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摘要：通过采用不同类型的电极对变压器的局部放电进行了模拟，获取得到了三种不同类型局部放电的放电信息，通过对其放电二维谱图统计发现不同类型局部放电的放电信息各异，通过提取其放电二维谱图的统计参数，建立了表征变压器局部放电的指纹库，最终基于随机森林思想对不同类型的局部放电参数进行了训练，最终300例测试数据中测试准确组数为297，其识别准确率达到了99%。为变压器局部放电类型的识别方法提供了新的途径。
关键词：局部放电；二维统计图谱；随机森林思想；模式识别
0 引言
电力变压器在制造使用过程中会出现一些如毛刺类的局部缺陷，这就导致该结构处局部场强集中，容易出现局部放电。局部放电会使得电力变压器的绝缘受到侵蚀和损伤，从而最终导致其绝缘失效。因此，有必要对电力变压器的局部放电采取更加深入的研究[1-3]。
本文设计了三种典型的局部放电模型，通过试验获取得到了三种类型局部放电的放电数据，并进一步从中提取出了表征局部放电的24种特征参数量，最后基于随机森林算法建立了识别变压器局部放电的决策树分类器。
1试验准备
（1）局放试验系统
（2）局部放电放电试验原理，其主要由函数发生器、功率放大器、电阻分压器、试验油罐、示波器等元器件组成。
（3）试验电极制备
本文用于模拟变压器内局部放电故障的模型主要有三种，分别是固体绝缘内部气隙模型、油中沿面放电模型、油中悬浮电极放电模型和油中电晕放电模型。
（4）特征量提取
将制作好的电极模型放入试验装置中，采取逐步深压法的方式对其施加工频电压，其中升压速度为2kV/s，用示波器测量系统测量其电压变化趋势，当电极出现第一次局部放电时，示波器测量到的电压将在对应时刻有一个明显的变化，此时停止升压，该停止电压即为电极的耐受电压，用示波器记录从此时开始的电极局部放电电压，每隔半小时保存一组文件。对获取得到的示波器文件进行处理并提取其局部放电信息，每组模型的局部放电信息包含放电次数、放电相位、最大放电幅值、平均放电幅值等信息。提取表征三类局部放电模型（电晕放电、气隙放电、沿面放电）的特征数据，特征数据包括偏斜度Sk、翘度Ku、互相关系数Cc、峰值个数Peak、不对称度Asy等24个值。其定义分别如下：
其中Sk是用来表征局部放电谱图分布相比于正态分布的偏斜度，其具体定义如下：
（3）将单独的等待测试的数据作为测试集样本X，利用每个决策树进行测试，并得到与之所对应的类别C1（X），C2（X），C3（X），…，C1500（X）。随机森立算法中采用投票的方法，将1500个决策树中投票即输出最多的类别作为该测试集样本X所属的类别。
（4）将测试的300组数据代入上述随机森林分类器中进行分类，其中输入神经元为24，分别代表局部放电谱图的24个特征量，输出神经元个数为3，分别代表电晕放电、沿面放电、气隙放电。并对得到的正确分类结果和错误分类结果进行统计得到分类的准确率。
分类器性能分析
根据以上步骤可知，在采用随机森林对训练集进行训练时，共生成了1500颗决策树，且决策树的输出类别只有三种（1：电晕放电，2：沿面放电，3：气隙放电），在三维图中分别以x，y，z来表示，其满足x+y+z=1500。因此，对于某一个样本而言，其训练输出结果在三维图上的坐标P（x，y，z）始终在x+y+z=1500所表示的平面上。其中x，y，z均大于0且为整数。
最后得到的运行结果如下图1所示，实际上该绿色三角形为等边三角形，三条垂直等分线将绿色三角形划成相等的三部分，每一部分所在的区域即对应为一类结果。运行结果表明，101组测试的电晕放电中有101组测试准确，准确率为100%；106组沿面放电中有104组测试准确，准确率为98.1132%；93组气隙放电中有92组测试准确，准确率为98.9247%，平均确诊率为99%。另外，使用该方法分类所需时间仅为5-6s，大大缩短了诊断时间。
结论
本文通过试验收集了变压器发生局部放电时的放电信号，并进一步提取出了表征各类型局部放电的二维图谱参数，并最终基于随机森林思想实现了变压器局部放电类型的识别。
获取得到的局部放电二维谱图表明，不同类型的局部放电其放电次数、放电相位、最大放电幅值、平均放电幅值等信息及其变化规律各不相同，这为后续提取表征不同类型的局部放电参数提供了有利条件。
基于随机森林思想的变压器局部放电类型识别方法能够很好的识别变压器的局部放电，在300组实例中，其识别率达到了99%，且其所需要的训练时间较短。
参考文献
[1]王国利，郝艳捧，李彦明.电力变压器局部放电检测技术的现状和发展[J].电工电能新技术，2001，20（2）：52-57.
[2]董旭柱，王昌长，朱德恒.电力变压器局部放电在线监测研究的现状和趋势（一）[J].变压器，1996（1）：3-7.
[3]张言苍，张毅刚，徐大可.变压器局部放电在线检测的现状及发展[J].电力系统保护与控制，2004，32（22）：70-75.
论文作者:余志红
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/18
标签：局部论文; 变压器论文; 电极论文; 表征论文; 电晕论文; 模型论文; 测试论文; 《电力设备》2017年第31期论文;