陳韶昱，鄭 翔*，周慧忠，杜奇?zhèn)ィ鹾@，張海寧，陳亦然，李志明，徐小俊，馮 巍，楊士超

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司衢州供電公司，浙江 衢州 324000；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007；3.國電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211111)

數(shù)字孿生(Digital Twin)概念最早起源于上世紀(jì)六七十年代，契機(jī)是當(dāng)時(shí)正在外太空執(zhí)行飛行任務(wù)的阿波羅13 號飛船發(fā)生氧氣罐爆炸。在這種遠(yuǎn)隔萬里情況下，NASA 工程師們靈機(jī)一動(dòng)，利用飛船傳回的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在訓(xùn)練模擬器中調(diào)整環(huán)境參數(shù)以匹配航天器受損狀況，最終成功找出解決方案，并幫助宇航員順利返回地球[1]。由此數(shù)字孿生逐步發(fā)展為充分利用感知、仿真、控制、可視數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度的融合與計(jì)算，以便于在虛擬數(shù)字化模型中更高效、更低成本地解決現(xiàn)實(shí)應(yīng)用問題[2]。在新一輪電力體制改革的大背景推動(dòng)下，變電設(shè)備的檢修方式已經(jīng)由傳統(tǒng)的“計(jì)劃檢修”方式轉(zhuǎn)為“狀態(tài)檢修”，而數(shù)字孿生技術(shù)能夠?yàn)樽冸娬鞠蛑悄芑D(zhuǎn)型提供最佳途徑，基于在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)、工藝制造數(shù)據(jù)、以及離線試驗(yàn)/運(yùn)維檢修數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的全方位感知[3]。

電力變壓器是變電站中的核心設(shè)備，特別是油浸式電力變壓器，其以結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為世界上應(yīng)用最廣泛的變電設(shè)備之一[4]。但變壓器波動(dòng)性過高的負(fù)載、電磁物理場，以及溫度的變化使其老化狀態(tài)十分復(fù)雜，變壓器內(nèi)絕緣的老化大致劃分為熱老化、電老化、機(jī)械老化和環(huán)境老化。由此引發(fā)的過載、局部過熱，特別是熱壽命損失現(xiàn)象，不僅加速了絕緣老化，嚴(yán)重甚至誘發(fā)匝間短路，造成大量經(jīng)濟(jì)損失[5]。

眾多學(xué)者對數(shù)字孿生技術(shù)在以油浸式電力變壓器為代表的變電設(shè)備中的應(yīng)用展開了深入研究。文獻(xiàn)分析表明數(shù)字孿生模型的構(gòu)建主要是通過兩類方法[6-7]實(shí)現(xiàn)的:基于模型驅(qū)動(dòng)和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法?；谀Ｐ万?qū)動(dòng)的方法主要以工程采用的GB/T 1094.7—2008 和IEEE Standard C57.91—2011 標(biāo)準(zhǔn)中的經(jīng)驗(yàn)公式[8]、熱路等效法[9]，以及基于有限元[10]的數(shù)學(xué)方程方法為主，主要問題是很難針對變壓器實(shí)體系統(tǒng)構(gòu)建全面的、能契合其復(fù)雜性和實(shí)際性的物理模型，計(jì)算依據(jù)國標(biāo)中熱點(diǎn)溫度對繞組熱改性絕緣紙的相對老化率計(jì)算，考慮不夠全面，得到結(jié)果可能大于實(shí)際壽命，存在安全隱患[11-12]?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法[13-14]主要以反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、極限學(xué)習(xí)機(jī)，以及支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)方法為主，主要問題是機(jī)器學(xué)習(xí)中反復(fù)訓(xùn)練、迭代的過程只能基于擬合變壓器長期的歷史數(shù)據(jù)，雖然訓(xùn)練次數(shù)增加，輸出結(jié)果的辨識(shí)精度無疑會(huì)很高，但考慮到多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的誤差等級和可信度，以及動(dòng)態(tài)退化的變壓器系統(tǒng)，以上所涉及方法對于預(yù)測、評估變壓器熱壽命損失等功能可能不準(zhǔn)確[15]。正因如此，學(xué)術(shù)界在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的框架內(nèi)，研究者進(jìn)行了諸多探索:將退化過程特征具有半馬爾可夫協(xié)變量過程的比例風(fēng)險(xiǎn)模型應(yīng)用于一般退化系統(tǒng)的最優(yōu)替換問題[16]；基于嵌入序貫蒙特卡羅方法的狀態(tài)空間模型技術(shù)，用于系統(tǒng)性能退化預(yù)測[17]；以及基于退化信號的確定性閾值預(yù)測模型、隨機(jī)閾值預(yù)測模型和聯(lián)合預(yù)測模型三種預(yù)測方法[18]等。然而，這些方法都不約而同地提升了數(shù)字孿生變壓器系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

由此，本文以油浸式電力變壓器為例，提出了一種基于數(shù)字孿生變電設(shè)備的可校準(zhǔn)熱壽命損失評估方法，結(jié)合了前述數(shù)字孿生模型的兩種構(gòu)建要素，降低了對變壓器運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)要求，有效提升了GB/T 1094.7—2008 和IEEE Standard C57.91—2011 標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用于動(dòng)態(tài)退化變壓器系統(tǒng)中的熱壽命預(yù)測準(zhǔn)確性。該方法通過對構(gòu)造數(shù)字孿生的多維度狀態(tài)傳感信息進(jìn)行解析，獲得關(guān)于變壓器熱壽命的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，利用其中數(shù)據(jù)量豐富但誤差等級稍差的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建初步評估模型，并進(jìn)而利用數(shù)據(jù)量較少但誤差等級較高的離線檢測數(shù)據(jù)對如上的模型進(jìn)行周期性校準(zhǔn)。對處于中國浙江省Q 市某油浸式電力變壓器為期兩年的跟蹤分析中表明，本文提出的評估方法，將該變壓器熱壽命損失評估的偏差降低至約5%，相比較于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)驗(yàn)公式約27%的預(yù)測偏差，本文所述方法有了顯著提升。

1 方案設(shè)計(jì)

圖1 為數(shù)字孿生變壓器可校準(zhǔn)熱壽命損失評估的實(shí)驗(yàn)框圖?；谀彻こ添?xiàng)目，我們對變電站油浸式電力變壓器進(jìn)行了在線監(jiān)測及離線檢測傳感信息收集，通過數(shù)字孿生技術(shù)多狀態(tài)、多維度地綜合評估諸如定期檢修時(shí)間、熱壽命損失等要素，以提高變電站工作效率，節(jié)省生產(chǎn)成本。對變壓器的在線監(jiān)測，可以得到環(huán)境溫度、頂層油溫、負(fù)載變化、鐵芯接地電流、放電量/次數(shù)/電位等信息；對變壓器的離線檢測，可以得到油紙聚合度(Degree of Polymerization，DP)、含水量、溶解氣體(DAG)，如一氧化碳、二氧化碳、氫氣等含量，以及糠醛(呋喃甲醛，一種呋喃類化合物)及其衍生物含量等信息。以上種種傳感信息都可以從不同側(cè)面評估熱壽命損失，但其來源、誤差等級、可信度，乃至數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、傳輸協(xié)議各不相同，是一組典型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)[19]。

圖1 數(shù)字孿生變壓器可校準(zhǔn)熱壽命損失評估的實(shí)驗(yàn)框圖

本文的研究工作就是將各種不同的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合，吸取不同數(shù)據(jù)源的特點(diǎn)，從多源異構(gòu)數(shù)據(jù)提取實(shí)時(shí)監(jiān)測信息，用于驅(qū)動(dòng)構(gòu)建變壓器的數(shù)字孿生模型。這些信息可以來自于近乎實(shí)時(shí)的在線式傳感器采樣，比如間隔時(shí)長1 h 的狀態(tài)記錄，并因此受益于豐富的數(shù)據(jù)量，可以達(dá)成模型驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生模型構(gòu)建，參見圖1 中的子模塊“實(shí)時(shí)性模塊構(gòu)建”，但由于涉及到眾多廠商傳感器不同的現(xiàn)場采集過程，故引入的傳感誤差較大，整體可信度偏低；同時(shí)這些信息也可以來自于周期性的離線式傳感器采樣，比如時(shí)間跨度6 個(gè)月的檢測信息。這些信息大多數(shù)只能周期性停機(jī)進(jìn)行采樣，并因此受限于較少的數(shù)據(jù)量，但這類數(shù)據(jù)基本上來自于專業(yè)機(jī)構(gòu)及其認(rèn)證設(shè)備，故引入的傳感誤差可控，整體可信度較高。本文所提出的熱壽命損失評估方法將此類信息用于驅(qū)動(dòng)校準(zhǔn)上述數(shù)字孿生模型，參見圖1 中的子模塊“周期性參數(shù)校準(zhǔn)”，最終達(dá)成比單一實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)更好、更準(zhǔn)確的熱壽命損失評估預(yù)期。

2 數(shù)據(jù)采集

我們對某變電站油浸直冷式(Oil Natural Air Natural，ONAN)電力變壓器進(jìn)行了時(shí)間跨度為2 年的實(shí)時(shí)監(jiān)測，采樣間隔為1 h，如圖2 所示，數(shù)據(jù)包括環(huán)境溫度，采用AD590 晶體溫度傳感器，精度為1 ℃，參見圖中最下方曲線，其明顯呈季節(jié)性變化，平均最低氣溫約零下8 ℃，平均最高氣溫約38 ℃。頂層油溫測量，采用鉑電阻XMT-288F(c)型油面溫度計(jì)，參見圖中最上方曲線，其數(shù)值與前述的環(huán)境溫度相關(guān)性較高，平均低點(diǎn)油溫約16 ℃，平均高點(diǎn)油溫約74 ℃，值得注意是第一年5 月15 日前后出現(xiàn)相對高點(diǎn)溫度約89 ℃。通常由于受到繞組散熱影響，變壓器油整體向上浮動(dòng)流向頂端，與空氣進(jìn)行熱交換，降溫后流入散熱片底端，沉積在變壓器油箱底部，整個(gè)散熱過程中，在箱壁處變壓器油貼近繞組和鐵心等結(jié)構(gòu)，因而其數(shù)值明顯高于散熱器平均溫度，且低壓繞組溫度較高壓繞組還要高一些，這也是一般采用頂層油溫估算變壓器熱點(diǎn)溫度的原因。負(fù)載系數(shù)即變壓器平均輸出的視在功率與變壓器額定容量之比，參見圖中中間部分曲線，平均值約45%，第一年5 月15 日前后同步出現(xiàn)相對高點(diǎn)負(fù)載，約112%。負(fù)載系數(shù)的數(shù)值在變壓器額定容量的65%至75%最合適，過高則會(huì)使得繞組絕緣材料的壽命持續(xù)下降，累積效應(yīng)會(huì)使絕緣紙失效。因此，業(yè)界一般通過變壓器繞組熱點(diǎn)溫度評估變壓器的絕緣老化壽命，即熱壽命損失評估，其中的核心數(shù)據(jù)就是變壓器繞組熱點(diǎn)溫度。

圖2 時(shí)間跨度2 年的變壓器狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 模型構(gòu)建

繞組熱點(diǎn)溫度的數(shù)據(jù)來源可以是直接測量，例如在繞組上布置光纖傳感器，但考慮到光纖傳感器測溫點(diǎn)與繞組的最熱位置不一定吻合，以及本文所述變壓器自身的傳感功能缺失，我們采用的是對繞組熱點(diǎn)溫度的間接傳感測量方法，其數(shù)據(jù)來源便捷但整體可信度偏低。通常變壓器在實(shí)際運(yùn)行中，不同時(shí)刻有著不同的負(fù)載率，與之對應(yīng)的內(nèi)部狀態(tài)也是不一樣的。利用負(fù)載率與熱點(diǎn)溫度換算模型，可以將不同負(fù)載率的熱源計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入數(shù)字孿生模型，估算不同負(fù)載率下的熱點(diǎn)溫度。IEC 60076-7—2005 電力變壓器第7 部分:油浸電力變壓器加載指南[20]，給出了額定負(fù)載下的油浸式變壓器各部分溫升的計(jì)算方法，并指出負(fù)載系數(shù)K、環(huán)境溫度θa、變壓器頂層油溫升Δθ頂層、變壓器繞組的溫升Δθ繞組等參數(shù)對繞組熱點(diǎn)溫度θh影響大，具體有θh＝θa+Δθ頂層+Δθ繞組，Δθ頂層、Δθ繞組可由式(1)計(jì)算。

式中:Δθor為頂層油溫升；R為額定電流下負(fù)載損耗與空氣損耗的比值；H為熱點(diǎn)系數(shù)；x為油指數(shù)；y為繞組指數(shù)；gr為額定電流下繞組平均溫度對變壓器油平均溫度的梯度。以上各參數(shù)可根據(jù)冷卻方式確定其大小，例如，對于ONAN 型變壓器，Δθor＝52，R＝6，H＝1.3，x＝0.8，y＝1.3，gr＝14.5。將圖2 中觀測所得的數(shù)據(jù)代入計(jì)算可得該變壓器運(yùn)行時(shí)段內(nèi)的繞組熱點(diǎn)溫度分布，參見圖3 中稠密曲線，其中第一年5 月15 日前后出現(xiàn)相對高點(diǎn)溫度，約122 ℃。

圖3 變壓器繞組熱點(diǎn)溫度計(jì)算數(shù)據(jù)與熱壽命損失估算

由國標(biāo)可知，采樣n時(shí)刻熱老化率V與繞組熱點(diǎn)溫度θh的關(guān)系可由式(2)計(jì)算。變壓器熱點(diǎn)溫度在98 ℃以下時(shí)，其相對熱老化率為1。繞組熱點(diǎn)溫度超過98 ℃時(shí)，相對熱老化率上升劇烈，如圖3 所示，當(dāng)熱點(diǎn)溫度超過122 ℃時(shí)，相對熱老化率高至16，如若持續(xù)時(shí)間為1 h 則變壓器熱壽命損失可高達(dá)16 h。

式中:S為變壓器出廠時(shí)設(shè)置的使用壽命，T為變壓器的剩余壽命，Δt是變壓器工作在當(dāng)前熱點(diǎn)溫度下的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)變壓器繞組溫度在80 ℃～130 ℃范圍內(nèi)，老化率溫度變化系數(shù)P是蒙辛格公式中的常數(shù)，國標(biāo)中的相應(yīng)計(jì)算令P＝6，也稱之為6 ℃法則，即溫度每升高6 ℃，變壓器絕緣壽命就降低一半。由此可以推導(dǎo)該變壓器的熱壽命損失曲線，參見圖3 中單條曲線，在2 年的運(yùn)行階段中，由于溫度導(dǎo)致的變壓器老化效應(yīng)，不斷在工作狀態(tài)中進(jìn)行累積，最終其熱壽命損失累計(jì)超過了15 d，尤其是第一年5 月15 日前后出現(xiàn)高點(diǎn)溫度，直接導(dǎo)致變壓器的熱壽命損失超過5 d。

4 模型校準(zhǔn)

工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)往往證明變壓器的絕緣老化壽命很難用一個(gè)相對簡單的關(guān)于繞組熱點(diǎn)溫度及固定等于6 的老化率溫度變化系數(shù)進(jìn)行定量描述與分析。除了前述傳感誤差較大，整體可信度偏低的原因，變壓器的工作狀態(tài)也處在不斷的動(dòng)態(tài)衰減過程中，繞組絕緣溫度分布不均勻，相對老化率不能以高溫運(yùn)行條件下最嚴(yán)重的老化情況作為參考?；趫D2 的變壓器狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用不同的老化率溫度變化系數(shù)P對文中所述變壓器進(jìn)行了熱壽命評估，詳見圖4 老化率溫度變化系數(shù)的取值對熱壽命損失估算的影響，其中P的取值由5.00 至7.00，分析結(jié)果表明時(shí)間跨度2 年后，對應(yīng)P＝7.00 的曲線，出現(xiàn)熱壽命損失評估的極大值Lmax，為20.54 d；對應(yīng)P＝5.00 的曲線，出現(xiàn)熱壽命損失評估的極小值Lmin，為14.09 d，兩者偏差超過45%，這無疑會(huì)對隨后變壓器的故障診斷帶來不確定性的干擾。

圖4 老化率溫度變化系數(shù)的取值對熱壽命損失估算的影響

由此，本文提出并驗(yàn)證了一種基于化學(xué)特征參量的DGA 檢測信息對原有的基于國標(biāo)6 ℃法則數(shù)字孿生的模型進(jìn)行周期性校準(zhǔn)的方法。電、熱等作用導(dǎo)致的變壓器老化效應(yīng)使得其內(nèi)部絕緣材料的纖維素產(chǎn)生裂解，最終分解成CO 和CO2和糠醛，由GB/T 7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中的三比值法就可以判斷變壓器絕緣的狀況。DGA 通常采用定期檢測的方法，每隔一定的時(shí)間試驗(yàn)人員將現(xiàn)場采集到的油樣送到試驗(yàn)室中進(jìn)行分析，用安置在試驗(yàn)室或現(xiàn)場的氣體色譜儀得到檢驗(yàn)結(jié)果[22]，此外諸如水分、糠醛等檢測值也列入了國家標(biāo)準(zhǔn)，比如DL/T596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)》。但不可否認(rèn)的是，離線檢測工作量大，程序復(fù)雜，檢測周期較長，運(yùn)行人員無法實(shí)時(shí)掌握變壓器運(yùn)行情況。

DP 是用于評估變壓器壽命損失最為可靠的參數(shù)，其數(shù)值可以直觀表征該大分子中單體葡萄糖分子的數(shù)目，對應(yīng)著油紙的絕緣水平。變壓器油紙絕緣聚合度下降與老化速率k1的關(guān)系為1/DPt-1/DP0＝k1t，其中DP0為初始的絕緣聚合度，DPt為t時(shí)刻的絕緣聚合度[23]。但DP 的定量分析步驟繁雜，具體步驟參照GB 1548—2006 執(zhí)行，嚴(yán)重影響了變壓器數(shù)字孿生建模的效率，因而在實(shí)際工程上通常采用DGA檢測信息中CO2與DP 之間較高的線性相關(guān)度[24]，或者由糠醛含量進(jìn)行變壓器DP 值預(yù)測[25-26]，進(jìn)而從k1值和DP 閾值計(jì)算變壓器剩余運(yùn)行年限。式(3)所示為一種以DP 作為參量的評估變壓器壽命的方法[27]，其中η為特征壽命，F(xiàn)為DP 的下限值，C0為油紙中初始含水量，T為溫度，A、B是與待測變壓器相關(guān)的待定常數(shù)，可由經(jīng)驗(yàn)確定。

如圖3 及圖4 所示，變壓器DGA/糠醛的離線檢測分別在如下時(shí)刻進(jìn)行:T0(第一年11 月15 日)、T1(第二年5 月15 日)、T2(第二年11 月15 日)，以及T3(第三年5 月15 日)。根據(jù)前述研究成果[21-25]，本文計(jì)算了如上時(shí)間節(jié)點(diǎn)的待測變壓器的壽命損失，T0時(shí)刻壽命損失＝10.83 d；T1 時(shí)刻壽命損失18.66 d；T2 時(shí)刻壽命損失＝20.76 d；T3 時(shí)刻壽命損失＝21.91 d。這些DGA/糠醛傳感信息的測量來之不易，但其精準(zhǔn)度要遠(yuǎn)高于對繞組熱點(diǎn)溫度的間接推算或直接測量。在本文中被用于校準(zhǔn)基于熱點(diǎn)溫升變壓器絕緣壽命損失模型的老化率溫度變化系數(shù)P，使其不再是一個(gè)恒等于6 的常數(shù)。此外，變壓器運(yùn)行環(huán)境的不穩(wěn)定也會(huì)使CO、CO2和糠醛的含量在測量周期內(nèi)有較大的波動(dòng)，這也是需要周期性校準(zhǔn)數(shù)字孿生模型的重要原因。

5 評估驗(yàn)證

如上所述，在T0～T3 時(shí)刻基于化學(xué)特征參量得到的壽命損失數(shù)值，被用于分段校準(zhǔn)由式(2)得到的原始熱點(diǎn)溫升的壽命損失模型，分析表明當(dāng)P取5.63～8.24 的一系列數(shù)值，能更準(zhǔn)確地對應(yīng)不同的絕緣老化類型，并較好地預(yù)測變壓器熱壽命損失。圖5所示為周期性校準(zhǔn)后的老化率溫度變化系數(shù)取值及熱壽命損失估算，其中最下方線段表示未經(jīng)校準(zhǔn)P0＝6.00 的壽命損失模型用于對比，此模型在T0～T3 時(shí)刻得到的壽命損失預(yù)測記為，以及前上方線段表示校準(zhǔn)后的T0 時(shí)刻前的熱壽命損失模型，此時(shí)對應(yīng)式(2)修正了老化率溫度變化系數(shù)，即P1＝8.24；T0～T1 上方曲線表示校準(zhǔn)后的T0～T1 周期內(nèi)的熱壽命損失模型，此時(shí)P2 ＝7.55；T1～T2 上方線段表示校準(zhǔn)后的T1～T2 周期內(nèi)的熱壽命損失模型，此時(shí)P3 ＝5.63；T2～T3 上方線段表示校準(zhǔn)后的T2～T3 周期內(nèi)的熱壽命損失模型，此時(shí)P4＝7.26?？傮w而言，校準(zhǔn)后的熱壽命損失模型較之前的模型，反映出了變壓器更為嚴(yán)峻的老化趨勢，直接原因是本文所提的校準(zhǔn)后的熱壽命損失模型考慮了更多的老化因素與表征，多源異構(gòu)的處理提升了變壓器數(shù)字孿生模型的精準(zhǔn)性。

圖5 周期性校準(zhǔn)后的老化率溫度變化系數(shù)取值及熱壽命損失估算

在此基礎(chǔ)之上，本文進(jìn)一步驗(yàn)證了如上方法對變壓器系統(tǒng)壽命損失預(yù)測的準(zhǔn)確度，尤其是中、短時(shí)間跨度，比如6 個(gè)月后的壽命損失預(yù)測，這類研究在文獻(xiàn)[13-18]所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變壓器數(shù)字孿生方式中鮮有報(bào)道，其中根本原因在于變壓器工作狀態(tài)的短期波動(dòng)難以預(yù)測及擬合。我們采用的驗(yàn)證方式是對前文所述的周期性校準(zhǔn)的熱壽命損失模型，進(jìn)行非線性擬合并延展至對應(yīng)預(yù)測時(shí)刻，比如對位于T0 時(shí)刻以前，校準(zhǔn)后的熱壽命損失模型，即圖5 中最下方線段，進(jìn)行了非線性擬合并延展至T1時(shí)刻，詳見圖5 中T0～T1 上方虛線，其表示為基于第一年11 月15 日之前的運(yùn)行數(shù)據(jù)對該變壓器中、短時(shí)間跨度的壽命預(yù)測評估。T0～T1 上方虛線在T1 時(shí)刻采樣得到代表了基于P1 ＝8.24 壽命損失曲線6 個(gè)月后的預(yù)測值，以此類似得到，與之對應(yīng)的未經(jīng)校準(zhǔn)的壽命評估值參見圖5 中最下方線段中的本文采取的非線性擬合為Boltzmann 函數(shù)曲線擬合方式，以達(dá)成各節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)值與擬合值的偏差平方和為最小。擬合參數(shù)如表1所示，表中同時(shí)給出了T1～T2 虛線/T2～T3 虛線的擬合參數(shù)，其含義可參見相應(yīng)的定義。

表1 校準(zhǔn)后變壓器熱壽命損失預(yù)測擬合曲線參數(shù)

圖6 所示數(shù)據(jù)分析表明，T1 時(shí)刻經(jīng)典模型的預(yù)測偏差度約30%，校準(zhǔn)后的預(yù)測偏差度約31%，兩者相差不大，但值得注意的是經(jīng)典模型的預(yù)測是基于T1 時(shí)刻之前的變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)，而校準(zhǔn)后的預(yù)測僅僅是基于T0 時(shí)刻之前的數(shù)據(jù)，兩者相比高下立判，校準(zhǔn)后的預(yù)測模型在近似偏差度的情況下只需要差不多一半數(shù)量的變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)；T2 時(shí)刻經(jīng)典模型的預(yù)測偏差度約25%，校準(zhǔn)后的預(yù)測偏差度約10%，兩者相差逐步增大；T3 時(shí)刻經(jīng)典模型的預(yù)測偏差度約27%，校準(zhǔn)后的預(yù)測偏差度約5%，兩者相差顯著，由此可見本文所提出的可校準(zhǔn)熱壽命損失評估方法較經(jīng)典模型更為準(zhǔn)確。

圖6 中、短時(shí)間跨度熱壽命損失預(yù)測偏差度

6 結(jié)束語

本文圍繞數(shù)字孿生變電設(shè)備的可校準(zhǔn)熱壽命損失評估方法展開研究，以油浸式電力變壓器為例，提出并驗(yàn)證了一種基于化學(xué)特征參量的DGA 檢測信息對原有的基于國標(biāo)6 ℃法則數(shù)字孿生的模型進(jìn)行周期性校準(zhǔn)的方法。降低了對變壓器運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)要求，有效提升了GB/T 1094.7—2008 和IEEE Standard C57.91—2011 標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)用于動(dòng)態(tài)退化變壓器系統(tǒng)中的熱壽命預(yù)測準(zhǔn)確性。對處于中國浙江省Q 市某油浸式電力變壓器為期兩年的跟蹤分析中表明，本文提出的評估方法，將該變壓器熱壽命損失評估的偏差降低至約5%，相比較于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)驗(yàn)公式約27%的預(yù)測偏差，本文所述方法有了顯著提升。評估方法在二次設(shè)備健康狀態(tài)評估中也得到了應(yīng)用，并有顯著效果。