2022变压器直流偏磁多参量监测及评估导则

变压器直流偏磁多参量监测及评估导则目  次前  言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1变压器直流偏磁多参量监测要求 1基于多参量监测的直流偏磁影响程度评估方法 3附录A（资料性）基于logistics回归的直流偏磁多参量状态评估案例 7附录B（资料性）变压器直流偏磁状态分析 10IPAGEPAGE11PAGEPAGE10变压器直流偏磁多参量监测及评估导则范围本文件规定了电力变压器直流偏磁的多参量监测方法以及基于多参量监测的变压器直流偏磁影响程度的评估方法。110kV规范性引用文件GB/T1094.23-2019233785.1-20101DL/T1540油浸式交流电抗器（变压器）运行振动测量方法术语和定义下列术语和定义适用于本文件。变压器直流偏磁DCmagneticbiasoftransformers注:改写GB/T1094.23-2019,定义3.1变压器直流偏磁多参量监测multiparametersmonitoringoftransformersDCmagneticbias为评估变压器受直流偏磁影响,在线监测变压器中性点直流电流、本体振动和噪声。变压器直流偏磁影响程度值impactdegreevalueoftransformersDCmagneticbias变压器直流偏磁多参量监测要求监测方法概述说明：1——变压器中性点直流电流监测装置,安装在变压器中性点接地引下线处，可采用电压电阻方法或者采用霍尔传感器、磁阻式电流传感器、光纤电流互感器等传感器开展监测；2——变压器本体振动监测装置,振动传感器安装紧贴于变压器壁，可采用振动加速度传感器、振动速度传感器进行监测；3——变压器本体噪声监测装置,采用A计权值的声级计固定安装在变压器附近的钢结构处，测点根据实际条件布置1个或若干个；4——数据采集控制模块。图1直流偏磁多参量监测系统示意图工作环境条件直流偏磁多参量监测装置的正常工作条件如下:a)工作温度：-40℃～60℃（传感器），－30℃～55℃（数据采集控制模块）；b)环境湿度：5%～95%；大气压力：85kPa～106kPa；最大风速：35m/s10m10min监测装置技术要求中性点直流电流监测装置中性点直流电流监测范围和精度要求如下：测量范围：-80A～80A；测量误差：I＞10A或I＜-10A时不超过±1%、-10A≤I≤10A时不超过±0.1A。振动监测装置振动监测范围、频率响应和灵敏度要求如下：位移峰峰值测量范围：0.1μm～400μm；加速度测量范围：-10g～10g；频率响应：5Hz～3000Hz，频率响应的相对误差应不大于±5%；传感器灵敏度：100mV/g～500mV/g。。噪声监测装置噪声监测的范围和频率响应要求如下：动态范围：30dB～130dB（A）；频率响应：20Hz～20kHz，频率计权和误差参照GB/T3785.1-2010中表2的规定。数据采集分析要求直流偏磁多参量监测数据采集分析应满足以下要求：自动采集变压器本体振动信号；采样频率不宜小于6.4kHz，振动信号采样时间一般取20ms,每秒计算振动信号有效值及各频率分量并存储；自动采集变压器本体噪声；每秒读取声级计的A计权值并存储；可同步采集中性点直流电流、变压器振动信号、变压器噪声信号。同步误差不大于0.1ms；e)支持3个月以上的监测数据存储。基于多参量监测的直流偏磁影响程度评估方法概述（通过直流偏磁多参量监测数据建立logistics回归模型，得到某监测时刻主变的直流偏磁影响程度值，值区间在0~1之间。计算步骤如下：数据集进行预处理，删除例如监测量为零值，或者明显超出范围的数据；Min-Max归一化算法，标准化一般采用Z-Score算法；对训练集数据进行训练，建立logistics回归模型；根据建立的模型，对待评估的监测数据进行直流偏磁影响程度值计算。计算步骤如图2所示：图2基于多参量监测的直流偏磁影响程度值计算步骤具体的变压器直流偏磁影响程度建模评估过程可参考附录A。数据标记将训练集数据标记为两类。数据训练Logistics回归建模通过训练数据对分类边界线建立回归公式，再通过梯度下降法针对损失函数对公式参数进行优化，最终得到合适的分类函数。二元logistics回归模型分类函数定义如下：1+e−wTx+bPY=1x= 11+e−wTx+b

(1)PY=0x=

(2)e−wTe−wTx+b1+e−wTx+bPY=1x——监测数据评估为发生直流偏磁现象的概率值；PY=0x——监测数据评估为未发生直流偏磁现象的概率值；x∈Rn——样本变量，n维实数向量；w∈Rn——权值向量，n维实数向量；b∈R——偏置，实数。该回归模型以交叉熵作为损失函数，并考虑到权值系数的正则系数λ，其优化目标为最小化损失函数如公式（3）：Jb=ΣN[−y（wTx+b)+ln(1+ewTxi+b)]+1λwTw (3)式中：

i=1 i i 2J(w,b)——损失函数；N——样本个数；yi∈{0，1}——第i个样本标记值；xi∈Rn——第i个样本变量，n维实数向量；w∈Rn——权值向量，n维实数向量；b∈R——偏置，实数；λ——正则系数。通过损失函数最小化求得权值向量w和偏置b的值，代入到公式（1）计算直流偏磁影响程度值。参数优化精确率（precision)与召回率（recall）分别定义为：式中：

P= TPTP+FPR= TPTP+FN

(4)(5)TP——标记为1的样本判定为1的样本个数；FN——标记为1的样本判定为0的样本个数；FP——标记为0的样本判定为1的样本个数；TN——标记为0的样本判定为0的样本个数。通过调整公式（3）损失函数的正则系数λ训练模型，使得模型效果参数满足召回率≥90%，精确率≥90%。一般默认的分类阈值是0.5，即公式（1）计算得到的值大于0.5，则判定该监测数据点为1。评估方法根据训练好的回归评估模型，采用公式（1）计算变压器直流偏磁影响程度值，主变直流偏磁现象在某监测时刻的直流偏磁影响程度评估方法如下：直流偏磁影响程度值p在0＜p＜0.2直流偏磁影响程度值p在0.2≤p＜0.5直流偏磁影响程度值p在0.5≤p＜1附 录 A（资料性）基于logistics回归的直流偏磁多参量状态评估案例（包括频谱值和噪声A50Hz100Hz50Hz一直到500Hz一共10个频率分量的值。Σ5R2i−12Σ5R2i2r1Σ5R2i2

(1)式中：�1——奇偶次谐波能量比；R2i——振动加速度2i倍工频分量的有效值；R2i-1——振动加速度2i-1倍工频分量的有效值；定义如下低频谐波能量比变量为：式中：�2——低频谐波能量比；

10 2r=r=2 R2

(2)Ri——振动加速度i倍工频分量的有效值；R——振动加速度的有效值。�2得到的训练数据共有如下变量：中性点直流绝对值，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条数据作为测试集。0.912A.1为不同正则系数下的模型评价效果。表A.1不同正则系数下模型效果正则系数倒数召回率精确率0.010.8860.9860.050.9110.960.10.9240.9120.50.9620.70410.9870.63451．0000.382201862774压器直流偏磁影响程度值。从表A.21表A.2不同时段的变压器直流偏磁影响程度值时段直流偏磁影响值程度p地铁停运时地铁早高峰期地铁晚高峰期单极大地运行时平均值0.0400.0510.0750.970最大值0.1610.4240.3680.997PA.3P≥0.5，5A4倍以上，变压器各相噪声平均值超过全460%以上，因而此时可以认为变压器出现了明显的直流偏磁现象，经统计出现直流偏磁异常状态的监测样本占比为2.88%。而当0.3≤p<0.54A，A0.6分贝，B3350%以上，出现了直流偏磁现象需要引起注意，经统计出现直1.76%。表A.3不同变压器直流偏磁影响程度值样本的各监测量平均值不同直流偏磁影响程度值P的样本监测变量平均值P≥0.50.2≤p<0.50<p<0.20<p<1中性点直流绝对值（A）5.453.801.151.25A相噪声（dB）88.7985.3284.5084.57B相噪声（dB）85.7383.2979.7579.90C相噪声（dB）86.1583.3280.3080.44Am/)4.192.791.851.90Bm/)3.332.481.391.43Cm/)2.432.401.341.37附 录 B（资料性）变压器直流偏磁状态分析变压器直流偏磁状态根据偏磁情况的不同,可以分为无直流偏磁状态、受轨道交通影响的直流偏磁状态、单极大地运行方式引起的直流偏磁状态和地磁暴引起的直流偏磁状态。根据主变中性点直流监测情况，典型的变压器中性点直流、振动、噪声日曲线图如下：图B.1图B.1 变压器直流偏磁监测典型日监测曲线00:00至5:00，5:00至24:00两段。00:00至5:00时，变压器的中性点直流值绝对值很小，振动加速度和噪声值也非常小。5:00之