專利名稱：變壓器溶解氣體諧波回歸分析的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及變壓器管理和故障監控系統的領域。更具體地講，本發明涉及用于確定一時間間隔期間的氣體生成率的溶解氣體(dissolvedgas)分析(DGA)。
背景技術：
電力傳輸是向消費者送電的過程。通常，術語“電力傳輸”指的是從一個地方到另 一個地方批量地傳送電力，例如，在發電廠和居住區附近的變電站之間批量傳送電力。由于 涉及到大量電力，通常以高壓(IOOkV或以上)進行電力傳輸。在變電站使用變壓器把電壓 逐步降低至較低的電壓從而分配給商業用戶和居民用戶。電力公用事業工業使用的其它電 力傳送設備包括但不限于抽頭變換器(tap changer)、斷路器、電閘、電容器、電抗器等。電力傳送設備經常填充有流體，該流體通常為礦物油型(mineraloil origin)，其 通常用作電介質、絕緣體和傳熱劑。在正常使用期間，該流體經受緩慢降解而產生在油中積 聚的氣體。當在變壓器內存在電氣故障時，更加快速地產生這些氣體。變壓器內可能的若 干故障狀況中的每一個故障狀況產生某些關鍵氣體(key gas)和這些氣體的分布模式。因 此，通過確定變壓器流體中存在的各種氣體和它們的量可以弄清(ascertain)引起這些氣 體的故障狀況的特征。溶解氣體分析(DGA)是廣泛使用的用于監控填充液體的電力傳送設備中這些氣 體的積聚和生成率的預測維護技術，以便估量這樣的設備的操作。在線溶解氣體分析系統 能夠提供對多種氣體的分析，所述多種氣體例如氫氣(H2)、氧氣(O2)、一氧化碳(CO)、二氧 化碳(CO2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)。可以周期地(例如每四個 小時)從正被監控的每個變壓器進行采樣。如果達到個別氣體的預定義閾值或者如果達到 個別氣體的變化率，則希望將這個采樣率例如增大到每小時一次。在管理許多變壓器的公 用事業公司中，該采樣率產生過多的數據樣本，其中每一個都要進行分析。傳統的在線溶解氣體分析系統基于直接把測量的量與閾值(常量)和閾值(常 量)氣體生成率進行比較。雖然這使得電力生產者和分配者能夠弄清某些測量的量何時落 到閾值之外，但這個方法產生設備失靈的假警報。已有的溶解氣體分析技術不能夠區分由 故障和初期故障引起的氣體生成率與由填充液體的電力傳送設備的周期性負荷引起的可 接受的氣體生成率。
發明內容
因此，本發明的優點在于提供了一種用于分析由監控裝置監控的填充液體的電 力設備的工作狀況的方法和系統。本發明的另一優點在于提供了一種能夠在排除了周期性影響的情況下確定穩定 狀態氣體生成率的方法和系統。本發明的另一優點在于提供了一種能夠準確預測未來氣體生成率的方法和系 統。
本發明的以上和其它優點由一種分析由監控裝置監控的電力設備的狀況的方法 以一種形式來實現。該方法要求從監控裝置接收與一時間段期間的電力設備的操作相關 的數據元素，并根據數據元素識別對電力設備的操作有響應(responsive)的周期性特性。 該方法還要求區分趨勢與周期性特性，響應于該趨勢確定電力設備的狀況，并把該狀況呈 現給用戶。本發明的以上和其它優點由一種包含可執行代碼的計算機可讀存儲介質以另一 形式來實現，該可執行代碼用于指示處理器分析由組織維護并由溶解氣體監控裝置監控的 變壓器的狀況。所述可執行代碼指示處理器執行操作，所述操作包括從監控裝置接收與一 時間段期間的變壓器的操作相關的數據元素，該數據元素包括變壓器中的一定容量的變壓 器油中的溶解氣體的當前值。根據數據元素識別對電力設備的操作有響應的周期性特性。 通過從該時間段期間的數據元素中消除周期性特性以揭示趨勢來區分該趨勢與周期性特 性。根據趨勢確定溶解氣體的氣體生成率。氣體生成率識別變壓器的狀況，并且該狀況被 呈現給用戶。
通過參考結合附圖考慮的詳細說明和權利要求書，可以得出本發明的更全面理 解，其中各個附圖中相似的附圖標記指代類似的項目，并且圖1示出根據本發明的其中發生數據元素的分析和故障狀況的通知的設施的一 部分的方框圖；圖2示出由監控圖1的設備之一的監控裝置產生的數據元素的第一示例性分組的 示圖；圖3示出由監控圖1的設備之一的監控裝置產生的數據元素的第二示例性分組的 示圖；圖4示出提供給負責方的關于圖1的設備之一的正常狀況的異常(exception)的 通知的示圖；圖5示出根據本發明的分析過程的流程圖；圖6示出在分析過程內使用的采樣諧波回歸方程的表；圖7示出響應于分析過程的執行而產生氣體生成率的非諧波部分的線性擬合的 諧波回歸預測方程的示例性結果的圖表；圖8示出響應于分析過程的執行而產生對數擬合的諧波回歸預測方程的示例性 結果的圖表；圖9示出響應于分析過程的執行而確定的分段線性近似的示例性結果的圖表；圖10示出響應于分析過程的執行而確定的另一分段線性近似的示例性結果的圖 表；以及圖11示出通知過程的流程圖。
具體實施例方式本發明涉及一種分析由監控單元監控的電力設備的狀況的分析方法、包含可執行 代碼的計算機可讀介質和系統。結合對位于電力公用事業公司的變電站的變壓器中的故障狀況的監控來描述本發明。通過溶解氣體分析(DGA)單元執行監控，一個或多個DGA單元 執行每一個變壓器的在線監控。根據本發明的分析通過消除變壓器負荷對變壓器氣體生成 率的周期性影響提供對于變壓器中實際的氣體生成率的準確確定。分析的結果能夠用于確 定變壓器的狀況，從而故障類型、嚴重性和/或氣體生成率的趨勢能夠被確定并被傳送給 一個或多個負責方。在接下來的討論中將容易變得清楚的是，本發明可容易地適用于各種 環境，其中收集并分析大量數據，并且其中能夠區分設備的基礎(underlying)周期性特性 或正常的循環行為與反常狀況。圖1示出根據本發明的優選實施例的其中發生數據元素的分析和故障狀況的通 知的設施20的一部分的方框圖。設施20包括多個變電站22，僅示出其中的兩個變電站。 附加的變電站22由省略號24代表。變壓器26形式的多個設備位于每個變電站22處。為 了簡化圖解，在每個變電站22處僅示出三個變壓器26。然而，應該理解，如本領域技術人員 所知，每個變電站22能夠包括任何數量的變壓器26。每個變壓器26由多個溶解氣體分析器(DGA)單元28中的一個或多個監控。DGA 單元28監控通常為礦物油型的變壓器流體。例如，DGA單元28監控作為基于礦物油的變壓 器流體的降解產物的八種氣體。這八種氣體可包括氫氣(H2)、氧氣(O2)、一氧化碳(CO)、 二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)。
設施20還包括經由通信網絡32與DGA單元28進行通信的計算系統30。在優選 實施例中，計算系統30可位于由電力公用事業設施20操作的能源控制中心(未示出)。然 而，處理系統30可替換地可外包(outsource)給訂約的第三方監控設施20。計算系統30包括用于執行根據本發明的分析過程36的處理器34。處理器34還 可以執行可選的輪詢過程38和通知過程40。處理器34與輸入裝置42、輸出裝置44、顯示 器46和存儲器系統48進行通信，其中，存儲器系統48存儲可能響應于分析過程36的執行 而產生的趨勢數據庫50。這些元件通過總線結構52互連。本領域技術人員應該理解，分析 過程36、輪詢過程38和通知過程40不必是完全分開的物理單元，而是可以改為實現為單 個、集成的過程。計算系統30的特定配置至少部分地取決于設施20的復雜性、向處理系統 30提供數據的DGA單元28的數量和處理的數據量。輸入裝置42可包括鍵盤、鼠標、定點裝置、音頻裝置(例如，麥克風)和/或向處 理器34提供輸入的任何其它裝置。輸出裝置44可包括打印機、音頻裝置(例如，揚聲器) 和/或提供來自處理器34的輸出的其它裝置。輸入裝置42和輸出裝置44還可以包括網絡 連接、調制解調器或用于經由通信網絡32與其它計算機系統或裝置進行通信的其它裝置。計算系統30還包括計算機可讀存儲介質54。計算機可讀存儲介質54可以是磁盤、 緊湊盤或處理器34可讀的任何其它易失性或非易失性大容量存儲系統。計算機可讀存儲 介質54還可以包括協同工作或互連的計算機可讀介質，這些介質僅存在于計算系統30上 或者分布于可以是本地的或遠程的多個互連的計算機系統(未示出)當中。分析過程36、 輪詢過程38和通知過程40記錄在計算機可讀存儲介質54上以指示處理器34執行輪詢、 分析和通知功能，如以下所討論。設施20還可以包括通知裝置56，僅示出一個通知裝置56。通知裝置56可以是傳 統的手持通信裝置，諸如尋呼機、蜂窩電話、個人數字助理或者它們的組合。可替換地，通知 裝置56可以是臺式計算機或者給通知裝置56的用戶產生電子消息的任何其它構件。通知裝置56可以經由通信網絡32與計算系統30進行通信。通信網絡32可經由本領域技術人員公知的傳統無線和/或有線技術進行通信。每個通知裝置56被分配給特定的負責方58或者與特定的負責方58相關。在本 說明中，負責方58可以是一個或多個個體的維護組，這些個體負責特定變電站22處的變壓 器26，最了解特定故障狀況所需的校正措施，并且/或者具有適當級別的權力以做出關于 變壓器26的決定。通常，DGA分析器28對變壓器26內的流體進行采樣并監控采樣的流體中的溶解 氣體。標稱地可以每四個小時進行采樣。然而，如果達到個別氣體的預定義閾值或者如果 達到個別氣體的預定義變化率，則采樣率可增加到每小時一次。DGA單元28處的溶解氣體 監控需要測量變壓器流體內的若干溶解氣體中每一種的值。這些測量隨后經由通信網絡32 作為數據元素60傳送給計算系統30。可以自動從DGA單元28傳送數據元素60，并且/或 者可以響應于經由輪詢過程38傳送的輪詢信號從DGA單元28傳送數據元素60。可替換 地，可以手動地獲取數據元素60。這些手動的測量可以根據傳統的數據錄入方法手動地輸 入到處理系統30。數據元素60由分析過程36分析，并且分析的結果可以記錄在趨勢數據 庫48中，和/或可以以通知62的形式經由通知過程40提供給分配給一個或多個負責方58 的一個或多個通知裝置56。參照圖2和圖3，圖2示出由監控變壓器26之一(圖1)的DGA單元28之一(圖 1)產生的數據元素60的第一示例性分組64的示圖。圖3示出由監控變壓器26的DGA單 元28產生的數據元素60的第二示例性分組66的示圖。分組64和66每一個都可取地包 括變壓器標識符68，這里顯示為識別變壓器26之一的“TA01 ”。分組64和66的每一個還 包括數據元素60作為正被DGA單元28監控的若干種氣體72中的每種氣體的值70。可以 包括這里未示出的附加的信息，諸如收集時間/日期、其中未列出的其它氣體72等。這里示出了第一分組64和第二分組66以描述可能從DGA單元28 (圖1)提供給 計算系統30(圖1)以用于根據本發明的分析和隨后的選擇性通知的信息。分別用于傳輸 的數據元素60以及第一分組64和第二分組66的特定結配置可采用多種形式，并且可經由 本領域技術人員已知的多種技術實現傳輸。圖2大致示出代表由“TA01”標識的變壓器26正常工作的正常狀況74的第一分組 64。當每種氣體72的值70落入定義正常狀況74(諸如，“狀況1”級別)的預定極限內時，可 確定正常狀況74。這些預定極限可按產業公認標準(諸如，IEEE Std C57. 104-1991"IEEE Guide forthe Interpretation of Gases Generated in OiI-ImmersedTransformers") 提供。相反，圖3大致示出代表由“TAOl”標識的變壓器26可能不正常工作的反常狀況 76的第二分組66。當氣體72的一些或所有值70已經上升到更嚴重的狀況級別時，可確定 反常狀況76。在這個例子中，一氧化碳(CO)水平上升到正常期望極限以上的值。因此，這 里使用術語“反常(abnormal)狀況76”來指代由DGA單元28 (圖1)監控的氣體72的值 70不在正常極限內的情況。不幸的是，無法根據在第二分組66中呈現的原始數據區分一些或所有值70是由 于故障狀況而上升到正常極限以上的量還是值70由于變壓器26(圖1)的正常循環負荷而 上升。因此，由于循環負荷導致的正常極限以上的一些或所有值70會錯誤地導致反常狀況76的通知。數據分析過程36(圖1)通過區分實際的氣體生成率與正常的循環變壓器負荷 來應對這個問題。圖4示出提供給一個或多個負責方58(圖1)的關于變壓器26之一(圖1)的正常狀況74(圖2)的異常78的通知62的示圖。如前面簡要描述的，這里的數據元素60是 在DGA單元28 (圖1)采樣的氣體72的值70。氣體72的這些值70由分析過程36進行分 析以揭示當前在所述變壓器26之一處發生的異常78，即特定反常狀況。通知62可用于傳 送異常78。這里示出了通知62以描述關于異常78的信息，根據本發明所述異常可經由通知 過程40 (圖1)的執行提供給一個或多個負責方58。通知62的特定配置可采用本領域技術 人員已知的各種形式。通知62包括變壓器標識符68。通知62還傳送異常78，并且可以可選地包括氣體 72的值70。在示例性情形中，異常78可定義變壓器26之一處的故障狀況80和嚴重級別 82。故障狀況80可進一步識別故障類型84。通知62還可以包括通過執行以下討論的一種 或多種氣體72的氣體生成率的分析過程36獲得的趨勢數據88。因此，總體上，通知62能 夠向負責方58提供關于變壓器26之一內的反常情況的高級細節。圖5示出根據本發明的分析過程36的流程圖。分析過程36由處理器34(圖1) 執行以獲得能夠用于確定變壓器26是正常工作(即，正常狀況74(圖2))還是不正常工作 (即，反常狀況76(圖3))的結果。具體地講，通過消除可能由變壓器26的周期性負荷或循 環負荷導致的顯著波動，分析過程36執行諧波分析以確定變壓器26之一(圖1)的“穩定 狀態”放氣(gassing)率。分析過程36以任務90開始。在任務90，處理器34從DGA單元28之一接收先前 在期望的時間段期間收集的多個數據元素60。在一個實施例中，DGA監控器28之一(圖1) 每四個小時提供包含若干種氣體72 (圖2)的值70 (圖2)的數據元素60，從而每年提供兩 千一百九十個采樣(即，每種氣體72的值70)。因此，該多個值70不需要一次從DGA單元 28之一下載，而是可以可替換地周期性地收集并保存在計算系統30(圖1)中的數據文件 (未示出)中以用于后面的處理。為了下面的討論，數據元素60涉及在特定時間段期間收 集的氣體72之一的一組值70。在這個示例性的情況下，數據分析涉及根據數據元素60確 定二氧化碳氣體72的氣體生成率。然而，下面的討論同樣適用于在特定時間段期間作為數 據元素60收集的若干種氣體72中的任何氣體的值70。分析過程36繼續執行任務92。在任務92，在數據元素60內識別周期性特性。這 些周期性特性描述變壓器26負荷中的循環波動。在一個實施例中，分析過程36識別三個 諧波。這三個諧波計及(account for)通常在變壓器負荷中發生的每日波動、半年波動和 每年波動。例如，每日負荷由于一天期間變化的電力需求而變化。另外，變壓器負荷峰值可 季節性地發生，即在夏天發生，但另外可存在較小的冬天“峰值”。應該理解，這些常見的諧 波可以增加、減少或調整以適合另一識別的變壓器負荷模式。例如，可擴展該模型以包括附 加的諧波，從而計及工作周期間觀察的變壓器負荷與周末觀察的變壓器負荷之間的差別。結合任務92執行任務94。在任務94，從數據元素60 (例如，二氧化碳氣體70的 值72)中消除這些常見的諧波或周期性特性以辨別趨勢，諸如穩定狀態氣體生成率。結合圖5的任務94參照圖6，圖6示出在分析過程36的任務94內使用的采樣諧波回歸方程98的表96。在任務94的實施中，對值70采用諧波回歸分析以確定值70的最 佳擬合預測方程或諧波回歸方程。諧波回歸方程98包括作為截距值C1的第一分量100和 作為時間的函數(例如，C2t)的第二分量102。諧波回歸方程98還包括第三分量104，以 計及每日變壓器負荷波動特性；第四分量106，以計及半年變壓器負荷波動特性；和第五分 量108，以計及每年變壓器負荷波動特性。在諧波回歸方程98中，第二分量102顯示為具有線性特性。然而，第二分量106可 采用其它形式，諸如C2Ln(t)、C2e\C2elA等。分析過程36可利用所述其它形式之一替換第 二分量102，并重新計算“擬合優度”或r2參數以選擇具有最高r2參數的方程。當然，值到 預測方程(諸如，諧波回歸方程98)的完美擬合導致r2參數為1。然而，返回0.85和0.95 之間的r2參數的諧波回歸是典型的。
如上所述，變壓器負荷能夠影響氣體生成率并導致觀測值70中的正弦特性。當去 除正弦特性時，第一分量102和第二分量104分別采用y = ax+b的形式或線性方程110。 “a”值(BP,C2)是直線的斜率，或變壓器26之一(圖1)的“穩定狀態”氣體生成率112。如 果第二分量102的對數形式或指數形式確定為“最佳擬合”，則能夠識別氣體生成率112加 速或減速的速度。通過任務94的諧波回歸分析，能夠區分趨勢(即諸如氣體72之一的值70的時間 序列數據的長期移動)與數據元素中發現的周期性特性。這個例子中的趨勢是氣體生成率 112，這個例子中的周期性特性包括計及每日波動特性的第三分量104、計及半年波動特 性的第四分量106、和計及每年波動特性的第五分量108。再次參照圖5，在任務94之后，分析過程36繼續執行任務114。執行任務114以 響應于趨勢或氣體生成率112確定變壓器26的狀況。變壓器26的狀況可以是正常狀況 74 (圖2)或反常狀況76 (圖3)。然而，通過使用“穩定狀態”氣體生成率112，能夠全年 (year round)確定反常狀況76的更準確和一致的診斷，而不管由于變壓器負荷導致的氣 體生成中的正常周期性波動。可結合任務114執行任務116。在任務116，趨勢數據(S卩，氣體72之一(圖2) 的氣體生成率112)可存儲在趨勢數據庫50 (圖1)中，并且/或者氣體生成率112可經由 例如顯示器50 (圖1)呈現給用戶。分析過程36的結果的通知也可以傳遞給負責方58 (圖 1)，結合圖10對此進行討論。在任務116之后，詢問任務118確定分析過程36是否繼續。在任務90接收的數 據元素60 (圖1)可包括若干種氣體72 (圖2)的值70 (圖2)。因此，在任務94區分趨勢 與周期性特性可包括識別多種氣體72的氣體生成率。因此，分析過程36可繼續執行以便 確定這些其它的氣體生成率。另外，數據元素60可在隨后的時間段從同一變壓器26獲得。 另外，對于需要分析的設施20 (圖1)內的其它變壓器26 (圖1)而言，數據元素60可能可 用。因此，如果在詢問任務118處用戶希望繼續分析，則過程控制循環回到任務90以從與 特定的其中一個變壓器26關聯的其中一個DGA監控器28 (圖1)接收數據元素60。然而， 如果在詢問任務118處用戶希望停止分析過程36，則退出分析過程36。圖7示出響應于分析過程36(圖5)的執行產生氣體生成率112的非諧波部分的 線性擬合的諧波回歸預測方程的示例性結果的圖表120。圖表可經由顯示器50(圖1)呈 現給用戶，或者可經由通知裝置56 (圖1)呈現給負責方58 (圖1)。圖表120包括具有如由r2參數124代表的高“擬合優度”的諧波回歸方程98(圖6)的解122，其中，Y等于在時 間t的預測的二氧化碳氣體值。解122用于識別趨勢，即變壓器26之一(圖1)中的二氧 化碳氣體72 (圖2)的“穩定狀態”氣體生成率112。圖表120包括用于視覺化解122的分量的曲線圖126。曲線圖126包括從數據元 素60 (圖2)獲得的且在變壓器油中發現的溶解二氧化碳氣體72的值130相對于時間132 的第一曲線128。在這個實施例中，時間132與采樣一致。也就是說，由于每四個小時對變 壓器油進行采樣，所以6個采樣的數值對應于二十四個小時。相應地，1095個采樣的數值對 應于半年，并且2190個采樣的數值對應于一年。第一曲線128代表在時間段132期間在變壓器油中發現的二氧化碳氣體7 2的實 際值70(圖2)。曲線圖126還包括響應于推導的解122而產生的第二曲線134。因此，第 二曲線134是使用解122建模的二氧化碳的實際值的“最佳擬合”表示或模型。為了說明 的目的，曲線圖126還包括變壓器負荷的每日波動136、半年波動138和每年波動140的周 期性特性。根據本發明，從解122中去除或消除每日波動136、半年波動138和每年波動140 的正弦分量，以便能夠確定“穩定狀態”氣體生成率112形式的準確趨勢。另外，還能夠弄 清氣體生成的截距值142。如果氣體生成率112上升太快，則這個信息可以作為指定故障狀 況80 (圖4)的增加的嚴重級別82 (圖4)的異常78 (圖4)而中繼給負責方58 (圖1)。通過把“t”的未來值代入諧波方程，本發明的諧波方程可附加用于預測未來的氣 體值。圖7還包括垂直取向的邊界143。位于邊界143右側的第二曲線134的那部分代表 在“t”的未來值的預測氣體值145。當然，當未來時間“t”發生時，可繪制代表二氧化碳氣 體72的實際值70(圖2)的第一曲線128以驗證預測的準確性。這種預測能夠用于確定變 壓器26之一的壽命終止何時到達。例如，如以下所討論，預測可用于基于一氧化碳氣體72 和二氧化碳氣體72的在線監控來確定纖維素絕緣材料(cellulose insulating material) 的降解。變壓器26(圖1)通常使用由植物纖維素制成的材料片作為絕緣材料。纖維素是 由鏈接(linked)的葡萄糖單元組成的線型聚合物。聚合物中鏈接的單元的數量稱為聚合 度。通常，纖維素的質量通過平均聚合度來測量。聚合度已多年用于確定電力變壓器絕緣 材料的狀況。典型的新的絕緣材料具有大約一千到一千二百的平均聚合度。在使用延長的 時段之后，由于高濃度的水和氧氣以及高溫的作用，紙變為深褐色并且變脆。這個過程稱為 高溫分解。高溫分解的副產品包括呋喃、一氧化碳和二氧化碳。當聚合度下降到大約兩百 時，絕緣材料的抗拉強度減小到它初始強度的大約百分之二十。這視為變壓器絕緣的壽命 終止準則。在操作變壓器中，為了直接測量聚合度，將變壓器斷電，并把纖維素絕緣材料的采 樣送到實驗室進行測試。很明顯，這種直接測量方法耗時而昂貴。測量聚合度的間接方法 是通過呋喃測試。呋喃是能夠在變壓器絕緣油中發現的主要纖維素降解產品。可以對油采 樣進行關于呋喃的分析并將其與呋喃模型比較以獲得絕緣材料的聚合度的近似。然而，這 種近似技術并不總是給出一致的結果，并且它對于檢測變壓器26的故障狀況所需的更有 價值的溶解氣體分析而言是附加的開支。正在開發即將出現的模型以預測變壓器壽命期間產生的一氧化碳和二氧化碳的量與纖維素絕緣材料的聚合度之間的關系。這些模型可以與通過使用本發明的諧波方程確 定的預測氣體值(諸如，第二曲線134的預測氣體值145)進行比較以確定變壓器26之一 的壽命終止何時到達。圖8示出響應于分析過程36(圖5)的執行產生對數擬合的諧波回歸預測方程的 示例性結果的圖表144。圖表144可經由顯示器50(圖1)呈現給用戶，或者可經由通知裝 置56 (圖1)呈現給負責方58(圖1)。圖表144包括具有由r2參數148代表的高“擬合優 度”的諧波回歸方程98 (圖6)的解146，其中，Y等于在時間t的預測二氧化碳氣體值。在 這種情況下，第二分量102是對數函數而非圖7中示出的線性函數。曲線圖150示出了第一曲線152，第一曲線152代表在時間段156期間在變壓器 油中發現的二氧化碳氣體72 (圖2)的實際值154。曲線圖150還包括響應于推導的解146 而產生的第二曲線158。因此，第二曲線158是使用解146建模的二氧化碳的實際值的“最 佳擬合”表示或模型。曲線圖150還包括變壓器負荷的每日波動160、半年波動162和每年 波動164的周期性特性。如曲線圖150中所示，一旦消除了變壓器負荷的每日波動160、半 年波動162和每年波動164的周期性特性，則代表氣體生成率加速或減速的速度的對數曲 線166以及截距分量168被揭示。確定變壓器油中各種溶解氣體72 (圖2)的諧波分量(即，周期性特性)的目標在 于最終從氣體生成率的確定中去除它們的影響。通過從實際的溶解氣體數據中消除諧波分 量，“穩定狀態”氣體生成率112(圖7)被揭示。然而，在一些情況下不能僅依賴這個“穩定 狀態”速率112。也就是說，根據數據元素60 (圖1)擬合值70 (圖2)的線性方程110 (圖 6)將采用相當大量的處于不同氣體生成率的新數據以改變線性方程結果。另外，這些改變 會由于較大量的先前數據點而減弱或減小。由于變壓器26中的狀況可能快速改變，所以分 析過程36應該包括能夠感測放氣率的改變的分量以便在發生故障之前報告這些改變。為了感測放氣率的改變，可在分析過程36中實施分段線性近似以把時間序列數 據表示為一系列各種長度的線段。對于溶解氣體分析，這種分段線性近似的目的在于確定 每個線段的開始點和斜率以及確定當前線段的斜率是否顯著不同于前一線段的斜率。如本領域技術人員所知，存在三種主要的方法把時間序列數據分割為分段線性近 似。這些方法包括滑動窗口法、自上而下法和自下而上法。滑動窗口方法開始于時間序列 的第一數據點以創建線段。通過鏈接相鄰數據點直到該線段超過某一規定誤差為止來“生 長”該線段。然后，開始新的線段，該新的線段開始于下一個數據點。自上而下方法把時間 序列分成若干段，直到滿足停止準則為止。自下而上方法開始于成對的數據點并通過與相 鄰線段合并來生長更長的線段，直到滿足某一停止準則為止。停止準則可采用不同的形式， 諸如限制線段的數量、指定給定線段的最大誤差或者指定所有線段的最大總誤差。在一個 實施例中，自下而上方法產生最令人滿意的結果。圖9示出響應于分析過程36的執行而確定的分段線性近似的示例性結果的圖表 170。圖表170包括示出第一曲線174的曲線圖172，第一曲線174代表在時間段178期間 在變壓器油中發現的二氧化碳氣體72 (圖2)的實際值176。曲線圖172還包括分成七個線 性段182并使用分段線性近似導出的第二曲線180。與整個采樣間隔上的單個氣體生成率 相比，線段182快速地定義氣體生成率184的改變。例如，可以區分在第一時間段186期間 發生的第一氣體生成率184’與在第二時間段188期間發生的第二氣體生成率184”，以便容易地檢測變壓器26 (圖1)的狀況的改變。通過去除每日、半年和每年波動的周期性特性，如以上所討論，附加因素隨著時間對氣體生成率的影響能夠視覺化為不同的線段182。一個示例性因素可以是由于設施建設 或維護而承擔更多負荷的個別變壓器的更高的負荷。其它因素可包括比正常情況更熱和/ 或更涼的環境溫度的影響。更重要地，另一因素可以是反常狀況76 (圖3)的開始和顯現。圖10示出響應于分析過程36的執行而確定的另一分段線性近似的示例性結果的 圖表190。通常，一氧化碳和二氧化碳氣體生成是循環的，并且能夠指示變壓器26 (圖1)中 的過熱。因此，為了確定“穩定狀態”氣體生成率，僅需要去除氣體值的諧波分量。當在變 壓器26中發生活性電弧放電(active arcing)時，產生其它氣體，諸如乙炔和氫氣。這些 氣體有時稱為“熱金屬”氣體。電弧放電很少受到循環負荷的影響。因此，數據要更加線性 得多。圖表190表明了分段線性近似方法快速檢測這樣的“熱金屬”氣體的放氣率的變 化而不需要消除或去除任何潛在的諧波分量的能力。圖表190包括曲線圖192，曲線圖192 示出了代表在時間段198期間在變壓器油中發現的氫氣的實際值196的第一曲線194。曲 線圖192還包括分成五個線性段202并使用分段線性近似導出的第二曲線200。與整個采 樣間隔上的單個氣體生成率相比，線段202快速地定義氣體生成率的改變。更重要地，曲線 圖192表明分段的分割能夠快速地檢測和報告氣體生成率的顯著改變，諸如第五線段204。 這種顯著的改變可能指示變壓器26內的災難性問題，諸如電弧放電。圖11示出通知過程40的流程圖。可執行通知過程以向一個或多個負責方58 (圖 1)通知變壓器26之一(圖1)的反常狀況。這里給出的通知過程是為了說明的目的。本領 域技術人員應該理解，可以通過多種方法執行通知。通知過程40開始于任務206。在任務206，處理器34 (圖1)接收其中一個變壓器 (圖1)的狀況。該狀況是通過執行分析過程36產生的，并且可包括正常狀況74或反常狀 況76之一和/或趨勢數據88 (圖4)。接下來，詢問任務208確定該狀況是否是正常狀況的異常。當該狀況是反常的或 者指示通過溶解氣體分析在變壓器26之一中檢測到故障時，過程控制繼續執行任務210。在任務210，將通知62(圖4)傳遞給負責方58(圖1)。然而，當詢問任務208確 定沒有反常情況要報告時，退出通知過程40。總的來說，本發明教導了一種分析由監控裝置監控的電力設備的狀況并把那些結 果呈現給用戶的方法、可執行代碼和系統。本發明使用諧波回歸方法以提供電力變壓器中 實際氣體生成率的準確確定。通過消除變壓器負荷對氣體生成率的諧波影響或周期性特 性，來實現這一點。由此，在排除了起到類似噪聲作用的諧波分量之后，能夠確定真實的“穩 定狀態”氣體生成率。另外，本發明能夠產生未來氣體生成率的準確預測，以便確定例如電 力變壓器的壽命終止何時到達。雖然已詳細地示出和描述了本發明的優選實施例，但對于本領域技術人員顯而易 見的是，在不脫離本發明的精神或權利要求的范圍的情況下，可以做出多種修改。
權利要求
一種分析由監控裝置(28)監控的電力設備(26)的狀況(74，76)的方法(36)，包括從所述監控裝置(28)接收(90)與一時間段(132)期間的所述電力設備(26)的操作相關的數據元素(60)；根據所述數據元素(60)識別(92)對所述電力設備(26)的所述操作有響應的周期性特性(136，138，140)；區分(94)趨勢(112)與所述周期性特性(136，138，140)；響應于所述趨勢(112)確定(114)所述電力設備(26)的所述狀況(74，76)；以及將所述狀況(74，76)呈現(116)給用戶(58)。
2.如權利要求1所述的方法(36)，其中，所述周期性特性(136，138，140)是所述電力 設備(26)的負荷的每日波動(136)。
3.如權利要求1所述的方法(36)，其中，所述周期性特性(136，138，140)是所述電力 設備(26)的負荷的半年波動(138)。
4.如權利要求1所述的方法(36)，其中，所述周期性特性(136，138，140)是所述電力 設備(26)的負荷的每年波動(140)。
5.如權利要求1所述的方法(36)，其中所述識別操作(92)識別多個周期性特性(136，138，140)，所述多個周期性特性(136， 138，140)中的每一個描述所述電力設備(26)的負荷的離散周期性波動，所述周期性特性 是所述多個周期性特性(136，138，140)之一；并且所述區分操作(94)區分所述趨勢(112)與所述多個周期性特性(136，138，140)中的每一個。
6.如權利要求1所述的方法(36)，還包括從所述時間段(132)期間的所述數據元素 (60)中消除(94)所述周期性特性(136，138，140)以揭示所述趨勢(112)。
7.如權利要求6所述的方法(36)，其中，所述消除操作(94)將所述趨勢(11)揭示為 所述電力設備(26)的所述狀況(74，76)的基本上線性的表示。
8.如權利要求1所述的方法(36)，其中，所述電力設備(26)是由公用事業公司(20) 維護的變壓器(26)，所述監控裝置(28)是溶解氣體監控單元(28)，所述數據元素(60)是 所述變壓器(26)的變壓器油中的溶解氣體(72)的當前值(70)，并且所述方法(36)還包括 在所述公用事業公司(20)的處理系統(30)處執行所述接收(90)、識別(92)、區分(94)、確 定(114)和呈現(116)操作。
9.如權利要求1所述的方法(36)，其中，所述電力設備(26)是由公用事業公司(20) 維護的變壓器(26)，所述監控裝置(28)是溶解氣體監控單元(28)，所述數據元素(60)是 所述變壓器(26)中的一定容量的變壓器油中的溶解氣體(72)的當前值(70)，并且所述確 定操作(114)根據所述趨勢(112)確定氣體生成率，所述氣體生成率識別所述變壓器(26) 的所述狀況(74，76)。
10.如權利要求1所述的方法(36)，還包括根據所述趨勢(112)預測(98)所述電力 設備(26)在所述時間段(132)之后的未來時間的未來狀況(145)。
11.如權利要求1所述的方法(36)，其中，所述時間段(132)是第一時間段(186)，所述 趨勢(112)是第一趨勢(184’ )，以及所述方法(36)還包括從所述監控裝置(28)接收(90)在第二時間段(188)期間的第二數據元素(60)； 區分(94)第二趨勢(184”)與所述周期性特性(136，138，140)，所述第二趨勢(184”) 不同于所述第一趨勢(184’ )；根據所述第二趨勢(184”)確定(114)所述電力設備(26)的所述狀況(74，76)的變 化；以及將所述狀況(74，76)的所述變化呈現(116)給所述用戶(58)。
12.如權利要求1所述的方法(36)，其中所述確定操作(114)包括根據所述趨勢(112)弄清所述狀況(74，76)定義了所述電力 設備(26)的正常狀況(74)的異常(76)；以及所述呈現操作(116)包括在所述異常(76)的情況下把所述狀況(76)的通知(62)傳 遞(210)給所述用戶(58)。
13.一種包含可執行代碼(36)的計算機可讀存儲介質(54)，所述可執行代碼(36)指 示處理器(34)分析由組織(20)維護并由溶解氣體監控裝置(28)監控的變壓器(26)的狀 況(74，76)，所述可執行代碼(36)指示所述處理器(34)執行操作，所述操作包括從所述監控裝置(28)接收(90)與一時間段(132)期間的所述變壓器(26)的操作相 關的數據元素(60)，所述數據元素(60)包括所述變壓器(26)中的一定容量的變壓器油中 的溶解氣體(72)的當前值(70)；根據所述數據元素(60)識別(92)對所述變壓器(26)的所述操作有響應的周期性特 性(136，138，140)；通過從所述時間段(132)期間的所述數據元素(60)中消除所述周期性特性(136，138， 140)以揭示趨勢(112)來區分(94)所述趨勢(112)與所述周期性特性(136，138，140)；根據所述趨勢(112)確定(114)所述溶解氣體(72)的氣體生成率(112)，所述氣體生 成率識別所述變壓器(26)的狀況(74，76)；并且 將所述狀況(74,76)呈現(116)給用戶(58)。
14.如權利要求13所述的計算機可讀存儲介質(54)，其中，所述可執行代碼(36)指示 所述處理器(34)執行另外的操作，包括識別(92)多個周期性特性(136，138，140)，所述多個周期性特性(136，138，140)中的 每一個描述所述變壓器(26)的負荷的離散周期性波動，所述周期性特性是所述多個周期 性特性(136，138，140)之一；以及所述區分操作(94)區分所述趨勢(112)與所述多個周期性特性(136，138，140)中的 每一個。
15.如權利要求14所述的計算機可讀存儲介質(54)，其中，所述多個周期性特性(136， 138,140)包括每日波動(136)、半年波動(138)和每年波動(140)。
16.如權利要求13所述的計算機可讀存儲介質(54)，其中，所述可執行代碼(36)指示 所述處理器(34)執行另外的操作，包括根據所述趨勢(112)預測(98)所述變壓器(26) 在所述時間段(132)之后的未來時間的未來狀況(145)。
17.如權利要求13所述的計算機可讀存儲介質(54)，其中，所述可執行代碼(36)指示 所述處理器(34)執行另外的操作，包括根據所述趨勢(112)弄清(208)所述狀況(74，76)定義了所述變壓器(26)的正常狀況(74)的異常(76)；以及在所述異常(76)的情況下把所述狀況(76)的通知(62)傳遞(210)給所述用戶(58)。
18.一種分析由監控裝置(28)監控的電力設備(26)的狀況(74，76)的計算系統(30)， 包括處理器(34)；輸入元件(42)，其與所述處理器(34)進行通信，用于從所述監控裝置(28)接收數據元 素(60)，所述數據元素(60)與一時間段(132)期間的所述電力設備(26)的操作相關； 計算機可讀存儲介質(54)；以及可執行代碼(36)，其記錄在所述計算機可讀存儲介質(54)上以指示所述處理器(34) 執行操作，所述操作包括根據所述數據元素(60)識別(92)對所述電力設備(26)的所述操作有響應的多個周 期性特性(136，138，140)，所述多個周期性特性(136，138，140)中的每一個描述所述電力 設備(26)的負荷的離散周期性波動；通過從所述時間段(132)期間的所述數據元素(60)中消除所述多個周期性特性(136， 138,140)以揭示趨勢(112)來區分(94)所述趨勢(112)與所述周期性特性(136，138， 140)；并且響應于所述趨勢(112)確定(14)所述電力設備(26)的所述狀況(74，76)；以及 輸出元件(44，46)，其與所述處理器(34)進行通信以將所述狀況(74，76)呈現(116) 給用戶(58)。
19.如權利要求18所述的計算系統(30)，其中，所述可執行代碼(36)指示所述處理器 (34)執行操作，所述操作包括根據所述趨勢(112)預測(98)所述電力設備(26)在所述 時間段(132)之后的未來時間的未來狀況(145)。
20.如權利要求18所述的計算系統(30)，其中，所述時間段(132)是第一時間段 (186)，所述趨勢(112)是第一趨勢(184’)，并且所述可執行代碼(36)指示所述處理器 (34)執行另外的操作，包括從所述監控裝置(28)接收(90)在第二時間段(188)期間的第二數據元素(60)； 區分(94)第二趨勢(184”)與所述多個周期性特性(136，138，140)，所述第二趨勢 (184”)不同于所述第一趨勢(184’ )；根據所述第二趨勢(184”)確定(114)所述電力設備(26)的所述狀況(74，76)的變 化；以及將所述狀況(74，7)的所述變化呈現(116)給所述用戶(58)。
全文摘要
變壓器(26)由溶解氣體監控裝置(28)監控。可執行代碼形式的方法(36)指示處理器(34)分析變壓器(26)的狀況。該方法包括從監控裝置(28)接收(90)在一時間段期間與變壓器(26)的操作相關的溶解氣體(72)的值(70)形式的數據元素(60)。從數據元素(60)識別(92)響應于變壓器(26)的操作的周期性特性。周期性特性可包括響應于變壓器負荷的氣體生成的每日(136)、半年(138)和/或每年(140)的波動。區分氣體生成率趨勢(112)和周期性特性，確定變壓器(26)的狀況，并且可響應于趨勢(112)預測它的未來狀況。該狀況被呈現給用戶(58)。
文檔編號G01N21/00GK101821602SQ200880110413
公開日2010年9月1日 申請日期2008年8月1日 優先權日2007年8月6日
發明者D·R·拉蒙塔涅 申請人:亞利桑那公共服務公司