【正文】 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì) 目錄 1 緒論 ..................................................... 1 ................................. 1 ....................................... 1 ....................................... 1 .......................... 3 ................................... 4 2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障檢測(cè)機(jī)理和基本理論 ............... 5 故障診斷技術(shù) ........................................ 5 ............................................ 5 變壓器故障與油中溶解氣體的關(guān)系 ....................... 7 3 基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障檢測(cè)模型 ...................... 9 BP網(wǎng)絡(luò) ............................................. 9 BP網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì) ..................................... 13 BP 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的確定 .............................. 13 基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變壓器故障檢測(cè)模型 ............... 15 數(shù)據(jù)歸一化處理 ................................. 15 系統(tǒng)仿真，訓(xùn)練與測(cè)試 .................................... 16 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練 ...................................... 16 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試 ....................................... 18 4 基 于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障檢測(cè)模型 .................... 20 RBF 網(wǎng)絡(luò) ........................................... 20 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì) RBF網(wǎng)絡(luò)概述 ................................... 20 RBF網(wǎng)絡(luò)原 理 ................................... 20 RBF 網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì) ................................. 21 RBF網(wǎng)絡(luò)模型 ................................... 21 RBF網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選取 ............................. 22 RBF網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練方法的確定 .......................... 22 仿真結(jié)果 ........................................... 22 5 基于支持向量機(jī)的變壓器故障檢測(cè)模型 ...................... 24 5 .1 支持向量機(jī)（ SVM） .................................. 24 5 . 支持向量機(jī)（ SVM）基本理論 ..................... 24 支持向量機(jī)在故障診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀 ................ 28 基于支持向量機(jī)變壓器故障多分類(lèi)算法 .............. 28 變壓器故障特征診斷模型設(shè)計(jì) .......................... 29 變壓器故障特征診斷參數(shù)選取 ..................... 29 故障診斷流程 .................................. 29 ........................................... 29 故障模型訓(xùn)練和參數(shù)尋優(yōu) ......................... 29 測(cè)試結(jié)果與分析 ................................. 33 6 結(jié)論與展望 .............................................. 35 致謝 ...................................................... 36 參考文獻(xiàn) .................................................. 37 英文文獻(xiàn) .................................................. 39 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 1頁(yè) 共 46 頁(yè) 1 緒論 1 .1 課題研究的目的和意義 現(xiàn)代設(shè)備技術(shù)水平不斷提高，生產(chǎn)率、自動(dòng)化要求越來(lái)越高，相應(yīng)地，故障也隨之增加?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的以變壓器油中溶解氣體為特征量的故障檢測(cè)方法為變壓器故障檢測(cè)提供了新的途徑。油中溶解氣體法，是最有效的發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)變壓器故障的方法之一。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì) 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障檢測(cè) 姓 名 楊文 學(xué)號(hào) 0817014004 所在院 (系 ) 電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 自控 081 班 指導(dǎo)教師 侯波 完成地點(diǎn) 陜西理 工學(xué)院（北區(qū) ） 501 樓 20xx 年 5 月 20 日 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì) 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變壓器故障檢測(cè) 楊文 （陜西理工學(xué)院電氣工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 081 班，陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)教師：侯波 [摘要 ]:電力變壓器作為電力系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備之一，對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行起著決定性作用，因而，必須盡量減少變壓器故障的產(chǎn)生。電力變壓器故障檢測(cè)對(duì)電力系統(tǒng)的 經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行有著重要的意義。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外界具有很強(qiáng)的模式識(shí)別分類(lèi)能力和聯(lián)想記憶能力，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于變壓器故障檢測(cè)。 本文將采用三種不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ BP 網(wǎng)絡(luò)、 RBF 網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)）應(yīng)用于變壓器故障檢測(cè)中，分別介紹這幾種網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和原理，并進(jìn)行模型設(shè)計(jì)和仿真。變壓器作為電力系統(tǒng)中非常復(fù)雜而且非常重要的設(shè)備，其工作狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)、企事業(yè)單位及居民生活具有十分重要的影響。以我國(guó)的 110kV及以上變壓器事故來(lái)看， 1994 年 110SOOkV 變壓器事故率為 次 /百臺(tái) .年， 95 年為 次 /百臺(tái) .年， 96 年為 次 /百臺(tái) .年 [1], 20xx 年國(guó)家電網(wǎng)的變壓器共發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)達(dá) 216 次 [2]，其故障最大的部位是變壓器的內(nèi)絕緣，主要的故障點(diǎn)是絕緣老化嚴(yán)重、運(yùn)行環(huán)境惡劣、變壓器質(zhì)量有問(wèn)題 [3]。如何提前 對(duì)變壓器故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和在故障發(fā)生后迅速判斷故障原因是提高工作效率、減少經(jīng)濟(jì)損失的一個(gè)重要途徑。變壓器故障檢測(cè)的作用是 [4]判斷運(yùn)行設(shè)備否處于正常狀態(tài)；如若有故障，判斷故障的類(lèi)型，性質(zhì)及原因；根據(jù)故障信息或者信息處理結(jié)果，預(yù)測(cè)故障可能的發(fā)展，即對(duì)故障的故嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)做出判斷；提出控制，防止和 消除故障的方法，設(shè)備維修的措施；對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、裝配等提出改進(jìn)意見(jiàn)，對(duì)設(shè)備現(xiàn)代化管理提供更好方法建議。從各個(gè)診斷技術(shù)的分支來(lái)看，美國(guó)有著領(lǐng)先的地位。美國(guó)一些公司研制的檢測(cè)產(chǎn)品不僅能檢測(cè)還具有很好的診斷功能，在宇航、化工、醫(yī)藥、軍事等方面都具有廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)的診斷技術(shù)發(fā)展于 70 年代末，起步比較晚，但經(jīng)過(guò)不懈努力，特別是最近幾年的追趕，已經(jīng)基本跟上了國(guó)外的步伐，在有的理論研究方面已和國(guó)外不相上下?？v觀我國(guó)的設(shè)備故障檢測(cè)診斷技術(shù)現(xiàn)狀，其應(yīng)用范圍集中在化工、冶金、電力等方面，科研則主要集中在 高校和研究所。變壓器的故障按變壓器本體劃分可分為內(nèi)部故障和外部故障。外部故障主要有油箱外部發(fā)生的絕緣套管短絡(luò)、絕緣套管損壞或破碎引起的外殼接地、引出線(xiàn)間的相間短路故障。 變壓器故障主要有以下幾種 [9]: （ 1）鐵芯故障 鐵芯是變壓器 實(shí)現(xiàn)能量傳遞和電壓變換的主要部件。變壓器鐵芯故障的原因主要包括兩個(gè)方面，一方面是由于鐵芯本身的夾件松動(dòng)或損傷而與接地鐵芯碰接使鐵芯發(fā)熱。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，變壓器鐵芯只有一點(diǎn)接地才是正確可靠的正常接地。變壓器的繞組故障約占整個(gè)變壓器故障總數(shù)的百分之六十左右。 （ 3）分接開(kāi)關(guān)故障 分接開(kāi)關(guān)是變壓器的重要部分，其可靠性直接影響著變壓器的可靠性。分接開(kāi)關(guān)故障的種類(lèi)主要有：無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障和有載分接開(kāi)關(guān)故障。有載開(kāi)關(guān)的故障主要有：過(guò)渡電阻串連接螺栓松脫：輔助觸頭中的過(guò)渡電阻在切換過(guò)程中被擊穿或燒壞；分接開(kāi)關(guān)由于密封不嚴(yán)而進(jìn)水，導(dǎo)致絕緣性能降低造成相間短路；由于觸頭滾輪卡死使分接開(kāi)關(guān)停在過(guò)渡位置，造成匝間短路而燒壞；選擇開(kāi)關(guān)承受不了變壓器線(xiàn)圈分接引線(xiàn)的長(zhǎng)期荷載而發(fā)生形變等。由于油中氣體、雜質(zhì)和金屬會(huì)加速油的氧化過(guò)程，會(huì)使油中水分、過(guò)氧化物、酸價(jià)、灰分、油泥等組分含量增加，從而使油質(zhì)逐步地發(fā)生污染和劣化，使變壓器油生成油泥，粘附在變壓器箱殼內(nèi)固體表面妨礙了散熱，并導(dǎo)致絕緣電阻降低和絕緣水平下降，加速了絕緣材料的老化。這些絕緣材料的主要成分為纖維素，其在變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行中會(huì)因發(fā)生分解而老化，甚至喪失絕緣強(qiáng)度，造成絕緣故障。而故障必然因絕緣油的分解產(chǎn)生各種低分子烴和氫氣，同時(shí)會(huì)引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長(zhǎng)。 （ 6）放電故障 通常根據(jù)放電的能量密度的大小將變壓器的放電故障分為局部放電、火花放電和 電弧放電三種類(lèi)型。電弧放電產(chǎn)生的熱使變壓器油發(fā)生分解，產(chǎn)生甲烷、乙炔、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙烷等多種特征氣體，并使介質(zhì)損耗增大，使局部絕緣受熱損壞。促使固體局部絕緣損壞，引發(fā)新的變壓器故障。通常局部放電是其他兩種放電的最初形式。 （ 7）油流帶靜電故障 在強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的大型電力變壓器中，由于變壓器油流過(guò)絕緣紙及絕緣紙板的表面時(shí)，會(huì)發(fā) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計(jì) 第 3頁(yè) 共 46 頁(yè) 生油流帶靜電的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)油流帶電。纖維素和木質(zhì)素分子就被正極性的氫原子所覆蓋，并吸附油中負(fù)離子，使負(fù)電荷附在紙板表面，而油中的正電荷隨油流動(dòng)。隨著油的循環(huán)流動(dòng)油中正電荷越積越多，場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)。 目前變壓器故障診斷的主要方法 現(xiàn)在變壓器故障診斷的常用方法有如下幾種 [10]： （ 1）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電力設(shè)備故障診斷 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (Artificial Neural Network，簡(jiǎn)稱(chēng) ANN)是一種模仿人腦行為及其活動(dòng)過(guò)程的推理分析方法。它能從一系列的數(shù)據(jù)中綜合出規(guī)律性的知識(shí)。其在電氣設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、故障診斷、負(fù)荷預(yù)報(bào)、智能控制等方面也取得很好的成就 [11]。 （ 2）基于模糊理論 CFuzzy Theory)的故障診斷 1965 年美國(guó)加州大學(xué) L. A. zadeh 教授首次提出了表達(dá) 事物模糊性的重要概念 :隸屬函數(shù)，從而奠定模糊理論的基礎(chǔ)。模糊理論是以模糊集為基礎(chǔ)，以處理模糊事物為目標(biāo)，并將其嚴(yán)格數(shù)字量化后進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理的應(yīng)用研究。它為變壓器的絕緣故障診斷提供了一種新的途徑 [12]。變壓器故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)，它通常由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取系統(tǒng)、解釋系統(tǒng)和人機(jī)接口等 6部分組成。這些研究成果推動(dòng)了專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)用化，但同時(shí)也應(yīng)看到專(zhuān)家系統(tǒng)存在著兩個(gè)主要問(wèn)題 :① 知識(shí)獲取的 “ 瓶頸 ” 問(wèn)題。 ② 診斷推理不確定性問(wèn)題。這些問(wèn)題大大影響了其故障診斷的準(zhǔn)確性。它通