基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统变电技术领域，特别是涉及一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.传统的变压器等设备发生故障后，根据现场故障情况、基础台账信息、故障图片、运行系统监测等进行故障原因诊断，判定故障原因后再根据历史经验进行故障消缺，其故障处置方法缺少参考，存在处置不对而导致故障扩大等问题，影响电网的安全稳定运行。
4.电力系统变压器经多年运行，积累了大量的故障数据和处置案例，这些案例如何挖掘分析，为后面的如何对变压器各种故障进行快速处置消缺具有重大意义，而各种类型变压器故障数据众多，异常故障消缺方法不一，变压器发生同类或相似故障时难以直接查询历史故障案例指导消缺。
5.选择相似故障案例也就是推荐与目标故障特征最相似的案例，在于如何计算两个案例间的相似程度。而现有研究中大多是基于所建立的复杂数学模型，而不考虑变压器特征参量与故障之间的物理关系，导致检索匹配到的最佳源案例与目标案例之间没有机理上的联系。
6.当前各种匹配案例的方法大多仅采用匹配设备类型、故障类型，直接进行案例相似度的匹配计算，并没有将故障的特征进一步与故障设备电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式等进行递进匹配，范围太大导致实际应用时，匹配的案例跨电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式，案例精准度低指导意义不大，甚至由于不同型号、厂家的设备存在设计原理上的差异，异常处置方法是不同的，使得匹配出的案例误导作业人员。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法及系统，采用层层递进的特征比对方法，考虑设备特征与故障间的关联关系，逐步缩小故障案例范围，提高推荐精准度。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，包括：
10.构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；所述设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；所述故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件；
11.获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生
产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序进行逐一比对，以在变电设备故障案例库中筛选得到一级匹配相似案例；
12.对目标故障和故障案例的故障特征信息，按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序进行逐一比对，以在一级匹配相似案例中筛选得到二级匹配相似案例；
13.对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。
14.作为可选择的实施方式，筛选得到一级匹配相似案例的过程包括：
15.按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序，首先在变电设备故障案例库中，筛选设备型号匹配成功的故障案例；然后在设备型号匹配成功的故障案例中，筛选生产厂家匹配成功的故障案例；其次在设备型号和生产厂家均匹配成功的故障案例中，筛选电压等级匹配成功的故障案例，依次类推，直至得到满足设定数量的故障案例作为一级匹配相似案例。
16.作为可选择的实施方式，筛选得到二级匹配相似案例的过程包括：
17.按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序，首先在一级匹配相似案例中，筛选故障类型匹配成功的故障案例；然后在故障类型匹配成功的故障案例中，筛选故障部件匹配成功的故障案例；其次在故障类型和故障部件均匹配成功的故障案例中，筛选故障描述匹配成功的故障案例，依次类推，直至得到满足设定数量的故障案例作为二级匹配相似案例。
18.作为可选择的实施方式，对故障类型和故障部件通过字节匹配比对方法进行比对；对故障描述和故障原因采用故障余弦比对匹配法计算目标故障和故障案例的故障描述的相似度，以及目标故障和故障案例的故障原因的相似度；对故障附件进行图像像素点比对。
19.作为可选择的实施方式，所述故障监测信息包括变压器监测量告警信息、气象监测信息、振动监测信息、绝缘油温度信息、局放信息、铁芯接地电流信息和负载信息；在二级匹配相似案例中，以匹配成功的故障监测信息的特征数量作为相似度，并从大到小进行排序，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。
20.作为可选择的实施方式，所述变电设备故障案例库中包括：同台设备故障案例、同类设备故障案例和同型号设备故障案例；相关信息包括设备基础信息、故障特征信息、故障监测信息以及对应的故障处置方案和故障防范措施。
21.作为可选择的实施方式，根据关键组件对应的故障案例建变电设备故障案例库；其中，关键组件包括变压器本体、铁芯、变压器高压侧套、变压器中压侧套、变压器低压侧套、油箱、油枕、内部励磁线圈与多绝缘层、分接开关、冷却系统、非电量保护型、外部附属表计和温度计。
22.第二方面，本发明提供一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐系统，包括：
23.案例库构建模块，被配置为构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；所述设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；所述故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描
述、故障原因和故障附件；
24.一级匹配模块，被配置为获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序进行逐一比对，以在变电设备故障案例库中筛选得到一级匹配相似案例；
25.二级匹配模块，被配置为对目标故障和故障案例的故障特征信息，按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序进行逐一比对，以在一级匹配相似案例中筛选得到二级匹配相似案例；
26.三级匹配模块，被配置为对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。
27.第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
28.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
30.本发明提出一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法及系统，将变电设备故障案例进行特征化提取与特征化存储，不断累积形成变电设备故障案例库，在变压器发生故障后，基于特征比对分析，精准高效的推荐相同或相似的故障案例，有效解决变电设备故障诊断因果关系不明确、机理联系弱、专业经验依赖性强等问题，实现变电设备异常故障的辅助处置，对于变电设备的故障快速、准确处置具有重要意义。
31.本发明提出一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法及系统，着眼于故障特征与故障的关联关系，将故障特征与故障设备电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式进行映射关联，采用层层递进的特征比对匹配方法，在层层递进至具体部件以后，再开展相似度的计算分析，使得故障案例准确有效，从根本上改变依靠复杂模型计算而不考虑设备特征与故障关系的问题，通过特征与故障的关系程度大小逐步缩小故障案例的范围，提高推荐精准度，案例推荐更加有益于指导故障处置。
32.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
34.图1为本发明实施例1提供的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法流程图。
具体实施方式
35.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
36.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.实施例1
40.本实施例提供一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，如图1所示，包括：
41.构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；所述设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；所述故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件；
42.获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序进行逐一比对，以在变电设备故障案例库中筛选得到一级匹配相似案例；
43.对目标故障和故障案例的故障特征信息，按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序进行逐一比对，以在一级匹配相似案例中筛选得到二级匹配相似案例；
44.对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。
45.对于变压器等变电设备，基于电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式、绕组接线方式作为设备基础信息，在此基础上，按照关键组件形成对应的故障案例，由此构建变电设备故障案例库；
46.其中，关键组件包括变压器本体、铁芯、变压器高压侧套、变压器中压侧套、变压器低压侧套、油箱、油枕、内部励磁线圈与多绝缘层、分接开关、冷却系统、非电量保护型、外部附属表计和温度计。
47.变电设备故障案例库中包括：同台设备故障案例、同类设备故障案例和同型号设备故障案例；相关信息包括设备基础信息、故障特征信息、故障监测信息以及对应的故障处置方案和故障防范措施；
48.其中，设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件；故障监测信息包括变压器监测量告警信息、气象监测信息、振动监测信息、绝缘油温度信息、局放信息、铁芯接地电流信息和负载信息。
49.提取出具有代表性的特征参数，建立合理的匹配机制，直接决定推荐质量，也决定在复用其信息后，能否有效地指导用户进行当前故障的处置。在本实施例中，对变电设备故障案例库中各个故障案例和待解决的目标故障均提取设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息，以将故障特征信息与设备基础信息进行关联，在完成特征关联后，进行全部案例
库信息的特征提取和聚类，最终实现多类型数据的融合，并在后续进行逐级递进比对。
50.在本实施例中，将目标故障和故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息进行逐级比对匹配，根据匹配度选择相似案例，以辅助用户参考故障案例的故障处置方案和故障防范措施来快速解决当前的异常故障。
51.具体包括：
52.s1：设备基础信息的比对；
53.对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序依次进行逐一比对匹配；
54.若匹配到完全相同的故障案例，则将其作为一级匹配相似案例；
55.若不完全相同，则按照设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的比对顺序，首先筛选设备型号匹配成功的故障案例，然后在设备型号匹配成功的故障案例中，继续筛选生产厂家匹配成功的故障案例，其次在设备型号和生产厂家均匹配成功的故障案例中，再次筛选电压等级匹配成功的故障案例，依次类推，直至得到满足设定数量的故障案例作为一级匹配相似案例。
56.s2：故障特征信息的比对；
57.对目标故障和故障案例的故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件进行逐一比对匹配；
58.s2-1：针对故障类型和故障部件，直接通过字节匹配比对的方法比对目标故障与源故障案例的故障类型和故障部件，判断是否一致。
59.s2-2：针对故障描述和故障原因，采用故障余弦比对匹配法计算目标故障和故障案例的故障描述的相似度，以及目标故障和故障案例的故障原因的相似度；
60.故障余弦比对匹配法为：
[0061][0062]
其中，向量a用坐标(x1,y1)表示，向量b用坐标(x2,y2)表示，那么向量a和向量b在直角坐标中的长度为向量a和向量b的距离用向量c表示，向量c在直角坐标系中的长度为由此得到：
[0063][0064]
这是在二维空间中的表达公式，在多维空间的表达式是：
[0065][0066]
将一个向量空间中两个向量夹角间的余弦值作为判断目标故障和故障案例间差异的大小，余弦值接近1，夹角趋于0，表明两个向量即目标故障和故障案例的故障描述和故障原因越相似越接近；余弦值接近于0，夹角趋于90度，表明两个向量即目标故障和故障案例的故障描述和故障原因越不相似越不接近，使用这一特性进行故障描述和故障原因的比对匹配。
[0067]
其中，a＝(x1,x2,
…
,xn),b＝(y1,y2,
…
,yn)，a表示目标故障的故障描述和故障原因，b表示故障案例的故障描述和故障原因，最终计算的余弦相似度值介于[-1,1]之间，为了保证最终的相似度在[0,1]之间，做如下变换得到最终的相似度；通过设定相似度阈值，大于相似度阈值的视为匹配成功。
[0068]
s2-3：针对故障附件，通过模式识别提取故障案例的图像特征，通过逐一像素点提取分析，与目标故障的图像进行逐一像素点比对。
[0069]
s2-4：在一级匹配相似案例中，按照故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的比对顺序，首先筛选故障类型匹配成功的故障案例，然后在故障类型匹配成功的故障案例中，继续筛选故障部件匹配成功的故障案例，其次在故障类型和故障部件均匹配成功的故障案例中，再次筛选故障描述匹配成功的故障案例，依次类推，直至得到满足设定数量的故障案例作为二级匹配相似案例。
[0070]
s3：对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，在二级匹配相似案例中，以匹配成功的故障监测信息的特征数量作为与故障案例的相似度，并从大到小进行排序，最终选择前n个故障案例作为最终用于推荐的故障案例；由此，指导现场快速处置故障，恢复设备正常运行。
[0071]
实施例2
[0072]
本实施例提供一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐系统，包括：
[0073]
案例库构建模块，被配置为构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；所述设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；所述故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件；
[0074]
一级匹配模块，被配置为获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序进行逐一比对，以在变电设备故障案例库中筛选得到一级匹配相似案例；
[0075]
二级匹配模块，被配置为对目标故障和故障案例的故障特征信息，按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序进行逐一比对，以在一级匹配相似案例中筛选得到二级匹配相似案例；
[0076]
三级匹配模块，被配置为对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，
以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。
[0077]
此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
[0078]
在更多实施例中，还提供：
[0079]
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
[0080]
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元cpu，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器dsp、专用集成电路asic，现成可编程门阵列fpga或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0081]
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
[0082]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。
[0083]
实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
[0084]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0085]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，包括：构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；所述设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；所述故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件；获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序进行逐一比对，以在变电设备故障案例库中筛选得到一级匹配相似案例；对目标故障和故障案例的故障特征信息，按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序进行逐一比对，以在一级匹配相似案例中筛选得到二级匹配相似案例；对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。2.如权利要求1所述的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，筛选得到一级匹配相似案例的过程包括：按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序，首先在变电设备故障案例库中，筛选设备型号匹配成功的故障案例；然后在设备型号匹配成功的故障案例中，筛选生产厂家匹配成功的故障案例；其次在设备型号和生产厂家均匹配成功的故障案例中，筛选电压等级匹配成功的故障案例，依次类推，直至得到满足设定数量的故障案例作为一级匹配相似案例。3.如权利要求1所述的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，筛选得到二级匹配相似案例的过程包括：按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序，首先在一级匹配相似案例中，筛选故障类型匹配成功的故障案例；然后在故障类型匹配成功的故障案例中，筛选故障部件匹配成功的故障案例；其次在故障类型和故障部件均匹配成功的故障案例中，筛选故障描述匹配成功的故障案例，依次类推，直至得到满足设定数量的故障案例作为二级匹配相似案例。4.如权利要求1所述的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，对故障类型和故障部件通过字节匹配比对方法进行比对；对故障描述和故障原因采用故障余弦比对匹配法计算目标故障和故障案例的故障描述的相似度，以及目标故障和故障案例的故障原因的相似度；对故障附件进行图像像素点比对。5.如权利要求1所述的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，所述故障监测信息包括变压器监测量告警信息、气象监测信息、振动监测信息、绝缘油温度信息、局放信息、铁芯接地电流信息和负载信息；在二级匹配相似案例中，以匹配成功的故障监测信息的特征数量作为相似度，并从大到小进行排序，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。6.如权利要求1所述的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，所述变电设备故障案例库中包括：同台设备故障案例、同类设备故障案例和同型号设备故障案例；相关信息包括设备基础信息、故障特征信息、故障监测信息以及对应的故障处置方案和故障防范措施。7.如权利要求1所述的基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法，其特征在于，
根据关键组件对应的故障案例建变电设备故障案例库；其中，关键组件包括变压器本体、铁芯、变压器高压侧套、变压器中压侧套、变压器低压侧套、油箱、油枕、内部励磁线圈与多绝缘层、分接开关、冷却系统、非电量保护型、外部附属表计和温度计。8.基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐系统，其特征在于，包括：案例库构建模块，被配置为构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；所述设备基础信息包括电压等级、设备型号、生产厂家、调压方式和绕组接线方式；所述故障特征信息包括故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件；一级匹配模块，被配置为获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息，按设备型号、生产厂家、电压等级、调压方式和绕组接线方式的顺序进行逐一比对，以在变电设备故障案例库中筛选得到一级匹配相似案例；二级匹配模块，被配置为对目标故障和故障案例的故障特征信息，按故障类型、故障部件、故障描述、故障原因和故障附件的顺序进行逐一比对，以在一级匹配相似案例中筛选得到二级匹配相似案例；三级匹配模块，被配置为对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对，以在二级匹配相似案例中筛选得到用于推荐的故障案例。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种基于特征递进比对的变电设备故障案例推荐方法及系统，涉及电力系统变电技术领域，包括构建变电设备故障案例库，并提取各个故障案例的设备基础信息、故障特征信息和故障监测信息；获取待解决的目标故障，对目标故障和故障案例的设备基础信息进行逐一比对得到一级匹配相似案例；对目标故障和故障案例的故障特征信息进行逐一比对得到二级匹配相似案例；对目标故障和故障案例的故障监测信息进行逐一比对得到用于推荐的故障案例。采用层层递进的特征比对方法，考虑设备特征与故障间的关联关系，逐步缩小故障案例范围，提高推荐精准度。推荐精准度。推荐精准度。


技术研发人员：胡凯波 於立峰 夏志凌 张善 顾吴垠 肖雷 吴序芳 吴神通
受保护的技术使用者：浙江浙能兰溪发电有限责任公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/6