一种基于支持向量机的油纸绝缘系统击穿电压预测方法与流程

本发明涉及一种变压器内部油纸绝缘结构设计，尤其涉及一种基于支持向量机(svm)的油纸绝缘系统击穿电压预测方法。

背景技术：

电力变压器作为电力系统中的重要设备，其运行可靠性直接关系到整个电网的安全运行。随着我国电力系统的优化升级，变压器的电压等级逐渐提高，容量逐渐增大，电力部门对变压器运行稳定性提出了越来越高的要求。然而近年来，变压器在运行中频繁出现故障，造成了巨大损失。根据数据统计，超半数的变压器故障是由绝缘问题引起的。因此，在设计阶段对其绝缘结构进行计算分析是非常关键的一个步骤。

超特高压电力变压器大多采用油纸复合绝缘，变压器内部结构复杂，因而形成了圆筒形和板型等绝缘结构。目前对变压器绝缘裕度的计算，大多利用采用油隙击穿场强实验值作为参考，比对变压器电场计算结果相应的得出绝缘裕度，而油隙及纸板击穿电压受多方面因素影响，同时变压器内绝缘结构形式多样，因此用单一阈值作为油纸绝缘评估的依据过于简单，采用准确且高效的方法预测不同结构油纸绝缘系统的击穿电压是变压器绝缘设计和计算亟待解决的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的就在于为了解决上述问题而提出的一种基于支持向量机的油纸绝缘系统击穿电压预测方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于支持向量机的油纸绝缘系统击穿电压预测方法，包含以下步骤：

(1)选取变压器中典型油纸绝缘结构，确定其击穿电压影响因素，制定影响因素执行表；

(2)根据上述影响因素执行表，选用干燥无杂质油进行击穿电压实验，记录击穿电压实验数据；也即根据所选取的影响因子，选取实验样本空间，制定影响因数执行表，并依据执行表中组合进行多次油纸绝缘击穿实验，记录在不同影响因素下的击穿电压，用以确定svm模型结构；

(3)建立svm回归预测模型，利用影响因素执行表和实验数据训练，确定svm模型结构；

(4)将待预测油纸绝缘系统拆分不同形式绝缘结构的组合，通过计算获得各绝缘结构的电气参数，建立用于计算电压作用下各绝缘结构的承受电压值的等效电路模型；

(5)利用svm回归预测模型计算拆分后各绝缘结构的击穿电压；

(6)将步骤(5)中计算所得的击穿电压比对不同外施电压下各绝缘结构的等效电路模型的承受电压，进而得到该油纸绝缘系统的预测击穿电压。

进一步地，步骤(1)中所述典型油纸绝缘结构包括变压器中常用的圆筒和平板两种绝缘类型；所述击穿电压影响因素包括所述绝缘结构类型、尺寸以及油纸绝缘厚度和外施电压类型。

影响油纸绝缘击穿电压的因素很多，如绝缘包裹的电极形式，油隙及绝缘纸厚度、变压器油中水分和气泡含量、温度和承受电压类型等等。在实际运行中变压器油温度、水分和气泡等难以人为控制，而电极形状和绝缘结构却是能根据需求在设计阶段进行调整的，且考虑到变压器的结构特征，其内部中大部分油纸绝缘结构都可简化成球型、筒型或板型等绝缘结构的组合。因此典型油纸绝缘结构选取球型、圆筒和平板3种绝缘类型；忽略温度、水分和气泡对变压器油击穿电压的，选取影响因子为前述绝缘结构类型、几何尺寸以及油纸绝缘厚度和外施电压类型。

进一步地，所述步骤(3)具体包括：

(31)将步骤(1)中击穿电压影响因素作为输入数据集，击穿电压作为输出数据；

(32)选择rbf函数为svm核函数，即：

其中，x是n维输入向量；xi是基函数中心，与x具有相同维数；σ是感知的变量，决定了该基函数围绕中心点的宽度；

(33)用步骤(1)中制定的影响因素执行表和步骤(2)中得到的击穿电压实验数据训练svm回归预测模型，获得相应的支持向量，并据此确定该svm回归预测模型的结构。

进一步地，步骤(4)中将待预测油纸绝缘系统拆分为圆筒、平板和球型3种绝缘结构的组合来分析绝缘系统的绝缘特性。

进一步地，所述步骤(6)具体包括：

(61)对所述各等效电路模型逐步增加外施电压，同时计算对应输入电压下各绝缘结构的承受电压；

(62)当某一绝缘结构的承受电压达到该绝缘结构的击穿电压时，记录当前输入电压，所述当前输入电压即为所述油纸绝缘系统的预测击穿电压。

相比现有技术，本发明预测方法简单、高效，有助于解决变压器油纸绝缘分析中的不确定性，减少变压器油电气特性研究中油隙击穿试验的试验量，降低试验成本。

附图说明

图1是本发明实施例的方法的流程示意图。

图2是本发明实例中纸筒绝缘系统结构示意图。

图3是本发明实例中各层纸板等效电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，一种基于支持向量机的油纸绝缘系统击穿电压预测方法，包含以下步骤：

s1、选取变压器中典型油纸绝缘结构，确定其击穿电压影响因素，制定影响因素执行表；

本实例以变压器绕组外油纸筒绝缘系统作为预测对象，如图2所示。因油纸筒绝缘为多层圆筒结构，因而选取圆筒形绝缘结构，影响因素包括绝缘纸筒高度、半径、厚度，油隙厚度，电压类型等，制定如下影响因素执行表。

表1为击穿电压实验影响因素执行表

s2、根据上述影响因素执行表，选用干燥无杂质油进行击穿电压实验，分别记录击穿电压实验数据。

本实例中，根据上述影响因子执行表，设计绝缘结构击穿实验，并分别记录各组序号下的击穿电压。

s3、建立svm回归预测模型，利用影响因素执行表和实验数据训练，确定svm模型结构，具体包括：

s31、将步骤(1)中击穿电压影响因素作为输入数据集，击穿电压作为输出数据，根据前述分析，本实施例选取击穿电压影响因素如纸板高度、半径、纸板厚度、油隙厚度和电压类型作为输入数据集；

s32、svm核函数包括线性函数、径向基函数(rbf)、sigmoid函数等，选择径向基函数(rbf)为svm核函数，即：

其中，x是n维输入向量；xi是基函数中心，与x具有相同维数；σ是感知的变量，决定了该基函数围绕中心点的宽度；

s33、用步骤(1)中制定的影响因素执行表和步骤(2)中得到的击穿电压实验数据训练svm回归预测模型，获得相应的支持向量，并据此确定该svm回归预测模型的结构。

s4、将待预测油纸绝缘系统拆分不同形式绝缘结构的组合，通过计算获得各绝缘结构的电气参数，建立用于计算电压作用下各绝缘结构的承受电压值的等效电路模型。

将本实例中的多层圆筒绝缘结构拆分为单个油纸筒间隙绝缘结构，并根据预测目标，计算相应的等效电路模型。本实例预测目标为交流击穿电压，所以仅考虑各纸板及油隙的等效容抗，建立各层绝缘结构的等效电路模型，如图3所示。

s5、利用svm回归预测模型计算拆分后各绝缘结构的击穿电压，即利用步骤s3中建立的svm回归预测模型，分别预测经过步骤s4中拆分后各层绝缘结构的击穿电压ub。

s6、将步骤(5)中计算所得的击穿电压比对不同外施电压下各绝缘结构的等效电路模型的承受电压，进而得到该油纸绝缘系统的预测击穿电压，具体包括：

s61、对所述各等效电路模型逐步增加输入电压ui，同时计算对应输入电压ui下各油纸筒间隙绝缘结构的承受电压us；

s62、当某一油纸筒间隙绝缘结构的承受电压us达到该油纸筒间隙绝缘结构的击穿电压时ub，记录当前输入电压ui，所述当前输入电压ui即为所述油纸绝缘系统的预测击穿电压。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。