基于可拓云模型与综合赋权的油纸绝缘阀侧套管状态评估_谢庆.pdf

基于可拓云模型与综合赋权的油纸绝缘阀侧套管状态评估谢庆1，齐晨晨1，肖朝轩1，谢军1，毛航银2（1.华北电力大学，河北 保定071003；2.国网浙江省电力有限公司，杭州310000）摘要：作为换流变压器的关键部件之一，阀侧套管的可靠性事关重大，为精准预测其运行态势，本研究提出了一种综合赋权与可拓云模型相结合的油纸绝缘阀侧套管综合评估模型。首先，根据运行经验及技术导则确定阀侧套管典型故障，总结出有效反映其状态的评估指标集。然后，计及评估边界的模糊性与随机性，考虑采用可拓层次分析法构建判断矩阵，通过计算具有正分量的归一化特征向量确定主观常权。为规避对专家经验的过分依赖，通过改进熵权法获取客观常权，进而确定综合常权因子。同时，针对个别指标严重劣化而常权无法灵敏反映的情况，提出构造惩罚型状态变权函数，运用变权原理对常权进行修正，使权重分配更加合理。其次，基于可拓云理论建立标准云物元模型，计算待评物元与标准云间的云关联度，实现油纸绝缘阀侧套管的准确评估，并引入置信度因子检验结果的可信度。最后，基于实例进行了验证，结果表明了该方法的有效性和实用性，为油纸绝缘阀侧套管状态维修提供了合理依据。关键词：油纸绝缘；阀侧套管；可拓云模型；综合赋权；状态评估Condition Assessment of Valve Side Bushing of Oilpaper Insulation Based on ExtensionCloud Model and Comprehensive WeightingXIE Qing1，QI Chenchen1，XIAO Chaoxuan1，XIE Jun1，MAO Hangyin2（1.North China Electric Power University，Hebei Baoding 071003，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）Abstract:As one of the key parts of converter transformer，the reliability of the valve side bushing is of great importance.For accurately predicting its operation situation，a comprehensive assessment model for the valve side bushingof oilpaper insulation which combines comprehensive weighting and extension cloud theory is proposed in thisstudy.Firstly，a typical fault of the valve side bushing is determined in accordance with operation experience andtechnical guidelines and the assessment index set effectively reflecting its status is summarized.Then，consideringthe fuzzy and randomness of the assessment boundary，an extension analytic hierarchy method is considered to construct the judgment matrix and to determine the subjective constant weight by calculating the normalized eigenvectors with positive components.In order to avoid relying too much on expert experience，the objective constant weightis obtained by improving the entropy weight method，and then the comprehensive constant weight factor is thus determined.At the same time，aiming at the situation that individual indicators are seriously degraded and the constantweight cannot be sensitively reflected，a penaltytype state variable weight function is proposed.The principle of variable weight is used to correct the permanent weight to make the weight distribution more reasonable.Furthermore，based on the extension cloud theory，a standard cloud matter element model is set up to calculate the cloud correlation between the matter element to be assessed and the standard cloud and achieve the accurate assessment of valveside bushing of oilpaper insulation as well as introduce the confidence factor to check reliability of the test result.Finally，verification is performed based on examples，and the results show the effectiveness and practicability of the第59卷第7期：013601442023年 7月16日High Voltage ApparatusVol.59，No.7：01360144Jul.16，2023DOI:10.13296/j.10011609.hva.2023.07.015_收稿日期：20230223；修回日期：20230409基金项目：国家电网公司科技项目(5500201955520A0000)。Project Supported by the State Grid Corporation of China Science and Technology Project(5500201955520A0000).研究与分析0引言换流变压器阀侧套管是换流变压器的核心组件，在电力系统中占据重要地位。保障其安全运行对提高直流输电系统的运行稳定性具有重要意义。然而，换流变压器阀侧套管工作温度高、电流谐波含量大、长期遭受交直流电压甚至反转电压的影响，相比于传统交流变压器套管，换流变压器阀侧套管工作环境更加严苛。统计资料表明，阀侧套管故障是换流变故障的主要原因之一1-3。准确实现换流变阀侧套管状态评估对提高换流变及直流电力系统的运行安全性具有重要意义。目前，针对换流变压器的状态评估已经开展，且初见成效。相关方法主要包括集对分析法4、贝叶斯网络5、模糊综合判断6、云重心理论7、DS证据理论8、人工神经网络9-10等。但阀侧套管作为换流变重要部件，其已成为换流变运行安全的主要“短板”11。相较于对换流变运行状态进行整体评估，单独对阀侧套管进行状态评估更为合理，但目前阀侧套管的状态评估方法却鲜有报道12。因此，本研究具有重要的理论价值和现实意义。此外，进行状态评估时，各状态指标的权重对评估结果的影响甚大。传统的赋权方法大致可分为：主观赋权法、客观赋权法以及主客观综合赋权法。主观赋权法主要根据各专家的决策意见对指标体系重要程度排序，如专家调查法13、层次分析法14等。主观赋权有一定的参考价值，但是过于依赖专家经验，对决策者的专业技能要求颇高，不利于工程实践。客观赋权法主要根据数据本身的特点按照一定规则自动赋权，与决策者的意愿无关，如主成分分析法15、均方差法16、熵技术法17等。客观赋权法能够很好地利用数据本身，但是不考虑该领域实际情况可能会导致误判，同时对于超出规程的数据也不能准确反映。传统的主客观综合赋权方法主要是几何平均或者最小二乘法结合，忽略了研究数据本身的复杂性。如文18以信息熵来量化指标，采用熵权法对主观权重进行修正，但几何平均法有一定局限性，具体分配还值得商榷。文19采用最小二乘法拟合数据，对于冗余数据的处理不能满足需求。为实现阀侧套管状态评估，提高换流变运行稳定性，文中提出一种主客观结合的综合赋权法。该方法利用可拓理论改进层次分析法，从而获取主观常权；同时采用改进熵权法获取客观常权，并用加权集成法对主客观常权进行综合得到总常权因子。针对套管个别指标严重劣化而常权无法灵敏反映的情况，采用惩罚性状态变权函数进行修正。同时，评估模型对评估结果也有很大影响。文20构建了基于可拓评价法的状态评估模型，用关联函数定量的表示各指标和评价等级的率属程度，但是评估边界用精确的数字来表示，忽略了实际情况的模糊性；文21构建了正态云模型进行评估，云关联度在处理边界问题的不确定性上有独特的优势，实现了分级区间的软化。文中将文20-21方法中的优点结合，得到可拓云模型作为文中的研究模型。综上，文中将可拓云模型与综合赋权相结合，进行了换流变压器阀侧套管定性与定量相结合的状态评估。为阀侧套管的状态维修提供了合理的决策依据。最后通过实例验证了该方法准确性和有效性。1评估指标体系的构建换流变压器阀侧套管构造复杂，其表征指标数量众多，不同指标反映不同状态；来源广泛，主要有离线测试数据、在线监测数据以及历史运维数据等。这些信息数据处理繁复，而指标体系的构建需要按照最能反映被评对象优劣程度的原则，含义界限要明确不能冗余。所以体系构建难度较大。为了科学有效地构建评估指标体系，应遵循以下原则22：1)针对性。测量值要能够切实反映阀侧套管状态，指标含义要清晰明确，不同地区根据实际情况开展工作，对指标进行调整。2)定量与定性相结合。定量指标内涵清晰，表达准确，便于进行数学处理；而资料中也有大量描述性语言和难以量化的定性指标，如运维历史等。这些信息也能作为发展趋势的判断依据。将定量和定性指标相结合更加全面科学。3)可行性。所选取的指标要符合现有工程技术水平和规范标准，要能够切实可行地测量和观测。而且应该与工程实际相适应，指标力求简洁不冗method，which provide a reasonable basis for the condition maintenance of valve side bushing of oilpaper insulation.Key words:oilpaper insulation；valve side bushing；extension cloud model；comprehensive weighting；conditionassessment研究与分析谢 庆，齐晨晨，肖朝轩，等.基于可拓云模型与综合赋权的油纸绝缘阀侧套管状态评估 1372023年7月第59卷第7期余，繁简适宜。通过统计现有故障案例以及遵循以上原则，依据国家电网公司 设备状态检修规章制度和技术标准汇编23和南方电网 Q/CSG 110012010 110500 kV油浸式电力变压器(电抗器)状态评价导则(试行)的规定，并且着重考虑实际测量情况，选取了末屏电阻