基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器油色譜故障診斷的可行性探討

魯國(guó)華

（神華國(guó)華 （北京）電力研究院電控技術(shù)研究室，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100025）

1 引言

變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)和故障診斷對(duì)于變壓器的安全運(yùn)行有著十分重要的意義，國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)以及各發(fā)電集團(tuán)對(duì)此項(xiàng)工作的認(rèn)識(shí)和理解的深度都在不斷加深，同時(shí)，利用統(tǒng)計(jì)進(jìn)行模式識(shí)別的判定規(guī)則或策略的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)是：在某種意義上，使預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)降到最小，這樣的策略稱之 “貝葉斯策略”，適用于包含許多類別的分類問(wèn)題。訓(xùn)練后的PNN （概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）在一些易滿足的條件下，以PNN 實(shí)現(xiàn)的判別邊界漸進(jìn)地逼近貝葉斯最佳判定面。概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不需要預(yù)先給出有關(guān)模式的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和判別函數(shù)，它通過(guò)樣本及自身的學(xué)習(xí)機(jī)制自動(dòng)形成所要求的決策能力，從映射角度看就是從征兆到故障類型的映射。

電氣設(shè)備故障的發(fā)生總會(huì)伴隨著各種征兆，且故障類型也多種多樣，既有漸變故障和突變故障，又有電回路故障和磁回路故障；既有線性故障，又有非線性故障，甚至多種故障交織在一起，其關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，數(shù)學(xué)模型建立比較困難。概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸人結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著故障征兆，輸出結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著故障類型或者原因，利用故障樣本對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以確定網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成后，故障的模式分類就是根據(jù)給定的一組征兆，實(shí)現(xiàn)征兆集到故障集之間的非線性映射過(guò)程。

2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)流程

概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的非線性處理能力，實(shí)際上就是用故障樣本空間映射到故障類型或者模式中去，從而形成對(duì)判斷變壓器故障類型有用的故障診斷網(wǎng)絡(luò)。變壓器油中分解的氣體能夠很好地反映各類變壓器的潛伏型故障，而在各種診斷方法中，三比值法是比較準(zhǔn)確的，也是國(guó)標(biāo)所推薦的，因此，選擇CH4／H2、C2H2／C2H4和C2H4／C2H6三比值作為輸入特征量，設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)流程

根據(jù) 《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則DL／T722-2000》，將變壓器故障分為5類進(jìn)行探討，見表1。

表1 故障分類

3 概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

利用Matlab中newpnn命令調(diào)用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并利用樣本對(duì)該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，利用sim 函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)。神經(jīng)概率網(wǎng)絡(luò)中Spread參數(shù)的的選擇對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練效果是有影響的，用23組典型數(shù)據(jù)對(duì)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，藍(lán)色表示實(shí)際故障分類，紅色表示故障征兆經(jīng)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后的分類，不同Spread值訓(xùn)練對(duì)比如圖2 （圖中選擇了兩個(gè)不同的Spread值的訓(xùn)練結(jié)果對(duì)比）所示。

圖2 不同Spread值訓(xùn)練對(duì)比

神經(jīng)概率網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完畢后，將23組原始數(shù)據(jù)再回代回訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)，檢驗(yàn)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后與實(shí)際的誤差情況，數(shù)據(jù)回代校驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)回代校驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果

4 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)明

本概率神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 以CH4／H2、C2H2／C2H4和C2H4／C2H6為故障征兆即網(wǎng)絡(luò)輸入，共選取23組數(shù)據(jù)對(duì)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，利用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)對(duì)10組已知故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)故障，并選取國(guó)華系統(tǒng)內(nèi)電廠主變數(shù)據(jù)6組，共16組進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，具體數(shù)據(jù)見表2。

圖4 測(cè)試結(jié)果

5 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后的測(cè)試

利用訓(xùn)練完畢的pnn概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)16組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，可以看出網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)正確率為75%，其中對(duì)于數(shù)據(jù)13、14 和15 還有待進(jìn)一步明確狀態(tài)，默認(rèn)原始狀態(tài)為1即正常狀態(tài)。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

表2 測(cè)試數(shù)據(jù) %

6 結(jié)論

通過(guò)上面的分析可以知道，利用pnn 概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變壓器潛在的變化趨勢(shì)或者故障診斷是可行的，關(guān)鍵在于可靠、典型故障數(shù)據(jù)的收集以及變壓器實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以提高網(wǎng)絡(luò)判定的準(zhǔn)確性。

［1］ 張德豐.Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

［2］ 史峰，王小川.Matlab 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)30 個(gè)案例分析［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010

［3］ 王瑞.混凝土泵車臂架疲勞壽命研究 ［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009

［4］ GB／T7252-2001，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則 ［S］

［5］ DL／1722-2000，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則 ［S］