Multiclass Fault Diagnosis in Power Transformers Using Dissolved Gas Analysis and Grid Search-Optimized Machine Learning
Notice bibliographique
Résumé
Dissolved gas analysis remains the most widely utilized non-intrusive diagnostic method for detecting incipient faults in insulating liquid-immersed transformers. Despite their prevalence, conventional ratio-based methods often suffer from ambiguity and limited potential for automation applicrations. To address these limitations, this study proposes a unified multiclass classification model that integrates traditional gas ratio features with supervised machine learning algorithms to enhance fault diagnosis accuracy. The performance of six machine learning classifiers was systematically evaluated using training and testing data generated through four widely recognized gas ratio schemes. Grid search optimization was employed to fine-tune the hyperparameters of each model, while model evaluation was conducted using 10-fold cross-validation and six performance metrics. Across all the diagnostic approaches, ensemble models, namely random forest, XGBoost, and LightGBM, consistently outperformed non-ensemble models. Notably, random forest and LightGBM classifiers demonstrated the most robust and superior performance across all schemes, achieving accuracy, precision, recall, and F1 scores between 0.99 and 1, along with Matthew correlation coefficient values exceeding 0.98 in all cases. This robustness suggests that ensemble models are effective at capturing complex decision boundaries and relationships among gas ratio features. Furthermore, beyond numerical classification, the integration of physicochemical and dielectric properties in this study revealed degradation signatures that strongly correlate with thermal fault indicators. Particularly, the CIGRÉ-based classification using a random forest classifier demonstrated high sensitivity in detecting thermally stressed units, corroborating trends observed in chemical deterioration parameters such as interfacial tension and CO2/CO ratios. Access to over 80 years of operational data provides a rare and invaluable perspective on the long-term performance and degradation of power equipment. This extended dataset enables a more accurate assessment of ageing trends, enhances the reliability of predictive maintenance models, and supports informed decision-making for asset management in legacy power systems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».