2022變壓器直流偏磁多參量監(jiān)測及評估導(dǎo)則

變壓器直流偏磁多參量監(jiān)測及評估導(dǎo)則目??次前??言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1變壓器直流偏磁多參量監(jiān)測要求 1基于多參量監(jiān)測的直流偏磁影響程度評估方法 3附錄A（資料性）基于logistics回歸的直流偏磁多參量狀態(tài)評估案例 7附錄B（資料性）變壓器直流偏磁狀態(tài)分析 10IPAGEPAGE11PAGEPAGE10變壓器直流偏磁多參量監(jiān)測及評估導(dǎo)則范圍本文件規(guī)定了電力變壓器直流偏磁的多參量監(jiān)測方法以及基于多參量監(jiān)測的變壓器直流偏磁影響程度的評估方法。110kV規(guī)范性引用文件GB/T1094.23-2019233785.1-20101DL/T1540油浸式交流電抗器（變壓器）運行振動測量方法術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。變壓器直流偏磁DCmagneticbiasoftransformers注:改寫GB/T1094.23-2019,定義3.1變壓器直流偏磁多參量監(jiān)測multiparametersmonitoringoftransformersDCmagneticbias為評估變壓器受直流偏磁影響,在線監(jiān)測變壓器中性點直流電流、本體振動和噪聲。變壓器直流偏磁影響程度值impactdegreevalueoftransformersDCmagneticbias變壓器直流偏磁多參量監(jiān)測要求監(jiān)測方法概述說明：1——變壓器中性點直流電流監(jiān)測裝置,安裝在變壓器中性點接地引下線處，可采用電壓電阻方法或者采用霍爾傳感器、磁阻式電流傳感器、光纖電流互感器等傳感器開展監(jiān)測；2——變壓器本體振動監(jiān)測裝置,振動傳感器安裝緊貼于變壓器壁，可采用振動加速度傳感器、振動速度傳感器進行監(jiān)測；3——變壓器本體噪聲監(jiān)測裝置,采用A計權(quán)值的聲級計固定安裝在變壓器附近的鋼結(jié)構(gòu)處，測點根據(jù)實際條件布置1個或若干個；4——數(shù)據(jù)采集控制模塊。圖1直流偏磁多參量監(jiān)測系統(tǒng)示意圖工作環(huán)境條件直流偏磁多參量監(jiān)測裝置的正常工作條件如下:a)工作溫度：-40℃～60℃（傳感器），－30℃～55℃（數(shù)據(jù)采集控制模塊）；b)環(huán)境濕度：5%～95%；大氣壓力：85kPa～106kPa；最大風(fēng)速：35m/s10m10min監(jiān)測裝置技術(shù)要求中性點直流電流監(jiān)測裝置中性點直流電流監(jiān)測范圍和精度要求如下：測量范圍：-80A～80A；測量誤差：I＞10A或I＜-10A時不超過±1%、-10A≤I≤10A時不超過±0.1A。振動監(jiān)測裝置振動監(jiān)測范圍、頻率響應(yīng)和靈敏度要求如下：位移峰峰值測量范圍：0.1μm～400μm；加速度測量范圍：-10g～10g；頻率響應(yīng)：5Hz～3000Hz，頻率響應(yīng)的相對誤差應(yīng)不大于±5%；傳感器靈敏度：100mV/g～500mV/g。。噪聲監(jiān)測裝置噪聲監(jiān)測的范圍和頻率響應(yīng)要求如下：動態(tài)范圍：30dB～130dB（A）；頻率響應(yīng)：20Hz～20kHz，頻率計權(quán)和誤差參照GB/T3785.1-2010中表2的規(guī)定。數(shù)據(jù)采集分析要求直流偏磁多參量監(jiān)測數(shù)據(jù)采集分析應(yīng)滿足以下要求：自動采集變壓器本體振動信號；采樣頻率不宜小于6.4kHz，振動信號采樣時間一般取20ms,每秒計算振動信號有效值及各頻率分量并存儲；自動采集變壓器本體噪聲；每秒讀取聲級計的A計權(quán)值并存儲；可同步采集中性點直流電流、變壓器振動信號、變壓器噪聲信號。同步誤差不大于0.1ms；e)支持3個月以上的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲?；诙鄥⒘勘O(jiān)測的直流偏磁影響程度評估方法概述（通過直流偏磁多參量監(jiān)測數(shù)據(jù)建立logistics回歸模型，得到某監(jiān)測時刻主變的直流偏磁影響程度值，值區(qū)間在0~1之間。計算步驟如下：數(shù)據(jù)集進行預(yù)處理，刪除例如監(jiān)測量為零值，或者明顯超出范圍的數(shù)據(jù)；Min-Max歸一化算法，標準化一般采用Z-Score算法；對訓(xùn)練集數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，建立logistics回歸模型；根據(jù)建立的模型，對待評估的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行直流偏磁影響程度值計算。計算步驟如圖2所示：圖2基于多參量監(jiān)測的直流偏磁影響程度值計算步驟具體的變壓器直流偏磁影響程度建模評估過程可參考附錄A。數(shù)據(jù)標記將訓(xùn)練集數(shù)據(jù)標記為兩類。數(shù)據(jù)訓(xùn)練Logistics回歸建模通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)對分類邊界線建立回歸公式，再通過梯度下降法針對損失函數(shù)對公式參數(shù)進行優(yōu)化，最終得到合適的分類函數(shù)。二元logistics回歸模型分類函數(shù)定義如下：1+e?wTx+bPY=1x= 11+e?wTx+b

(1)PY=0x=

(2)e?wTe?wTx+b1+e?wTx+bPY=1x——監(jiān)測數(shù)據(jù)評估為發(fā)生直流偏磁現(xiàn)象的概率值；PY=0x——監(jiān)測數(shù)據(jù)評估為未發(fā)生直流偏磁現(xiàn)象的概率值；x∈Rn——樣本變量，n維實數(shù)向量；w∈Rn——權(quán)值向量，n維實數(shù)向量；b∈R——偏置，實數(shù)。該回歸模型以交叉熵作為損失函數(shù)，并考慮到權(quán)值系數(shù)的正則系數(shù)λ，其優(yōu)化目標為最小化損失函數(shù)如公式（3）：Jb=ΣN[?y（wTx+b)+ln(1+ewTxi+b)]+1λwTw (3)式中：

i=1 i i 2J(w,b)——損失函數(shù)；N——樣本個數(shù)；yi∈{0，1}——第i個樣本標記值；xi∈Rn——第i個樣本變量，n維實數(shù)向量；w∈Rn——權(quán)值向量，n維實數(shù)向量；b∈R——偏置，實數(shù)；λ——正則系數(shù)。通過損失函數(shù)最小化求得權(quán)值向量w和偏置b的值，代入到公式（1）計算直流偏磁影響程度值。參數(shù)優(yōu)化精確率（precision)與召回率（recall）分別定義為：式中：

P= TPTP+FPR= TPTP+FN

(4)(5)TP——標記為1的樣本判定為1的樣本個數(shù)；FN——標記為1的樣本判定為0的樣本個數(shù)；FP——標記為0的樣本判定為1的樣本個數(shù)；TN——標記為0的樣本判定為0的樣本個數(shù)。通過調(diào)整公式（3）損失函數(shù)的正則系數(shù)λ訓(xùn)練模型，使得模型效果參數(shù)滿足召回率≥90%，精確率≥90%。一般默認的分類閾值是0.5，即公式（1）計算得到的值大于0.5，則判定該監(jiān)測數(shù)據(jù)點為1。評估方法根據(jù)訓(xùn)練好的回歸評估模型，采用公式（1）計算變壓器直流偏磁影響程度值，主變直流偏磁現(xiàn)象在某監(jiān)測時刻的直流偏磁影響程度評估方法如下：直流偏磁影響程度值p在0＜p＜0.2直流偏磁影響程度值p在0.2≤p＜0.5直流偏磁影響程度值p在0.5≤p＜1附 錄 A（資料性）基于logistics回歸的直流偏磁多參量狀態(tài)評估案例（包括頻譜值和噪聲A50Hz100Hz50Hz一直到500Hz一共10個頻率分量的值。Σ5R2i?12Σ5R2i2r1Σ5R2i2

(1)式中：?1——奇偶次諧波能量比；R2i——振動加速度2i倍工頻分量的有效值；R2i-1——振動加速度2i-1倍工頻分量的有效值；定義如下低頻諧波能量比變量為：式中：?2——低頻諧波能量比；

10 2r=r=2 R2

(2)Ri——振動加速度i倍工頻分量的有效值；R——振動加速度的有效值。?2得到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)共有如下變量：中性點直流絕對值，A、B、CA、B、C?1?2，A、B、CA13A500kVA、B、C334MVA。6171:006:0020176156182880型的建立。以2018年6月27日至7月4日1440條數(shù)據(jù)作為測試集。0.912A.1為不同正則系數(shù)下的模型評價效果。表A.1不同正則系數(shù)下模型效果正則系數(shù)倒數(shù)召回率精確率0.010.8860.9860.050.9110.960.10.9240.9120.50.9620.70410.9870.63451．0000.382201862774壓器直流偏磁影響程度值。從表A.21表A.2不同時段的變壓器直流偏磁影響程度值時段直流偏磁影響值程度p地鐵停運時地鐵早高峰期地鐵晚高峰期單極大地運行時平均值0.0400.0510.0750.970最大值0.1610.4240.3680.997PA.3P≥0.5，5A4倍以上，變壓器各相噪聲平均值超過全460%以上，因而此時可以認為變壓器出現(xiàn)了明顯的直流偏磁現(xiàn)象，經(jīng)統(tǒng)計出現(xiàn)直流偏磁異常狀態(tài)的監(jiān)測樣本占比為2.88%。而當(dāng)0.3≤p<0.54A，A0.6分貝，B3350%以上，出現(xiàn)了直流偏磁現(xiàn)象需要引起注意，經(jīng)統(tǒng)計出現(xiàn)直1.76%。表A.3不同變壓器直流偏磁影響程度值樣本的各監(jiān)測量平均值不同直流偏磁影響程度值P的樣本監(jiān)測變量平均值P≥0.50.2≤p<0.50<p<0.20<p<1中性點直流絕對值（A）5.453.801.151.25A相噪聲（dB）88.7985.3284.5084.57B相噪聲（dB）85.7383.2979.7579.90C相噪聲（dB）86.1583.3280.3080.44Am/)4.192.791.851.90Bm/)3.332.481.391.43Cm/)2.432.401.341.37附 錄 B（資料性）變壓器直流偏磁狀態(tài)分析變壓器直流偏磁狀態(tài)根據(jù)偏磁情況的不同,可以分為無直流偏磁狀態(tài)、受軌道交通影響的直流偏磁狀態(tài)、單極大地運行方式引起的直流偏磁狀態(tài)和地磁暴引起的直流偏磁狀態(tài)。根據(jù)主變中性點直流監(jiān)測情況，典型的變壓器中性點直流、振動、噪聲日曲線圖如下：圖B.1圖B.1 變壓器直流偏磁監(jiān)測典型日監(jiān)測曲線00:00至5:00，5:00至24:00兩段。00:00至5:00時，變壓器的中性點直流值絕對值很小，振動加速度和噪聲值也非常小。5:00之