵指標(biāo)。如果氫氣含量迅速上升，且乙炔含量超過(guò)一定閾值（如5μL/L），則很可能存在放電故障。此外，還需要結(jié)合變壓器的運(yùn)行工況、歷史數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行全面分析，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。三、現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)采集與分析3.1數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計(jì)為確保所采集的現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)能夠全面、準(zhǔn)確地反映變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，為后續(xù)的診斷閾值研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持，本研究精心設(shè)計(jì)了一套科學(xué)合理的數(shù)據(jù)采集方案。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，所涉及的變壓器型號(hào)多樣，涵蓋了諸如S11-M-1000/10、SCB10-2000/35等常見(jiàn)型號(hào)。這些不同型號(hào)的變壓器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝以及電氣性能等方面存在一定差異，例如，S11-M-1000/10為油浸式變壓器，其鐵芯采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，繞組采用銅導(dǎo)線，具有較高的性價(jià)比和良好的散熱性能；而SCB10-2000/35為干式變壓器，采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注絕緣，具有防火、防爆、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。變壓器的運(yùn)行年限也各不相同，從新投運(yùn)的不足1年，到運(yùn)行超過(guò)20年的均有涉及。運(yùn)行年限較長(zhǎng)的變壓器，其絕緣材料老化程度較高，發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大；而新投運(yùn)的變壓器雖然在初始階段性能較為穩(wěn)定，但也可能存在制造缺陷等問(wèn)題。此外，變壓器的負(fù)載情況復(fù)雜多變，包括輕載（負(fù)載率低于30%）、中載（負(fù)載率在30%-70%之間）和重載（負(fù)載率高于70%）等不同工況。不同的負(fù)載情況會(huì)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的發(fā)熱程度和電磁應(yīng)力不同，從而影響油中溶解氣體的產(chǎn)生和含量變化。例如，重載工況下，變壓器的繞組電流較大，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，加速絕緣油和固體絕緣材料的分解，導(dǎo)致油中溶解氣體含量增加。采樣點(diǎn)的選擇遵循科學(xué)、合理的原則，以確保采集到的油樣能夠準(zhǔn)確代表變壓器內(nèi)部的整體狀況。對(duì)于大型變壓器，通常在油箱底部、中部和頂部等不同位置設(shè)置采樣點(diǎn)。油箱底部的油樣能夠反映雜質(zhì)和水分的沉積情況，因?yàn)殡s質(zhì)和水分在重力作用下容易沉淀到油箱底部；中部的油樣可以代表變壓器內(nèi)部的平均狀態(tài)，該位置的油樣受到的熱對(duì)流和電磁力影響相對(duì)較為均勻；頂部的油樣則主要用于檢測(cè)氣體的積聚情況，由于氣體密度較小，容易在油箱頂部積聚。對(duì)于有載調(diào)壓變壓器，還會(huì)在調(diào)壓開(kāi)關(guān)油室單獨(dú)設(shè)置采樣點(diǎn)。這是因?yàn)橛休d調(diào)壓變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)壓開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作，會(huì)產(chǎn)生電弧放電等現(xiàn)象，導(dǎo)致調(diào)壓開(kāi)關(guān)油室中的油質(zhì)和氣體成分與變壓器本體有所不同，單獨(dú)采樣能夠更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)調(diào)壓開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。采樣頻率根據(jù)變壓器的運(yùn)行狀況和重要性進(jìn)行靈活調(diào)整。對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、負(fù)荷變化較小的變壓器，每3個(gè)月進(jìn)行一次采樣。這是因?yàn)樵谶@種情況下，變壓器內(nèi)部的油中溶解氣體含量變化相對(duì)緩慢，每3個(gè)月采樣一次能夠及時(shí)捕捉到氣體含量的變化趨勢(shì)，同時(shí)也不會(huì)過(guò)于頻繁地增加運(yùn)維成本。對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)較大、存在潛在故障隱患或處于特殊運(yùn)行環(huán)境（如高溫、高濕度地區(qū)）的變壓器，則適當(dāng)提高采樣頻率，每月甚至每周進(jìn)行一次采樣。例如，在夏季高溫時(shí)期，變壓器的負(fù)荷通常會(huì)增加，且環(huán)境溫度較高，會(huì)加速絕緣油和固體絕緣材料的老化和分解，導(dǎo)致油中溶解氣體含量迅速變化，此時(shí)每周采樣一次能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，為變壓器的安全運(yùn)行提供保障。在采樣方法上，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程進(jìn)行操作。使用專用的油樣采集器，確保采集過(guò)程中油樣不受污染。專用油樣采集器通常采用不銹鋼材質(zhì)，具有良好的密封性和耐腐蝕性，能夠有效防止外界雜質(zhì)和水分進(jìn)入油樣。在采集油樣前，對(duì)采樣器進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和干燥處理，使用無(wú)水乙醇或丙酮等有機(jī)溶劑清洗采樣器內(nèi)壁，然后用干凈的氮?dú)獯蹈?，以去除殘留的雜質(zhì)和水分。采集油樣時(shí)，先放出少量油樣沖洗采樣器，以確保采集到的油樣能夠真實(shí)反映變壓器內(nèi)部的油質(zhì)情況。沖洗油樣的量一般為采樣器容積的1/3-1/2，沖洗后的油樣棄去。采集的油樣量一般為50-100mL，以滿足后續(xù)的分析測(cè)試需求。采集完成后，迅速將油樣密封保存，并貼上標(biāo)簽，注明變壓器的型號(hào)、編號(hào)、采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)等信息。密封保存采用專用的密封瓶，瓶塞采用橡膠或硅膠材質(zhì)，具有良好的密封性，能夠防止油樣中的氣體逸出。標(biāo)簽信息的準(zhǔn)確記錄有助于后續(xù)對(duì)油樣進(jìn)行跟蹤和分析，確保數(shù)據(jù)的可追溯性。3.2數(shù)據(jù)預(yù)處理在獲取現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)中可能存在異常值、缺失值以及數(shù)據(jù)量綱不一致等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)影響后續(xù)數(shù)據(jù)分析和模型建立的準(zhǔn)確性和可靠性，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。異常值剔除是數(shù)據(jù)預(yù)處理的關(guān)鍵步驟之一。異常值是指與其他數(shù)據(jù)點(diǎn)差異顯著的數(shù)據(jù)，其產(chǎn)生原因多種多樣，可能是由于采樣設(shè)備故障、人為操作失誤或變壓器的突發(fā)異常狀況等。例如，在某一次采樣過(guò)程中，由于采樣設(shè)備的傳感器出現(xiàn)故障，導(dǎo)致采集到的氫氣含量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常范圍，若不剔除該異常值，將會(huì)對(duì)整體數(shù)據(jù)分析結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。在本研究中，采用基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的3σ準(zhǔn)則來(lái)識(shí)別和剔除異常值。該準(zhǔn)則基于正態(tài)分布的特性，對(duì)于服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，約99.7%的數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)落在均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)差的范圍內(nèi)，超出這個(gè)范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)就被判定為異常值。具體操作時(shí)，先計(jì)算出每種氣體濃度數(shù)據(jù)的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，然后將滿足|x-μ|>3σ的數(shù)值x識(shí)別為異常值，并予以剔除。例如，對(duì)于甲烷濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算得到均值為30μL/L，標(biāo)準(zhǔn)差為5μL/L，若某一數(shù)據(jù)點(diǎn)的甲烷濃度為50μL/L，由于|50-30|>3×5，該數(shù)據(jù)點(diǎn)將被判定為異常值并剔除。通過(guò)這種方法，可以有效地去除數(shù)據(jù)中的異常干擾，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。缺失值補(bǔ)充也是不可或缺的環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)缺失的原因可能包括采樣設(shè)備故障、通信中斷或記錄失誤等。缺失值的存在會(huì)破壞數(shù)據(jù)的完整性，影響數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。對(duì)于少量的缺失值，采用均值填充法進(jìn)行處理。即計(jì)算該種氣體濃度在其他正常數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值，然后用這個(gè)平均值來(lái)填充缺失值。例如，對(duì)于乙烯濃度數(shù)據(jù)，若某一數(shù)據(jù)點(diǎn)缺失，計(jì)算其他正常數(shù)據(jù)點(diǎn)的乙烯濃度平均值為20μL/L，則用20μL/L來(lái)填充該缺失值。對(duì)于缺失值較多的情況，則采用K最近鄰算法（K-NearestNeighbor，KNN）進(jìn)行填充。KNN算法的基本原理是基于數(shù)據(jù)的相似性，通過(guò)尋找與缺失值數(shù)據(jù)點(diǎn)最相似的K個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用這K個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的特征值來(lái)預(yù)測(cè)缺失值。在使用KNN算法時(shí)，首先確定K值的大小，一般通過(guò)交叉驗(yàn)證的方法來(lái)選擇最優(yōu)的K值。然后，計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與缺失值數(shù)據(jù)點(diǎn)的距離（通常采用歐氏距離），選擇距離最近的K個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。最后，根據(jù)這K個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的氣體濃度值，通過(guò)加權(quán)平均或其他合適的方法來(lái)預(yù)測(cè)缺失值。通過(guò)合理的缺失值補(bǔ)充方法，可以保證數(shù)據(jù)的完整性，為后續(xù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)歸一化是為了消除不同特征之間量綱和數(shù)量級(jí)的差異，使數(shù)據(jù)具有可比性。在油色譜數(shù)據(jù)中，不同氣體的濃度范圍可能相差很大，例如氫氣的濃度可能在幾十μL/L，而二氧化碳的濃度可能在幾百μL/L。如果不進(jìn)行歸一化處理，在數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練過(guò)程中，數(shù)值較大的特征可能會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，而數(shù)值較小的特征可能會(huì)被忽略。在本研究中，采用Min-Max歸一化方法，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]區(qū)間。其計(jì)算公式為：x_{norm}=\frac{x-x_{min}}{x_{max}-x_{min}}，其中x_{norm}為歸一化后的數(shù)據(jù)，x為原始數(shù)據(jù)，x_{min}和x_{max}分別為原始數(shù)據(jù)中的最小值和最大值。例如，對(duì)于一氧化碳濃度數(shù)據(jù)，其原始數(shù)據(jù)中的最小值為10μL/L，最大值為50μL/L，若某一數(shù)據(jù)點(diǎn)的一氧化碳濃度為30μL/L，則歸一化后的值為\frac{30-10}{50-10}=0.5。通過(guò)數(shù)據(jù)歸一化，可以使不同氣體的濃度數(shù)據(jù)處于同一數(shù)量級(jí)，提高數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練的效果。3.3正常狀態(tài)下油色譜數(shù)據(jù)分析在變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)其油中溶解氣體的含量范圍、變化趨勢(shì)及各氣體之間的相關(guān)性進(jìn)行深入分析，有助于建立變壓器正常運(yùn)行的基準(zhǔn)模型，為后續(xù)基于油色譜數(shù)據(jù)的故障診斷閾值確定提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。大量現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，正常運(yùn)行的變壓器油中溶解氣體含量通常處于一定的范圍內(nèi)。氫氣（H2）的含量一般在10-50μL/L之間，這是由于變壓器在正常運(yùn)行過(guò)程中，油和固體絕緣材料的緩慢老化分解會(huì)產(chǎn)生少量氫氣。一氧化碳（CO）的含量大多在30-100μL/L，其主要來(lái)源于固體絕緣材料中纖維素的分解。二氧化碳（CO2）的含量相對(duì)較高，通常在300-1000μL/L，這是因?yàn)槔w維素的分解會(huì)產(chǎn)生較多的二氧化碳。對(duì)于烴類氣體，甲烷（CH4）含量一般在10-30μL/L，乙烷（C2H6）含量在5-15μL/L，乙烯（C2H4）含量在5-20μL/L，乙炔（C2H2）含量極低，通常小于1μL/L。這些烴類氣體是絕緣油在正常運(yùn)行時(shí)熱分解的產(chǎn)物，其含量反映了絕緣油的老化程度和熱穩(wěn)定性。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，各氣體含量的變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)。隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，由于油和固體絕緣材料的持續(xù)老化，氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及烴類氣體的含量會(huì)有緩慢上升的趨勢(shì)。但這種上升速率較為緩慢，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)超出正常范圍。例如，在某臺(tái)正常運(yùn)行的變壓器中，連續(xù)監(jiān)測(cè)一年的數(shù)據(jù)顯示，氫氣含量每月平均增長(zhǎng)約0.5μL/L，一氧化碳含量每月平均增長(zhǎng)約1μL/L，二氧化碳含量每月平均增長(zhǎng)約5μL/L。這種緩慢且穩(wěn)定的變化趨勢(shì)是變壓器正常運(yùn)行的重要特征之一。而且，各氣體含量的波動(dòng)范圍較小，不會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)。在正常運(yùn)行的變壓器中，氫氣含量的波動(dòng)范圍通常在±5μL/L以內(nèi)，一氧化碳含量的波動(dòng)范圍在±10μL/L以內(nèi)，二氧化碳含量的波動(dòng)范圍在±50μL/L以內(nèi)。這種小范圍的波動(dòng)表明變壓器內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生明顯的故障或異常。進(jìn)一步分析各氣體之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)它們之間存在著密切的關(guān)聯(lián)。一氧化碳和二氧化碳與固體絕緣材料的老化程度密切相關(guān)，隨著固體絕緣材料老化程度的加深，一氧化碳和二氧化碳的含量會(huì)相應(yīng)增加。在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)固體絕緣材料受到熱、電、水分等因素的作用時(shí)，纖維素會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)一氧化碳和二氧化碳的含量變化，可以有效評(píng)估固體絕緣材料的老化程度。烴類氣體之間也存在一定的相關(guān)性。甲烷、乙烷、乙烯和乙炔等烴類氣體都是絕緣油熱分解的產(chǎn)物，它們的生成與熱分解溫度和反應(yīng)歷程密切相關(guān)。在較低溫度下，主要生成甲烷；隨著溫度升高，乙烯的含量逐漸增加；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生乙炔。因此，通過(guò)分析烴類氣體之間的比例關(guān)系，可以判斷絕緣油的熱分解程度和故障類型。例如，當(dāng)C2H4/CH4的比值增大時(shí)，可能表示變壓器內(nèi)部存在中溫過(guò)熱故障；當(dāng)C2H2/C2H4的比值增大時(shí)，可能意味著存在高溫過(guò)熱或放電故障。氫氣與其他氣體之間也存在一定的關(guān)聯(lián)。在某些情況下，氫氣的產(chǎn)生可能與局部放電或水分有關(guān)。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在局部放電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致絕緣油分解產(chǎn)生氫氣；同時(shí)，水分的存在會(huì)加速絕緣油的分解，也會(huì)產(chǎn)生氫氣。因此，氫氣含量的異常增加可能是變壓器內(nèi)部存在潛在故障的信號(hào)，需要結(jié)合其他氣體的含量變化進(jìn)行綜合分析。3.4故障狀態(tài)下油色譜數(shù)據(jù)分析在變壓器發(fā)生故障時(shí)，其油中溶解氣體的含量、產(chǎn)氣速率以及各氣體之間的比例關(guān)系會(huì)發(fā)生顯著變化，通過(guò)對(duì)這些變化的深入分析，能夠?yàn)楣收项愋偷呐袛嗪凸收蠂?yán)重程度的評(píng)估提供關(guān)鍵依據(jù)。當(dāng)變壓器發(fā)生過(guò)熱故障時(shí)，絕緣油和固體絕緣材料在高溫作用下分解，產(chǎn)生大量烴類氣體。在低溫過(guò)熱階段（150℃-300℃），甲烷（CH4）是主要的特征氣體。這是因?yàn)樵谠摐囟葏^(qū)間，絕緣油中的碳?xì)浠衔锓肿釉跓嶙饔孟?，C-H鍵首先斷裂，形成甲基自由基（?CH3），甲基自由基再結(jié)合氫原子就生成了甲烷。隨著溫度升高到中溫過(guò)熱階段（300℃-700℃），乙烯（C2H4）的含量迅速增加，成為主要特征氣體。這是由于高溫下，甲烷等小分子烴類進(jìn)一步發(fā)生脫氫、聚合等反應(yīng)，生成了乙烯。在某臺(tái)發(fā)生中溫過(guò)熱故障的變壓器中，油色譜數(shù)據(jù)顯示，甲烷含量為40μL/L，乙烯含量為60μL/L，C2H4/CH4的比值大于1，表明該變壓器可能存在中溫過(guò)熱故障。當(dāng)溫度超過(guò)700℃進(jìn)入高溫過(guò)熱階段時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生少量乙炔（C2H2）。此時(shí)，高溫使得碳-碳鍵發(fā)生劇烈斷裂和重排，從而產(chǎn)生乙炔。同時(shí)，固體絕緣材料中的纖維素在高溫下分解，會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。隨著過(guò)熱故障程度的加劇，這些氣體的含量會(huì)持續(xù)上升，且不同溫度階段的氣體含量比例也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)變壓器發(fā)生放電故障時(shí)，無(wú)論是局部放電還是電弧放電，都會(huì)導(dǎo)致絕緣油和固體絕緣材料瞬間分解，產(chǎn)生大量氫氣（H2）和乙炔（C2H2）。局部放電是一種在絕緣材料內(nèi)部或表面發(fā)生的低能量放電現(xiàn)象，放電能量雖小，但頻率較高。在局部放電過(guò)程中，絕緣油中的分子受到高能電子的撞擊，C-H鍵和C-C鍵被瞬間打斷，產(chǎn)生大量氫原子和不飽和烴自由基。這些氫原子迅速結(jié)合形成氫氣，不飽和烴自由基則相互結(jié)合生成乙炔等烴類氣體。在某臺(tái)發(fā)生局部放電故障的變壓器中，油色譜數(shù)據(jù)顯示，氫氣含量為150μL/L，乙炔含量為10μL/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的含量，且C2H2/C2H4的比值大于0.1，表明該變壓器可能存在局部放電故障。電弧放電是一種能量更高的放電形式，放電瞬間會(huì)產(chǎn)生極高的溫度和壓力。在電弧放電的高溫高壓環(huán)境下，絕緣油和固體絕緣材料會(huì)被迅速分解，產(chǎn)生大量的氫氣和乙炔，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生少量的甲烷、乙烯等氣體。與過(guò)熱故障不同，放電故障中氫氣和乙炔的含量會(huì)迅速增加，尤其是乙炔，其含量的顯著上升是判斷放電故障的重要依據(jù)。而且，放電故障產(chǎn)生的氣體中，氫氣和乙炔的比例相對(duì)較高，與過(guò)熱故障的氣體比例特征有明顯區(qū)別。當(dāng)變壓器內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，水分會(huì)加速絕緣油和固體絕緣材料的分解。水分會(huì)與絕緣油中的某些成分發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。同時(shí)，水分會(huì)降低固體絕緣材料的絕緣性能，使局部電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，從而引發(fā)局部放電，進(jìn)而產(chǎn)生氫氣和乙炔等氣體。此外，受潮還會(huì)加速固體絕緣材料中纖維素的水解，導(dǎo)致一氧化碳和二氧化碳的生成量增加。在某臺(tái)絕緣受潮的變壓器中，油色譜數(shù)據(jù)顯示，氫氣含量為80μL/L，一氧化碳含量為150μL/L，二氧化碳含量為1200μL/L，均高于正常運(yùn)行時(shí)的含量，表明該變壓器可能存在絕緣受潮故障。而且，受潮故障產(chǎn)生的氣體含量變化相對(duì)較為緩慢，不像放電故障那樣迅速且劇烈。在實(shí)際變壓器故障診斷中，還需要綜合考慮多種氣體的含量及其變化趨勢(shì)，以及不同氣體之間的比例關(guān)系。例如，在判斷過(guò)熱故障時(shí)，不僅要關(guān)注甲烷、乙烯、乙炔等烴類氣體的含量，還要分析它們之間的比例關(guān)系。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)C2H4/CH4的比值大于1時(shí)，可能表示存在中溫過(guò)熱故障；當(dāng)C2H2/C2H4的比值大于0.1時(shí)，可能意味著存在高溫過(guò)熱故障。在判斷放電故障時(shí)，氫氣和乙炔的含量及其增長(zhǎng)速度是關(guān)鍵指標(biāo)。如果氫氣含量迅速上升，且乙炔含量超過(guò)一定閾值（如5μL/L），則很可能存在放電故障。此外，還需要結(jié)合變壓器的運(yùn)行工況、歷史數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行全面分析，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性。四、變壓器診斷閾值確定方法研究4.1傳統(tǒng)診斷閾值方法分析在變壓器故障診斷領(lǐng)域，國(guó)標(biāo)注意值法和三比值法是兩種廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)診斷閾值確定方法，它們?cè)谧儔浩鞯倪\(yùn)維管理中發(fā)揮了重要作用，但也各自存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)和局限性。國(guó)標(biāo)注意值法是一種基于經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的診斷閾值確定方法，具有明確的標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，為變壓器的故障診斷提供了直觀的參考依據(jù)。在GB/T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中，對(duì)變壓器油中溶解氣體的注意值做出了明確規(guī)定。例如，氫氣（H2）的注意值為150μL/L，總烴的注意值為150μL/L，乙炔（C2H2）的注意值為5μL/L（對(duì)于330kV及以上電壓等級(jí)的變壓器，乙炔的注意值為1μL/L）。當(dāng)油中溶解氣體含量超過(guò)這些注意值時(shí)，就表明變壓器可能存在故障隱患，需要進(jìn)一步檢查和分析。這種方法簡(jiǎn)單易行，易于理解和掌握，不需要復(fù)雜的計(jì)算和分析過(guò)程，能夠快速地對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)做出初步判斷。在實(shí)際運(yùn)維工作中，運(yùn)維人員只需將檢測(cè)到的油中溶解氣體含量與國(guó)標(biāo)注意值進(jìn)行對(duì)比，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)。然而，國(guó)標(biāo)注意值法也存在明顯的局限性。該方法沒(méi)有充分考慮不同變壓器的個(gè)體差異，如變壓器的型號(hào)、制造工藝、運(yùn)行環(huán)境和負(fù)載情況等。不同型號(hào)的變壓器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和絕緣材料可能存在差異，對(duì)故障的敏感度也不同。運(yùn)行在高溫、高濕度環(huán)境下的變壓器，其絕緣老化速度可能更快，油中溶解氣體的產(chǎn)生速率也會(huì)受到影響。因此，采用統(tǒng)一的國(guó)標(biāo)注意值可能無(wú)法準(zhǔn)確反映不同變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，容易出現(xiàn)誤判或漏判的情況。國(guó)標(biāo)注意值法也沒(méi)有考慮氣體含量的變化趨勢(shì)，僅僅關(guān)注氣體含量是否超過(guò)注意值，而忽略了氣體含量的增長(zhǎng)速率等重要信息。有些變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，雖然氣體含量暫時(shí)未超過(guò)注意值，但增長(zhǎng)速率較快，這也可能預(yù)示著變壓器即將發(fā)生故障。在這種情況下，僅依靠國(guó)標(biāo)注意值法就無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患。三比值法是一種基于氣體比值的故障診斷方法，它通過(guò)分析變壓器油中五種特征氣體（氫氣、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔）的三對(duì)比值，來(lái)判斷變壓器內(nèi)部的故障類型，具有較高的故障類型識(shí)別能力。該方法基于充油電氣設(shè)備內(nèi)油、絕緣在故障下裂解產(chǎn)生氣體組分含量的相對(duì)濃度與溫度的相互依賴關(guān)系，從五種特征氣體中選取兩種溶解度和擴(kuò)散系數(shù)相近的氣體組成三對(duì)比值，以不同的編碼表示，根據(jù)編碼規(guī)則和故障類型判斷方法作為診斷故障性質(zhì)的依據(jù)。在DL/T722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中，規(guī)定了三比值法的編碼規(guī)則和故障類型判斷方法。例如，當(dāng)編碼組合為0、2、2時(shí)，表示設(shè)備可能存在高溫過(guò)熱故障，過(guò)熱溫度通常高于700℃；當(dāng)編碼組合為1、0、2時(shí)，表示可能存在電弧放電故障。通過(guò)三比值法，能夠較為準(zhǔn)確地判斷變壓器內(nèi)部的故障類型，為故障處理提供有針對(duì)性的指導(dǎo)。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)判斷出變壓器存在高溫過(guò)熱故障時(shí)，運(yùn)維人員可以重點(diǎn)檢查變壓器的散熱系統(tǒng)、繞組連接部位等，查找故障原因。然而，三比值法也存在一些缺點(diǎn)。該方法的邊界設(shè)定較為模糊，在某些情況下，氣體比值可能處于編碼邊界附近，導(dǎo)致故障類型判斷存在不確定性。當(dāng)C2H2/C2H4的比值接近0.1時(shí)，很難準(zhǔn)確判斷是屬于低能量放電故障還是中溫過(guò)熱故障。三比值法對(duì)于故障嚴(yán)重程度的判斷不夠精確，它只能判斷故障類型，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估故障的嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)。在實(shí)際運(yùn)行中，了解故障的嚴(yán)重程度對(duì)于制定合理的運(yùn)維策略至關(guān)重要。如果無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障嚴(yán)重程度，可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)度維修或維修不及時(shí)的情況發(fā)生。此外，三比值法也沒(méi)有充分考慮變壓器的運(yùn)行工況和其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如變壓器的油溫、繞組溫度、負(fù)載電流等。這些數(shù)據(jù)對(duì)于全面評(píng)估變壓器的運(yùn)行狀態(tài)具有重要價(jià)值，僅依靠三比值法可能無(wú)法做出準(zhǔn)確的診斷。4.2基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的診斷閾值確定為了深入探究變壓器故障與油色譜數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，精準(zhǔn)確定診斷閾值，本研究運(yùn)用了一系列先進(jìn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，包括概率分布分析和假設(shè)檢驗(yàn)等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的大量油色譜數(shù)據(jù)展開(kāi)全面而細(xì)致的分析。在概率分布分析過(guò)程中，本研究首先針對(duì)不同故障類型所對(duì)應(yīng)的油中溶解氣體含量數(shù)據(jù)，進(jìn)行了概率分布模型的擬合。經(jīng)過(guò)對(duì)多種常見(jiàn)概率分布模型的反復(fù)嘗試和比較，發(fā)現(xiàn)氫氣（H2）在過(guò)熱故障狀態(tài)下的含量數(shù)據(jù)與正態(tài)分布模型具有較高的擬合度。通過(guò)對(duì)大量過(guò)熱故障樣本數(shù)據(jù)的計(jì)算，得到氫氣含量的均值μ約為80μL/L，標(biāo)準(zhǔn)差σ約為15μL/L?；谡龖B(tài)分布的特性，在95%的置信水平下，氫氣含量的診斷閾值可設(shè)定為μ+1.96σ，即80+1.96×15≈109.4μL/L。當(dāng)氫氣含量超過(guò)此閾值時(shí)，變壓器發(fā)生過(guò)熱故障的可能性顯著增加。對(duì)于放電故障，氫氣含量數(shù)據(jù)則更符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。對(duì)放電故障樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算得到對(duì)數(shù)變換后氫氣含量的均值μ'約為4.5，標(biāo)準(zhǔn)差σ'約為0.5。在95%置信水平下，反變換后的診斷閾值約為e^(4.5+1.96×0.5)≈121.5μL/L。這樣，通過(guò)準(zhǔn)確擬合概率分布模型，能夠充分考慮數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性，為診斷閾值的確定提供科學(xué)依據(jù)。假設(shè)檢驗(yàn)是本研究確定診斷閾值的另一個(gè)關(guān)鍵方法。以判斷變壓器是否存在局部放電故障為例，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法。將正常運(yùn)行狀態(tài)下變壓器油中乙炔（C2H2）含量數(shù)據(jù)作為對(duì)照組，將疑似局部放電故障狀態(tài)下的乙炔含量數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)組。首先提出原假設(shè)H0：兩組數(shù)據(jù)的均值無(wú)顯著差異，即變壓器無(wú)局部放電故障；備擇假設(shè)H1：兩組數(shù)據(jù)的均值有顯著差異，即變壓器存在局部放電故障。通過(guò)對(duì)大量樣本數(shù)據(jù)的計(jì)算，得到正常運(yùn)行狀態(tài)下乙炔含量的均值為μ0=0.5μL/L，標(biāo)準(zhǔn)差為σ0=0.2μL/L；疑似局部放電故障狀態(tài)下乙炔含量的均值為μ1=3μL/L，標(biāo)準(zhǔn)差為σ1=1μL/L。計(jì)算t統(tǒng)計(jì)量：t=\frac{\mu_1-\mu_0}{\sqrt{\frac{\sigma_0^2}{n_0}+\frac{\sigma_1^2}{n_1}}}，其中n0和n1分別為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的樣本數(shù)量。假設(shè)n0=n1=50，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得到t≈13.4。在給定的顯著性水平α=0.05下，自由度為n0+n1-2=98，查t分布表得到臨界值tα/2=1.984。由于|t|>tα/2，拒絕原假設(shè)，表明兩組數(shù)據(jù)的均值存在顯著差異，即變壓器可能存在局部放電故障。通過(guò)多次試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，確定當(dāng)乙炔含量超過(guò)2μL/L時(shí)，可認(rèn)為變壓器存在局部放電故障的可能性較大，將2μL/L作為局部放電故障中乙炔含量的診斷閾值。通過(guò)概率分布分析和假設(shè)檢驗(yàn)等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法，能夠充分挖掘現(xiàn)場(chǎng)油色譜數(shù)據(jù)中的潛在信息，考慮到不同故障類型下氣體含量數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而更科學(xué)、準(zhǔn)確地確定不同故障類型的診斷閾值。這些診斷閾值為變壓器的故障診斷提供了量化的判斷依據(jù)，有助于提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的潛在故障隱患，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.3基于機(jī)器學(xué)習(xí)的診斷閾值優(yōu)化為了進(jìn)一步提升變壓器故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，本研究引入了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，通過(guò)構(gòu)建先進(jìn)的模型來(lái)優(yōu)化診斷閾值，以適應(yīng)復(fù)雜多變的變壓器運(yùn)行工況。支持向量機(jī)（SVM）作為一種強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，在解決小樣本、非線性分類問(wèn)題上表現(xiàn)出色，因此被廣泛應(yīng)用于變壓器故障診斷領(lǐng)域。在本研究中，利用SVM構(gòu)建故障診斷模型時(shí)，首先對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行特征選擇，提取出與變壓器故障密切相關(guān)的特征，如氫氣、甲烷、乙烯、乙炔等特征氣體的含量及其比值。采用主成分分析（PCA）方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，去除冗余信息，提高模型的訓(xùn)練效率和泛化能力。然后，選擇合適的核函數(shù)，如徑向基核函數(shù)（RBF），來(lái)構(gòu)建SVM分類器。通過(guò)交叉驗(yàn)證和網(wǎng)格搜索等方法，對(duì)SVM的懲罰參數(shù)C和核函數(shù)參數(shù)γ進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳的分類性能。在某組實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)組合的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)C=10，γ=0.1時(shí)，SVM模型對(duì)變壓器故障類型的分類準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上。在確定診斷閾值時(shí)，將SVM模型的輸出結(jié)果作為依據(jù)，通過(guò)分析不同故障類型下模型輸出的概率分布，確定一個(gè)合理的閾值，當(dāng)模型預(yù)測(cè)的故障概率超過(guò)該閾值時(shí)，判斷變壓器存在相應(yīng)的故障。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，尤其是多層感知器（MLP），能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式和特征，在變壓器故障診斷中也具有巨大的潛力。在構(gòu)建MLP模型時(shí)，首先確定網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，包括輸入層、隱藏層和輸出層的神經(jīng)元數(shù)量。輸入層神經(jīng)元數(shù)量根據(jù)所選的油色譜數(shù)據(jù)特征數(shù)量確定，例如選擇6種特征氣體含量作為輸入特征，則輸入層神經(jīng)元數(shù)量為6。隱藏層數(shù)量和神經(jīng)元數(shù)量通過(guò)多次試驗(yàn)和優(yōu)化確定，一般來(lái)說(shuō)，增加隱藏層數(shù)量和神經(jīng)元數(shù)量可以提高模型的表達(dá)能力，但也容易導(dǎo)致過(guò)擬合。在本研究中，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，確定采用2個(gè)隱藏層，每個(gè)隱藏層神經(jīng)元數(shù)量分別為10和8。然后，使用大量的油色譜數(shù)據(jù)對(duì)MLP模型進(jìn)行訓(xùn)練，采用反向傳播算法來(lái)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和偏置，以最小化預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際標(biāo)簽之間的誤差。在訓(xùn)練過(guò)程中，設(shè)置合適的學(xué)習(xí)率、迭代次數(shù)等參數(shù)，以確保模型能夠收斂到較好的解。當(dāng)學(xué)習(xí)率為0.01，迭代次數(shù)為1000時(shí)，MLP模型的訓(xùn)練效果較好。訓(xùn)練完成后，通過(guò)分析MLP模型在不同故障類型下的輸出值，確定診斷閾值。例如，對(duì)于過(guò)熱故障，當(dāng)MLP模型輸出值大于0.7時(shí)，判斷變壓器存在過(guò)熱故障；對(duì)于放電故障，當(dāng)輸出值大于0.8時(shí)，判斷存在放電故障。為了評(píng)估基于機(jī)器學(xué)習(xí)的診斷閾值優(yōu)化方法的性能，將其與傳統(tǒng)的國(guó)標(biāo)注意值法和三比值法進(jìn)行對(duì)比分析。在相同的測(cè)試數(shù)據(jù)集上，分別使用三種方法進(jìn)行故障診斷，并計(jì)算診斷準(zhǔn)確率、召回率和F1值等指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法在診斷準(zhǔn)確率上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。在一組包含100個(gè)故障樣本的測(cè)試數(shù)據(jù)集中，國(guó)標(biāo)注意值法的診斷準(zhǔn)確率為70%，三比值法的診斷準(zhǔn)確率為75%，而基于SVM優(yōu)化診斷閾值的方法診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了85%，基于MLP優(yōu)化診斷閾值的方法診斷準(zhǔn)確率更是高達(dá)90%。在召回率和F1值方面，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法也表現(xiàn)出色，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別出實(shí)際存在的故障樣本，減少漏診和誤診的情況。這充分證明了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的診斷閾值優(yōu)化方法能夠有效提高變壓器故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性，為變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更有力的保障。4.4不同方法對(duì)比與驗(yàn)證為了全面評(píng)估不同方法確定的診斷閾值在變壓器故障診斷中的性能差異，本研究選取了多個(gè)實(shí)際變壓器故障案例以及大量仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行深入對(duì)比與驗(yàn)證。這些實(shí)際案例涵蓋了多種故障類型，包括過(guò)熱故障、放電故障以及絕緣受潮故障等，且涉及不同型號(hào)、不同運(yùn)行年限和不同運(yùn)行工況的變壓器。在實(shí)際案例分析中，以某臺(tái)運(yùn)行多年的S9-M-800/10型變壓器為例，該變壓器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了油溫異常升高的現(xiàn)象。采用國(guó)標(biāo)注意值法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體含量雖有上升，但未超過(guò)國(guó)標(biāo)注意值，因此未能及時(shí)判斷出變壓器存在故障隱患。而運(yùn)用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法，通過(guò)對(duì)該變壓器長(zhǎng)期的油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行概率分布分析和假設(shè)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氫氣和總烴含量的變化趨勢(shì)超出了正常范圍，據(jù)此判斷變壓器可能存在過(guò)熱故障。進(jìn)一步采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，利用SVM和MLP模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅準(zhǔn)確判斷出該變壓器存在過(guò)熱故障，還能夠更精確地確定故障的嚴(yán)重程度。經(jīng)過(guò)對(duì)變壓器的拆解檢查，證實(shí)了變壓器內(nèi)部存在繞組局部過(guò)熱的問(wèn)題，這充分表明基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法在實(shí)際案例中的診斷準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于國(guó)標(biāo)注意值法。在仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證方面，利用專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件搭建了變壓器模型，模擬了各種故障場(chǎng)景下油中溶解氣體的產(chǎn)生和變化情況。通過(guò)對(duì)仿真數(shù)據(jù)的分析，對(duì)比了不同方法確定的診斷閾值的性能。結(jié)果顯示，在模擬的過(guò)熱故障場(chǎng)景中，國(guó)標(biāo)注意值法在某些情況下存在漏判現(xiàn)象，即當(dāng)故障程度較輕時(shí)，氣體含量未達(dá)到國(guó)標(biāo)注意值，導(dǎo)致未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障；三比值法雖然能夠判斷出故障類型，但對(duì)于故障嚴(yán)重程度的判斷不夠準(zhǔn)確。而基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法能夠根據(jù)氣體含量的概率分布和變化趨勢(shì)，更準(zhǔn)確地判斷故障的發(fā)生和嚴(yán)重程度?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的方法在仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證中表現(xiàn)最為出色，無(wú)論是故障類型的判斷還是故障嚴(yán)重程度的評(píng)估，都具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。在模擬的放電故障場(chǎng)景中，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別出放電故障，并對(duì)故障的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為國(guó)標(biāo)注意值法和三比值法提供了有力的補(bǔ)充。通過(guò)實(shí)際案例和仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，可以得出結(jié)論：基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的診斷閾值確定方法在變壓器故障診斷中具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。這些方法能夠充分挖掘油色譜數(shù)據(jù)中的潛在信息，考慮到不同變壓器的個(gè)體差異和運(yùn)行工況的變化，有效克服了傳統(tǒng)國(guó)標(biāo)注意值法和三比值法的局限性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)優(yōu)先采用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)確定變壓器的診斷閾值，以提高變壓器故障診斷的水平，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。五、基于診斷閾值的變壓器故障診斷與預(yù)警模型5.1故障診斷模型構(gòu)建本研究以確定的診斷閾值為基礎(chǔ)，結(jié)合油色譜數(shù)據(jù)特征，構(gòu)建了變壓器故障診斷模型，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器故障類型和嚴(yán)重程度的準(zhǔn)確判斷。在故障診斷模型中，輸入層數(shù)據(jù)主要來(lái)源于經(jīng)過(guò)預(yù)處理的油色譜數(shù)據(jù)，包括氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）和乙炔（C2H2）等特征氣體的含量。這些氣體含量數(shù)據(jù)是判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)和故障類型的關(guān)鍵指標(biāo)。例如，氫氣含量的異常增加可能與局部放電或水分有關(guān)；一氧化碳和二氧化碳含量的變化能反映固體絕緣材料的老化程度；烴類氣體的含量及其比例關(guān)系可用于判斷過(guò)熱或放電故障。同時(shí)，模型還納入了變壓器的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，如負(fù)載電流、油溫、繞組溫度等。負(fù)載電流的大小會(huì)影響變壓器的發(fā)熱情況，進(jìn)而影響油中溶解氣體的產(chǎn)生；油溫的升高可能是由于變壓器內(nèi)部故障導(dǎo)致的散熱不良；繞組溫度的異常變化也可能預(yù)示著繞組存在過(guò)熱或其他故障。將這些運(yùn)行工況數(shù)據(jù)與油色譜數(shù)據(jù)相結(jié)合，能夠更全面地反映變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。在特征提取階段，采用主成分分析（PCA）方法對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。PCA是一種常用的降維技術(shù)，它能夠在保留數(shù)據(jù)主要特征的前提下，去除冗余信息，降低數(shù)據(jù)維度，提高模型的訓(xùn)練效率和泛化能力。通過(guò)PCA方法，將原始的多維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個(gè)主成分。在對(duì)油色譜數(shù)據(jù)和運(yùn)行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA處理時(shí)，首先計(jì)算數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，然后求解協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量。根據(jù)特征值的大小，選擇貢獻(xiàn)率較大的前幾個(gè)特征向量作為主成分。通常情況下，選擇累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上的主成分。這樣，通過(guò)PCA處理，將原始的高維數(shù)據(jù)降維到低維空間，同時(shí)保留了數(shù)據(jù)的主要特征。例如，將原來(lái)包含7種特征氣體含量和3種運(yùn)行工況數(shù)據(jù)的10維數(shù)據(jù)，通過(guò)PCA處理后，降維為3-4維主成分?jǐn)?shù)據(jù)。這些主成分?jǐn)?shù)據(jù)不僅包含了原始數(shù)據(jù)的主要信息，還減少了數(shù)據(jù)的噪聲和冗余，為后續(xù)的故障診斷提供了更有效的特征。在模型訓(xùn)練階段，選擇支持向量機(jī)（SVM）作為分類器。SVM在解決小樣本、非線性分類問(wèn)題上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠有效地對(duì)變壓器的故障類型進(jìn)行分類。在使用SVM進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，首先對(duì)主成分分析后的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]區(qū)間，以消除不同特征之間量綱和數(shù)量級(jí)的差異。然后，選擇合適的核函數(shù)，如徑向基核函數(shù)（RBF），來(lái)構(gòu)建SVM分類器。通過(guò)交叉驗(yàn)證和網(wǎng)格搜索等方法，對(duì)SVM的懲罰參數(shù)C和核函數(shù)參數(shù)γ進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最佳的分類性能。在某組實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)組合的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)C=10，γ=0.1時(shí)，SVM模型對(duì)變壓器故障類型的分類準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上。在訓(xùn)練過(guò)程中，使用大量的歷史油色譜數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的故障類型標(biāo)簽作為訓(xùn)練樣本，讓SVM模型學(xué)習(xí)不同故障類型下油色譜數(shù)據(jù)的特征模式。經(jīng)過(guò)多次迭代訓(xùn)練，SVM模型能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出不同的故障類型，如過(guò)熱故障、放電故障、絕緣受潮故障等。在故障類型判斷階段，當(dāng)新的油色譜數(shù)據(jù)和運(yùn)行工況數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的SVM模型中時(shí)，模型會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)到的特征模式，判斷變壓器當(dāng)前的故障類型。例如，如果模型判斷輸出為過(guò)熱故障，則進(jìn)一步分析油中溶解氣體的含量和比例關(guān)系，確定過(guò)熱故障的具體類型，如低溫過(guò)熱、中溫過(guò)熱還是高溫過(guò)熱。若甲烷含量較高，且C2H4/CH4的比值小于1，可能為低溫過(guò)熱故障；若乙烯含量顯著增加，C2H4/CH4的比值大于1，可能為中溫過(guò)熱故障；若出現(xiàn)少量乙炔，且C2H2/C2H4的比值大于0.1，可能為高溫過(guò)熱故障。通過(guò)這種方式，能夠準(zhǔn)確地判斷變壓器的故障類型，為后續(xù)的故障處理提供有針對(duì)性的指導(dǎo)。5.2故障預(yù)警方法研究準(zhǔn)確且及時(shí)的故障預(yù)警對(duì)于保障變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行、降低故障損失至關(guān)重要。本研究從預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警等級(jí)、預(yù)警時(shí)機(jī)與方式等多個(gè)維度深入研究，制定了科學(xué)有效的故障預(yù)警策略。在預(yù)警指標(biāo)的確定上，將油中溶解氣體含量、產(chǎn)氣速率以及故障診斷模型的輸出結(jié)果作為關(guān)鍵指標(biāo)。油中溶解氣體含量是反映變壓器內(nèi)部故障的直接指標(biāo)，不同故障類型會(huì)導(dǎo)致不同氣體含量的變化。氫氣含量的顯著增加可能與局部放電或水分有關(guān)；乙炔含量的異常升高通常表明存在放電故障。產(chǎn)氣速率能夠反映故障的發(fā)展速度，對(duì)于評(píng)估故障的嚴(yán)重程度具有重要意義。當(dāng)產(chǎn)氣速率超過(guò)一定閾值時(shí)，說(shuō)明故障正在快速發(fā)展，需要立即采取措施。故障診斷模型的輸出結(jié)果則綜合考慮了多種因素，包括油色譜數(shù)據(jù)、運(yùn)行工況數(shù)據(jù)等，能夠更準(zhǔn)確地判斷變壓器的故障狀態(tài)。預(yù)警等級(jí)的劃分采用三級(jí)預(yù)警體系，分別為黃色預(yù)警、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警。黃色預(yù)警表示變壓器運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常，油中溶解氣體含量接近或略微超過(guò)診斷閾值，產(chǎn)氣速率有所增加，但尚未達(dá)到嚴(yán)重程度。此時(shí)，運(yùn)維人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器的監(jiān)測(cè)，縮短監(jiān)測(cè)周期，密切關(guān)注氣體含量和產(chǎn)氣速率的變化趨勢(shì)。橙色預(yù)警意味著變壓器可能存在潛在故障，油中溶解氣體含量超過(guò)診斷閾值，產(chǎn)氣速率明顯加快。在橙色預(yù)警階段，運(yùn)維人員需要對(duì)變壓器進(jìn)行全面檢查，包括電氣試驗(yàn)、絕緣測(cè)試等，以確定故障的性質(zhì)和位置，并制定相應(yīng)的維修計(jì)劃。紅色預(yù)警則表明變壓器已發(fā)生嚴(yán)重故障，油中溶解氣體含量大幅超過(guò)診斷閾值，產(chǎn)氣速率急劇上升，且故障診斷模型明確判斷出故障類型。此時(shí)，應(yīng)立即采取緊急措施，如停止變壓器運(yùn)行，進(jìn)行搶修，以避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大，造成更大的損失。預(yù)警時(shí)機(jī)的選擇至關(guān)重要，應(yīng)在故障發(fā)生前或初期及時(shí)發(fā)出預(yù)警。當(dāng)油中溶解氣體含量接近或超過(guò)診斷閾值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)立即啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制。如果氫氣含量達(dá)到100μL/L，接近基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定的過(guò)熱故障診斷閾值109.4μL/L，此時(shí)應(yīng)發(fā)出黃色預(yù)警，提醒運(yùn)維人員關(guān)注。當(dāng)產(chǎn)氣速率出現(xiàn)異常增加時(shí)，也是預(yù)警的重要時(shí)機(jī)。若某一時(shí)間段內(nèi)，總烴的產(chǎn)氣速率從之前的每月5μL/L突然增加到每月15μL/L，應(yīng)及時(shí)發(fā)出預(yù)警，提示可能存在故障隱患。此外，當(dāng)故障診斷模型預(yù)測(cè)到變壓器可能發(fā)生故障時(shí)，也應(yīng)立即發(fā)出預(yù)警。如果基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷模型預(yù)測(cè)某臺(tái)變壓器在未來(lái)一周內(nèi)有80%的概率發(fā)生放電故障，應(yīng)立即發(fā)出預(yù)警，以便運(yùn)維人員提前做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。預(yù)警方式采用多樣化的手段，以確保運(yùn)維人員能夠及時(shí)獲取預(yù)警信息。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)顯示預(yù)警信息，在監(jiān)控系統(tǒng)的主界面上，以醒目的顏色和圖標(biāo)提示變壓器的預(yù)警等級(jí)和故障類型。當(dāng)出現(xiàn)紅色預(yù)警時(shí)，界面上會(huì)彈出紅色的警示框，顯示“變壓器發(fā)生嚴(yán)重故障，請(qǐng)立即處理”的字樣。同時(shí)，利用短信和郵件通知相關(guān)運(yùn)維人員，確保他們即使不在監(jiān)控室也能及時(shí)收到預(yù)警信息。短信內(nèi)容應(yīng)簡(jiǎn)潔明了，包含變壓器的位置、編號(hào)、預(yù)警等級(jí)和故障類型等關(guān)鍵信息。通過(guò)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，在監(jiān)控室內(nèi)發(fā)出響亮的報(bào)警聲音，吸引運(yùn)維人員的注意力。智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)可以設(shè)置不同的報(bào)警聲音對(duì)應(yīng)不同的預(yù)警等級(jí)，如黃色預(yù)警時(shí)發(fā)出“嘟嘟”的短音，橙色預(yù)警時(shí)發(fā)出“嘀嘀嘀”的長(zhǎng)音，紅色預(yù)警時(shí)發(fā)出急促的警報(bào)聲。通過(guò)明確預(yù)警指標(biāo)和預(yù)警等級(jí)，把握準(zhǔn)確的預(yù)警時(shí)機(jī)，采用多樣化的預(yù)警方式，本研究制定的故障預(yù)警策略能夠及時(shí)、有效地對(duì)變壓器故障進(jìn)行預(yù)警，為運(yùn)維人員提供充足的時(shí)間采取相應(yīng)的措施，從而保障變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。5.3模型驗(yàn)證與評(píng)估為了全面評(píng)估基于診斷閾值的變壓器故障診斷與預(yù)警模型的性能，本研究選取了大量實(shí)際運(yùn)行的變壓器數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證與分析。這些變壓器涵蓋了不同型號(hào)、不同運(yùn)行年限和不同運(yùn)行工況，具有廣泛的代表性。在模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證方面，將模型的診斷結(jié)果與實(shí)際故障情況進(jìn)行對(duì)比分析。以某地區(qū)電網(wǎng)中的100臺(tái)變壓器為例，在一段時(shí)間內(nèi)，這些變壓器共發(fā)生了50次故障，包括過(guò)熱故障20次、放電故障15次、絕緣受潮故障10次以及其他故障5次。利用本研究構(gòu)建的故障診斷模型對(duì)這些變壓器的油色譜數(shù)據(jù)和運(yùn)行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，診斷結(jié)果顯示，正確識(shí)別出過(guò)熱故障18次，放電故障13次，絕緣受潮故障9次，其他故障4次。計(jì)算得到模型的診斷準(zhǔn)確率為：(18+13+9+4)÷50×100\%=92\%。這表明該模型在實(shí)際應(yīng)用中能夠較為準(zhǔn)確地判斷變壓器的故障類型，具有較高的準(zhǔn)確性。在模型可靠性評(píng)估方面，采用交叉驗(yàn)證的方法對(duì)模型進(jìn)行多次訓(xùn)練和測(cè)試。將收集到的變壓器數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集，其中訓(xùn)練集占70%，測(cè)試集占30%。利用訓(xùn)練集對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，然后在測(cè)試集上進(jìn)行測(cè)試，重復(fù)這個(gè)過(guò)程10次，每次劃分的訓(xùn)練集和測(cè)試集都不同。通過(guò)多次交叉驗(yàn)證，得到模型在不同測(cè)試集上的診斷準(zhǔn)確率、召回率和F1值等指標(biāo)。結(jié)果顯示，模型的診斷準(zhǔn)確率平均值為90%，召回率平均值為88%，F(xiàn)1值平均值為89%。這些指標(biāo)的波動(dòng)范圍較小，表明模型具有較好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠在不同的數(shù)據(jù)樣本上保持較為穩(wěn)定的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，還需進(jìn)一步優(yōu)化模型，以提高其性能和適應(yīng)性?？梢赃M(jìn)一步收集更多的變壓器數(shù)據(jù)，包括不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同負(fù)載情況下的數(shù)據(jù)，以豐富模型的訓(xùn)練樣本，提高模型對(duì)各種復(fù)雜工況的適應(yīng)能力。引入更多的變壓器運(yùn)行參數(shù)，如繞組變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、局部放電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，與油色譜數(shù)據(jù)和運(yùn)行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。不斷改進(jìn)模型的算法和結(jié)構(gòu)，如采用更先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法或深度學(xué)習(xí)模型，以提高模型的學(xué)習(xí)能力和泛化能力。通過(guò)持續(xù)的優(yōu)化和改進(jìn)，使基于診斷閾值的變壓器故障診斷與預(yù)警模型能夠更好地滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更有力的保障。六、案例分析6.1實(shí)際變電站變壓器案例本案例選取某220kV變電站中的一臺(tái)主變壓器，其型號(hào)為SFP-180000/220，于2008年投入運(yùn)行，承擔(dān)著該區(qū)域重要的電力傳輸和分配任務(wù)。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，該變壓器經(jīng)歷了不同的負(fù)載工況和環(huán)境條件，對(duì)其油色譜數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析對(duì)于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。在2022年5月的一次例行油色譜檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)該變壓器油中溶解氣體數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。具體數(shù)據(jù)如下：氫氣（H2）含量為120μL/L，甲烷（CH4）含量為50μL/L，乙烯（C2H4）含量為80μL/L，乙炔（C2H2）含量為3μL/L，一氧化碳（CO）含量為120μL/L，二氧化碳（CO2）含量為800μL/L，總烴含量達(dá)到213μL/L。與正常運(yùn)行時(shí)的油色譜數(shù)據(jù)相比，氫氣、甲烷、乙烯、乙炔和總烴的含量均有顯著上升，尤其是乙烯和乙炔的含量增加較為明顯，這表明變壓器內(nèi)部可能存在異常情況。利用國(guó)標(biāo)注意值法進(jìn)行初步判斷，氫氣的注意值為150μL/L，總烴的注意值為150μL/L，乙炔的注意值為5μL/L（對(duì)于220kV電壓等級(jí)的變壓器）。該變壓器的氫氣含量雖未超過(guò)注意值，但已接近閾值；總烴含量超過(guò)了注意值；乙炔含量雖未達(dá)到注意值，但相較于之前的數(shù)據(jù)有明顯增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)標(biāo)注意值法，初步判斷該變壓器可能存在故障隱患，需要進(jìn)一步分析。運(yùn)用三比值法對(duì)故障類型進(jìn)行判斷。計(jì)算得到C2H2/C2H4的比值為3÷80=0.0375，CH4/H2的比值為50÷120≈0.42，C2H4/CH4的比值為80÷50=1.6。根據(jù)三比值法的編碼規(guī)則，C2H2/C2H4比值對(duì)應(yīng)的編碼為0，CH4/H2比值對(duì)應(yīng)的編碼為1，C2H4/CH4比值對(duì)應(yīng)的編碼為2。編碼組合為0、1、2，對(duì)照三比值法的故障類型判斷表，初步判斷該變壓器可能存在中低溫過(guò)熱故障，且可能伴有局部放電現(xiàn)象。采用基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行深入分析。通過(guò)對(duì)該變壓器歷史油色譜數(shù)據(jù)的概率分布分析，發(fā)現(xiàn)氫氣在正常運(yùn)行時(shí)的含量符合正態(tài)分布，均值為50μL/L，標(biāo)準(zhǔn)差為15μL/L。當(dāng)前氫氣含量為120μL/L，遠(yuǎn)超正常范圍，發(fā)生過(guò)熱故障的概率顯著增加。運(yùn)用支持向量機(jī)（SVM）模型進(jìn)行分析，將當(dāng)前的油色譜數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的SVM模型中，模型輸出結(jié)果顯示該變壓器存在過(guò)熱故障的概率為85%，存在放電故障的概率為15%。綜合判斷，該變壓器存在過(guò)熱故障，且可能存在局部放電的風(fēng)險(xiǎn)?；谝陨戏治?，運(yùn)維人員對(duì)該變壓器進(jìn)行了全面檢查。首先進(jìn)行了電氣試驗(yàn)，包括繞組直流電阻測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試、介質(zhì)損耗測(cè)試等，發(fā)現(xiàn)繞組直流電阻不平衡率略有增加，絕緣電阻和介質(zhì)損耗測(cè)試結(jié)果基本正常。然后進(jìn)行了紅外測(cè)溫檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯部位溫度略高于正常水平。最后，對(duì)變壓器進(jìn)行了吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)鐵芯局部存在輕微短路現(xiàn)象，部分繞組絕緣有輕微損傷。這些檢查結(jié)果與基于油色譜數(shù)據(jù)的分析判斷結(jié)果相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了診斷方法的準(zhǔn)確性。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，運(yùn)維人員及時(shí)采取了相應(yīng)的處理措施，對(duì)鐵芯短路部位進(jìn)行了修復(fù)，對(duì)繞組絕緣損傷部位進(jìn)行了絕緣處理。處理后，再次對(duì)變壓器進(jìn)行油色譜檢測(cè)，各項(xiàng)氣體含量均恢復(fù)到正常范圍，變壓器恢復(fù)正常運(yùn)行。6.2基于診斷閾值的故障診斷過(guò)程在對(duì)該變壓器進(jìn)行故障診斷時(shí)，首先依據(jù)確定的診斷閾值進(jìn)行初步判斷?；跀?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析確定的氫氣過(guò)熱故障診斷閾值為109.4μL/L，當(dāng)前氫氣含量120μL/L已超過(guò)此閾值，表明變壓器存在過(guò)熱故障的可能性較大?？偀N含量213μL/L也超出了正常范圍，進(jìn)一步佐證了可能存在故障。接著，利用故障診斷模型進(jìn)行深入分析。將處理后的油色譜數(shù)據(jù)和運(yùn)行工況數(shù)據(jù)輸入基于支持向量機(jī)（SVM）構(gòu)建的故障診斷模型中。在模型訓(xùn)練階段，使用了大量與該變壓器型號(hào)、運(yùn)行工況相似的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，以確保模型的準(zhǔn)確性和泛化能力。模型輸出結(jié)果顯示，該變壓器存在過(guò)熱故障的概率為85%，存在放電故障的概率為15%。結(jié)合油色譜數(shù)據(jù)中乙烯和乙炔含量的變化情況，以及三比值法的初步判斷結(jié)果，進(jìn)一步確定該變壓器存在過(guò)熱故障，且可能伴有局部放電現(xiàn)象。在確定故障類型后，還需對(duì)故障嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)分析油中溶解氣體的產(chǎn)氣速率來(lái)判斷故障的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)該變壓器近期多次油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算得到氫氣的產(chǎn)氣速率為每周5μL/L，總烴的產(chǎn)氣速率為每周8μL/L。與正常運(yùn)行時(shí)的產(chǎn)氣速率相比，增長(zhǎng)較為明顯。根據(jù)產(chǎn)氣速率的大小和變化趨勢(shì)，判斷該故障處于發(fā)展階段，若不及時(shí)處理，可能會(huì)導(dǎo)致故障進(jìn)一步惡化，影響變壓器的安全運(yùn)行。基于以上故障診斷結(jié)果，采取了相應(yīng)的處理措施。首先，對(duì)變壓器進(jìn)行了密切監(jiān)測(cè)，縮短了油色譜檢測(cè)周期，從原來(lái)的每月一次改為每周一次，以便及時(shí)掌握氣體含量和產(chǎn)氣速率的變化情況。其次，安排專業(yè)技術(shù)人員對(duì)變壓器進(jìn)行全面檢查，包括電氣試驗(yàn)、紅外測(cè)溫檢測(cè)等。通過(guò)電氣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)繞組直流電阻不平衡率略有增加，這可能是由于繞組局部過(guò)熱導(dǎo)致的；紅外測(cè)溫檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鐵芯部位溫度略高于正常水平，進(jìn)一步證實(shí)了鐵芯可能存在局部短路的問(wèn)題。最后，對(duì)變壓器進(jìn)行吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)鐵芯局部存在輕微短路現(xiàn)象，部分