I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 ,   p p .   1 7 8 0 ~ 1 7 9 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 3 . p p 1 7 8 0 - 1 7 9 3           1780       J o ur na l  ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Tra nsfo rmer f a ul t  dia g no sis  using   diss o lv ed ga s a na l y sis :   a  hybrid ensem bl e mo del wi th  da ta  preprocess ing       F a t ima   Z o hra   B o ud j ella 1 ,  So uh ila   B o ud j el la 2 ,   Na s ir u   Y a ha y a   Ahmed 3 ,   H a zlee   Azil  I lli a s 3 ,    Sm a il L a t if a 4 ,   Rer iba lla h   H a f id h a 5   1 En g i n e e r i n g   a n d   S u s t a i n a b l e   D e v e l o p me n t   La b o r a t o r y ,  D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   A i n   Te m o u c h e n t ,     A i n   Te m o u c h e n t ,   A l g e r i a   2 LG P C S   L a b o r a t o r y ,   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   M a sca r a ,   M a s c a r a ,   A l g e r i a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   M a l a y a ,   K u a l a   L u m p u r ,   M a l a y s i a   4 LSTER   La b o r a t o r y ,   D e p a r t me n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   C e n t e r   o f   El   B a y a d h ,   El   B a y a d h ,   A l g e r i a   5 G I D D   La b o r a t o r y ,   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   a n d   A u t o m a t i o n ,   U n i v e r si t y   A h me d   Z a b a n a   o f   R e l i z a n e ,   R e l i z a n e ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   1 3 ,   2 0 2 6   R ev is ed   J u l 1 4 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 2 1 ,   2 0 2 6       F a il u re s  a n d   g u a ra n tee d   d e p e n d a b il it y   o f   t h e   e lec tri c a l  g ri d ,   e a rly   fa u lt   d iag n o sis  i n   p o we r  tra n sfo rm e rs  is  e ss e n ti a l.   B y   e x a m in i n g   g a s  ra ti o s   su g g e sti v e   o f  fa u lt s,  d isso l v e d   g a s  a n a ly sis  (D G A)  c o n ti n u e s  to   b e   a   v it a l   c o m p o n e n t  f o r   tran sfo rm e r  h e a lt h   m o n it o rin g .   Us in g   f o u r   p re p ro c e ss in g   tec h n iq u e s  ra w  d a ta,  m in - m a x   n o rm a li z a ti o n ,   l o g a rit h m ic  tran sfo rm a ti o n ,   a n d   sq u a re   ro o t  tran sfo rm a ti o n ;   th is  stu d y   su g g e sts  a   m a c h in e   lea rn in g   m e th o d   fo r  fa u lt   d e tec ti o n   u s in g   DG A  g a s  ra ti o s  (su c h   a s   CH₄ /H₂ ,   C₂ H₂ /C₂ H ₄ ).   Ra n d o m   f o re st  (RF ) ,   su p p o r t  v e c to r  m a c h i n e s  (S VM) ,   g ra d ien t   b o o ste d   tree s  (G BT),   a n d   a   h y b rid   RF - G BT  m o d e l  th a t  u se s  p re d ictio n   fu sio n   we re   th e   f o u r   su p e rv ise d   c las sifiers   a ss e ss e d .   P e rfo rm a n c e   wa s  a ss e ss e d   u sin g   a c c u ra c y ,   p re c is io n ,   re c a ll ,   f1 - sc o re ,   a n d   C o h e n ' s   k a p p a .   Ex p e rime n tal  re su lt s  s h o w  t h a t  t h e   h y b rid   R F - G BT  m o d e l  with   l o g a rit h m ic  tran sfo rm a ti o n   a c h iev e s  th e   h i g h e st  p e rfo rm a n c e ,   with   9 4 . 9 3 %   a c c u ra c y   a n d   9 2 . 3 7 %   Co h e n ' s   k a p p a ,   sig n ifi c a n tl y   o u tp e rf o rm in g   in d iv i d u a l  c las sifiers .   Da ta p re p ro c e ss in g ,   p a rt icu larly   l o g a rit h m ic an d   sq u a re   ro o t  tran sf o rm a ti o n s,   e n h a n c e s  d ia g n o stic  r o b u stn e ss   b y   m it i g a ti n g   fe a tu re   sk e wn e ss .   T h is  st u d y   u n d e rsc o re s  t h e   imp o rta n c e   o f  tai lo re d   p re p ro c e ss in g   a n d   e n se m b le  m e th o d s   fo r  re li a b le t ra n sfo rm e r  fa u lt   d iag n o sis.   K ey w o r d s :   Data   p r ep r o ce s s in g   Dis s o lv ed   g as a n aly s is   Gas r atio   m eth o d s   Hy b r id   en s em b le   m o d els   L o g ar ith m ic  tr a n s f o r m atio n   Ma ch in e  lear n in g   class if ier s   Sq u ar e  r o o t tr an s f o r m atio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Fatim a  Z o h r a  B o u d jella    E n g in ee r in g   an d   Su s tain ab le  Dev elo p m en t L a b o r ato r y ,   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g in ee r in g   Un iv er s ity   o f   Ain   T e m o u c h en t   Ain   T em o u ch e n t,  Alg er ia   E m ail:  f atim a. b o u d jella@ u n iv - tem o u ch e n t.e d u . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   Po we r   tr a n s f o r m er s   a r e  v i tal   c o m p o n e n ts   o f   e lec tr ic al  g r id s ,   en ab li n g   e f f ici e n t  e n er g y   co n v er s i o n   an d   tr a n s f e r   a cr o s s   v o l ta g e   l e v els .   T h eir   f a il u r e   ca n   l ea d   t o   p r o lo n g e d   o u t ag es,   s i g n i f i ca n t   f i n a n c ial   l o s s es,   a n d   s af et y   r is k s   f o r   p er s o n n el   a n d   eq u i p m e n t  [ 1 ] ,  [ 2 ] .   F o r   p r e d i cti v e  m a in te n a n c e  t o   r e d u ce   t h es e  r is k s ,   ef f e cti v e   co n d iti o n   m o n it o r i n g   is   t h e r e f o r e  cr u c ial .   B y   e x a m i n i n g   g as es  d is s o l v e d   i n   in s u l ati n g   o il,   d is s o l v e d   g as   an al y s is   ( DGA ) ,   a   c o m m o n ly   u s e d   n o n - i n v asi v e  m et h o d ,   ca n   id en ti f y   t r a n s f o r m er   f a u lts   li k e  p a r tia l  d is c h ar g es ,   th e r m al   o v e r h e ati n g ,   a n d   el e ctr ica l  a r c in g   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h e  Du v al   T r ia n g l e,   R o g e r s   R at i o s ,   a n d   D o r n e n b u r g   ap p r o ac h   a r e   e x a m p les   o f   t r a d i tio n a l  DGA   i n te r p r et ati o n   t ec h n i q u es   t h at   u s e   e m p ir ica l  th r es h o l d s   t o   d et er m i n e   f a u lt   t y p es  [ 5 ] .   H o we v er ,   t h e s e  te ch n i q u es   f r e q u e n tl y   p r o d u c e  i n c o n s is t en t  d ia g n o s es  d u e  to   t h ei r   l ac k   o f   p r ec is i o n   in   a m b ig u o u s   c ases   o r   n o n - s ta n d a r d   c o n d iti o n s .   New   o p p o r t u n iti es  f o r   i m p r o v in g   DG A  r eli a b ili ty   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Tr a n s fo r mer fa u lt d ia g n o s is   u s in g   d is s o lved   g a s   a n a lysi s :   a   h yb r id   en s emb le   …   ( F a tima   Z o h r a   B o u d jella )   1781   h a v e   b e en   m a d e   p o s s ib le   b y   t h e  d e v e lo p m e n t   o f   a r t if ici al   i n te lli g e n c e  ( A I )   an d   m ac h i n e   l ea r n i n g   ( M L )   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Nu m e r o u s   s t u d ies   h a v e   i n v e s tig ate d   t h e   a p p li ca ti o n   o f   i n te lli g e n t   s y s te m s   t o   i m p r o v e  t r a n s f o r m e r   f a u l t  d ia g n o s is .   Fo r   ex am p l e,   a   m u l t is ta g e   s u p p o r t   v e ct o r   m ac h i n e   ( SVM )   t r a in e d   o n   I E C   T C 1 0   DGA   d at a   a ch ie v e d   a  r ec o g n i ti o n   r ate   o f   a b o u t   9 0 %,   d em o n s t r ati n g   t h e   p o t en t ial   o f   m a c h i n e   l ea r n i n g   tec h n iq u es   f o r   ac cu r a te   tr a n s f o r m e r   f au lt c l ass if ic ati o n   [ 8 ] .   T h e  co m b i n at io n   o f   m ac h in e   l ea r n i n g   m et h o d s   an d   c o n v en t io n al   d ia g n o s t ic   in d ic at o r s   is   s till   b e in g   i n v esti g at e d   in   r e ce n t   r ese ar c h .   Ni țu   et  a l .   [ 9 ]   p r o p o s ed   a  m e th o d   c o m b i n i n g   t h e   t h r ee   r at io   te ch n i q u e   wit h   a  r a n d o m   f o r es t  ( R F )   class if ie r   t o   i d e n ti f y   t r a n s f o r m e r   f a u l ts   u s i n g   DGA   g as  r at io   in d ic at o r s .   A n o t h e r   s t u d y   p r o p o s ed   a   d ia g n o s t ic   f r am ew o r k   b as ed   o n   a d v a n c ed   f e at u r e   e x t r a cti o n   a n d   a   L i g h tGB M   e n s e m b le   m o d e l,   wh e r e   d a ta   p r ep r o c ess i n g   a n d   f e at u r e  s ele cti o n   im p r o v e d   cla s s if i ca t io n   a cc u r ac y   f r o m   8 6 . 8 4 %  to   9 3 . 4 2 %   [ 1 0 ] .   N o twi th s ta n d in g   t h es e  d ev el o p m e n ts ,   DGA - b ase d   d i ag n o s is   s till   f a ce s   d i f f ic u lt ies .   C lass   im b a la n c e,   e x t r e m e  v a lu es,   a n d   o p er ati o n al   v a r i ab ilit y   ar e  e x am p l es o f   d a t a  q u a lit y   p r o b l em s   th a t  c a n   i m p ai r   m o d el  p e r f o r m an ce   [ 1 1 ] .   F u r th er m o r e ,   s ta n d a r d s   s u c h   as I E C   6 0 5 9 9   r ec o m m e n d   t h e  u s e  o f   g as  r at io s   f o r   m o r e  r eli ab le  f a u l t d i ag n o s is   [ 1 2 ] .   I n   a d d iti o n ,   th e  c h o ic e  o f   d ata   p r e p r o ce s s in g   te ch n i q u es ,   i n c lu d i n g   n o r m al iz ati o n   a n d   d a ta   t r a n s f o r m at io n ,   ca n   s i g n i f ic a n tl y   i n f lu e n ce   class if ie r   p er f o r m a n ce ,   y e t   t h is   as p e ct   r e m ai n s   i n s u f f ic ie n tl y   i n v esti g ate d   in   t h e   l ite r a tu r e .   T o   ad d r ess   th ese  lim itatio n s ,   th is   s tu d y   g o es  b ey o n d   co n v en tio n al  ap p r o ac h es  b y   ex p licitly   in v esti g atin g   th e  i n ter ac tio n   b etwe en   d ata  p r ep r o ce s s in g   tech n iq u es  an d   e n s em b le  lear n i n g   m o d els  f o r   DGA - b ased   tr an s f o r m er   f au lt  d iag n o s is .   W h ile  p r ev io u s   wo r k s   ty p ically   f o cu s   o n   eith e r   class if ier   o p tim izatio n   o r   s in g le  p r ep r o ce s s in g   s tr ateg ies,  th e  co m b in e d   ef f ec t  o f   m u ltip le  d ata  tr an s f o r m atio n s   o n   en s em b le  m o d el   p er f o r m an ce   r e m ain s   in s u f f ici en tly   ex p lo r ed .   I n   th is   co n te x t,  g as  r atio s   ar e  em p lo y ed   as  d iag n o s tic  f ea tu r es  in s tead   o f   r aw   g as  co n ce n t r atio n s   to   en s u r e   r o b u s tn ess   an d   alig n m en t  with   I E C   s tan d ar d s .   M u ltip le  p r ep r o ce s s in g   tech n i q u es,  in clu d in g   r aw  d ata,   m in – m a x   n o r m aliza tio n ,   lo g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n ,   a n d   s q u ar e - r o o t  tr an s f o r m atio n ,   a r e  s y s tem atica lly   ev alu ated   to   ass es s   th eir   in f lu en ce   o n   f ea t u r e  d is tr ib u tio n   an d   class if icatio n   p er f o r m an ce .   Fu r th er m o r e ,   th is   s tu d y   in tr o d u c es  a  h y b r id   R F – GB T   m o d el  b ased   o n   p r e d ictio n   f u s io n ,   d esig n ed   to   ex p lo it  th e  co m p lem en tar y   s tr en g t h s   o f   en s em b le  lear n in g   tech n iq u es .   Un lik e  tr ad itio n al   b en ch m ar k in g   s tu d ies,  th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   em p h asizes  th e  jo in t  o p tim izatio n   o f   f ea tu r e  r ep r esen tatio n   an d   m o d el  ar ch itectu r e,   p r o v id i n g   a  s tr u ctu r ed   f r am ewo r k   f o r   im p r o v i n g   d iag n o s tic  r eliab ilit y .   T h e  m o d els  ar e   ev alu ated   th r o u g h   m u lti - class   f au lt  class if icatio n   ( elec tr ical  f au lts ,   th er m al  f au lts ,   an d   n o r m al  co n d itio n s )   u s in g   co m p r eh en s iv e  p er f o r m an ce   m etr ics  s u ch   as  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   a n d   C o h en ’ s   k ap p a .   Ov er all,   th e  m ain   co n tr i b u tio n   o f   th is   wo r k   lies   in   p r o v i d in g   a  s y s tem atic  an d   ap p licatio n - o r ien ted   f r a m ewo r k   th at  b r id g es  p r ep r o ce s s in g   s tr ateg ies  an d   en s em b le  lear n in g ,   th er eb y   o f f e r in g   im p r o v ed   r o b u s tn ess   an d   r eliab ilit y   in   DGA - b ased   tr an s f o r m er   f au lt d iag n o s is .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Da t a s et   T h e  d ataset  was  d er i v ed   f r o m   DGA  r ep o r ts   o f   o p e r atio n al  p o wer   tr an s f o r m er s   lo ca te d   in   v ar io u s   p r o v in ce s   ac r o s s   Alg er ia,   co m p r is in g   6 4 8   s am p les.  I n s tead   o f   ab s o lu te  g as  co n ce n tr ati o n s   ( p p m ) ,   g as  r atio s   ( C H₄/H₂ ,   C ₂H₂ / C ₂H₄ ,   C ₂H₆ / C H₄,   C ₂H₄ /C ₂H₆ )   wer e  u s ed ,   a s   r ec o m m en d ed   b y   t h e  Mo d if ied   R o g er s ’   R atio   Me th o d   [ 1 3 ] ,   to   en h an ce   r o b u s tn ess   ag ain s t  o p er atio n al  v ar iab ilit y .   T h e  s am p les  wer e   ev en ly   d is tr ib u ted   ac r o s s   th r ee   f au lt c lass es:   i)   E lectr ical  f au lts   ( E ) :  p ar tial d i s ch ar g es a n d   ar cin g   ( 2 1 6   s am p les).   ii)   T h er m al  f au lts   ( T ) :  c ellu lo s e  o r   co n d u cto r   o v er h ea tin g   ( 2 1 6   s am p les).   iii)   No r m al  s tate  ( N) :  n o   f a u lt d et ec ted   ( 2 1 6   s am p les).   E ac h   s am p le  in clu d es  f o u r   g as  r atio s   s elec ted   f o r   th eir   d iag n o s tic  r elev a n ce .   T a b le  1   p r esen ts   r ep r esen tativ e  ex am p les  o f   d i s s o lv ed   g as  co n ce n t r atio n s   f o r   ea ch   tr a n s f o r m er   co n d itio n   ( elec tr ical,   th er m al,   an d   n o r m al) ,   illu s tr atin g   th e   ty p ical  d iag n o s tic  p atter n s   o b s er v ed   f o r   ea ch   ty p e   o f   f au lt.   T h ese  f o u r   r atio s   C H₄/H₂ ,   C ₂H₂ / C ₂H₄ ,   C ₂H₆ /C H₄ ,   an d   C ₂H₄ /C ₂H₆   wer e  s elec ted   b ased   o n   th eir   d iag n o s tic  r elev an ce ,   as  th ey   ar e   co m m o n l y   u s ed   in   i n d u s tr y   s ta n d ar d s   an d   r ef lect  d is tin ct  f au lt m ec h an is m s .       T ab le  1 .   R ep r esen tativ e  g as c o n ce n tr atio n s   ( p p m )   f o r   ea ch   tr a n s f o r m er   c o n d itio n   H2   C H 4     C 2 H 2   C 2 H 4   C 2 H 6   S t a t e   n u m b e r   5 2 3 . 00   44 . 00   1 . 50   1 . 50   17 . 00   E   2 1 6   2 5 2 6 . 30   1 3 0 . 55   1 . 00   1 . 53   15 . 00   2 9 1   1 2 6 0   2 3 2   6   9   T   2 1 6   3 9 1 1   4 2 9 1   6 2 7   6   1 2 3 1   0 . 1   1 . 1   2 . 02   3 . 1   4 . 02   N   2 1 6   2   2 . 5   0 . 5   0   5     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   178 0 - 1 7 9 3   1782   DGA  d ata  f o r   t r an s f o r m e r   d ia g n o s tics   o f ten   ex h ib it n o n - lin e ar   d is tr ib u tio n s ,   v ar y in g   s ca les,  an d   h ig h   v ar iab ilit y .   Sev er al  f ac to r s   co n tr ib u te  to   th is   v ar iab ilit y ,   s u ch   as  o p er atin g   co n d itio n s ,   f au lt  d u r atio n ,   m ea s u r em en t  in ac cu r ac ies,  an d   en v ir o n m en tal  in f lu e n ce s .   Dir ec t  p r o ce s s in g   o f   th ese  r aw  d ata  ca n   lead   to   a  s ig n if ican t  d eg r ad atio n   in   t h e  p er f o r m an ce   o f   m ac h in e   lear n in g   m o d els,  esp ec ially   in   alg o r ith m s   s en s itiv e  to   s ca les.  Prio r   to   tr an s f o r m ati o n ,   all  s am p les  co n tain i n g   m is s in g   v alu es  wer e  r em o v e d   to   en s u r e   d ataset  co m p leten ess   an d   to   av o id   in t r o d u cin g   b ias  d u r in g   m o d el  tr ain in g .   Data   p r ep r o ce s s in g   an d   n o r m aliza tio n   aim   to   m itig ate  is s u es  r elate d   to   s ca le,   d is tr ib u tio n   s k ewn ess ,   an d   n o is e.   T h is   s tep   is   p ar ticu lar ly   im p o r tan t  f o r   alg o r ith m s   s en s itiv e  to   in p u t  d is tr ib u tio n s ,   s u ch   as SVM :   i)   R ed u ce   th e  im p ac t  o f   lar g e  a m p litu d es:  So m e  v ar ia b les,  s u ch   as  h y d r o g en   o r   eth y le n e,   ca n   r ea ch   v er y   h ig h   v al u es c o m p ar e d   to   o th er s ,   th er eb y   s k ewin g   d is tan ce   ca lcu latio n s   o r   g r a d ien ts .   ii)   E n s u r e  f air n ess   b etwe en   v ar iab les:   B y   s ca lin g   all  v ar iab les  t o   a  co m m o n   r an g e,   we  p r ev en t  an y   s in g le  g as  f r o m   d o m in atin g   th e  m o d el’ s   d ec is io n .   iii)   I m p r o v e  alg o r ith m   c o n v er g e n ce :  Fo r   m o d els  lik e  SVM,   n o r m aliza tio n   e n ab les  f aster   a n d   m o r e  s tab le  co n v er g en ce .   iv )   R ed u ce   th e  ef f ec t  o f   e x tr em e   o r   o u tlier   v alu es:  C er tain   tr an s f o r m atio n s ,   s u ch   as  lo g ar i th m s   o r   s q u ar e   r o o ts ,   co m p r ess   h ig h   v al u es,  m ak in g   d is tr ib u tio n s   m o r e   s y m m etr ic.   A l t h o u g h   t h e   d a t a s e t   i s   d e r i v e d   f r o m   o p e r a t i o n a l   t r a n s f o r m e r s   l o c a t e d   i n   v a r i o u s   p r o v i n c e s   a c r o s s   A l g e r i a ,   i t   i n cl u d e s   a   d i v e r s e  r a n g e   o f   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s   a n d   f a u l t   s c e n a r i o s   r e p r e s e n t a t i v e   o f   r e a l - w o r l d   p o w e r   s y s t e m s .   T h e   d a t as e t   co v e r s   t h r e e   m a j o r   c l a s s es   o f   t r a n s f o r m e r   c o n d i t i o n s   ( e l ec t r ic a l   f a u l ts ,   t h e r m a l  f a u l t s ,   a n d   n o r m a l   o p e r a t i o n ) ,   w h i c h   c o r r e s p o n d   t o   t h e   m o s t   c o m m o n   f a u l t   c a t e g o r i e s   r e p o r t e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e  a n d   i n d u s t r i al   s t a n d a r d s .   T h e  u s e  o f   g a s   r a ti o s   i n s t e a d   o f   a b s o l u t e  g a s   c o n c e n t r a ti o n s   f u r t h e r   e n h a n c e s   t h e  r o b u s t n e s s   a n d   g e n e r a l i z a b i l ity   o f   t h e   p r o p o s e d   a p p r o a c h .   U n l i k e   p p m   v a l u e s ,   g a s   r a t i o s   a r e   l e s s   s e n s i ti v e   t o   t r a n s f o r m e r   s iz e ,   o i l   v o l u m e,   a n d   o p e r a t i o n a l   c o n d i t i o n s ,   m a k i n g   t h e m   m o r e   s u i t a b le   f o r   c r o s s - s y s t em   a p p l i c a t i o n s .   T h is   a li g n s   wi t h   I E C   6 0 5 9 9   r e c o m m e n d a t i o n s ,   w h e r e   r a t i o - b as e d   i n t e r p r et a ti o n   i s   p r e f e r r e d   f o r   c o n s i s t e n t   f a u lt   d i a g n o s is .   H o w e v e r ,   i t   i s   ac k n o w l e d g e d   t h a t  t h e   d a t as e t   o r i g i n at e s   f r o m   a   s p e c i f i c   g e o g r a p h i c al  a n d   o p e r a t i o n a l   c o n t e x t ,   w h i ch   m a y   l i m i t   i ts   f u l l   g e n e r a l iza t i o n .   F u t u r e   w o r k   w i ll   f o c u s   o n   v a l i d a t i n g   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d o l o g y   u s i n g   l a r g e r ,   m u l t i - s o u r c e   d a t as e ts   f r o m   d i f f e r e n t   r e g i o n s   a n d   t r an s f o r m e r   t y p e s   t o   f u r t h e r   a s s ess   i ts   s c a l a b il i t y   a n d   r o b u s t n e s s .   I n   t h i s   w o r k ,   f o u r   m a i n   d a t a   t r a n s f o r m a t i o n   m e t h o d s   w e r e   u s e d .     2 . 1 . 1 .   Ra w  da t a   Fig u r e  1   illu s tr ates  th e  d is tr ib u tio n   o f   th e  o r i g in al  ( n o n - tr a n s f o r m ed )   d ataset  u s ed   as  a  b aselin e  to   ev alu ate  th e  ac tu al  ef f ec t  o f   p r ep r o ce s s in g   tech n iq u es.  I n   Fig u r e  1 ( a ) ,   th e  b ar   ch a r t  s h o ws  th e  v ar iatio n   o f   k e y   g as  r atio s   ac r o s s   d if f er en t  f au l t  ty p es  ( elec tr ical  f au lts   ( E ) ,   th er m al  f au lts   ( T ) ,   an d   n o r m al  c o n d itio n   ( N) ) .   T h e   C H₄/H₂   r atio   is   clea r ly   d o m in an t  f o r   th er m al  f a u lts   ( T ) ,   in d icatin g   s ig n if ican t  m eth an e   p r o d u ctio n   d u e  to   o il   o v er h ea tin g ,   m ak in g   it  an   ex ce llen t  in d icato r   o f   th er m al  f au lts .   T h e  C ₂H₄ / C ₂H₆   r atio   i s   al s o   h ig h   f o r   th er m a l   f au lts ,   r ef lectin g   m o d er ate  s y s tem   o v er h ea tin g ,   wh ile  it  r em ain s   r elativ ely   lo w  f o r   elec tr ic al  f au lts   ( E )   an d   th e   n o r m al  s tate  ( N) .   Fig u r e  1 ( b )   p r esen ts   a  s ca tter   p lo t  o f   C ₂ H₂/C ₂H₄   v er s u s   C ₂H₆ / C H₄  r ati o s .   T h e  d is tr ib u tio n   r ev ea ls   a  h ig h   d e g r ee   o f   o v er lap   b etwe en   f au lt  class es,  with   n o   clea r   lin ea r   o r   s ep ar a b le  b o u n d ar y   b etwe en   elec tr ical,   th er m al,   an d   n o r m a l  co n d itio n s .   T h is   d is p er s io n   i n d icate s   s tr o n g   v a r iab ilit y   an d   n o n lin ea r ity   in   th e   r aw  d ata,   wh ich   m a k es d ir ec t  class if icatio n   ch allen g in g   f o r   s tan d ar d   m ac h in e  lear n in g   m o d els.           ( a)   ( b )     Fig u r e   1.   Data s et  d is tr ib u tio n   ( r aw  d ata) : ( a)   av er a g e  g as r ati o   v alu es f o r   ea ch   tr a n s f o r m e r   f au lt c ateg o r y   an d   ( b )   s ca tter   p lo t illu s tr atin g   th e   r elatio n s h ip   b etwe en   th e   C ₂H₂ /C ₂H₄   an d   C ₂H 6 /C H₄  g as r atio s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Tr a n s fo r mer fa u lt d ia g n o s is   u s in g   d is s o lved   g a s   a n a lysi s :   a   h yb r id   en s emb le   …   ( F a tima   Z o h r a   B o u d jella )   1783   2 . 1 . 2 .   L o g a rit hm ic  t ra ns f o r m a t io n   Usef u l f o r   lin ea r izin g   th e  d ata  an d   r ed u cin g   t h e  in f lu e n ce   o f   ex tr em e  v alu es.     ′ = l og ( + 1 )   ( 1 )     L o g ar ith m ic   tr an s f o r m atio n   s ig n if ican tly   en h a n ce s   d ata  d is tr ib u tio n   an d   r ea d ab ilit y ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  2 .   I n   th e  b ar   ch a r t ( Fig u r e   2 ( a ) ) ,   th e   C ₂H₄ /C ₂ H₆  r atio   is   elev ated   f o r   th er m al  f a u lts   ( T ) ,   r ef lectin g   o v er h ea tin g ,   wh ile  th e  C ₂H₂ /C ₂H₄   r atio   is   h ig h er   f o r   elec tr ical  f au lts   ( E ) ,   in d ic ativ e  o f   ar cin g   o r   p ar tial  d is c h ar g es.  T h e  C H₄/H₂   r atio   ef f ec tiv ely   d is cr im in ates  th er m al  f au lts ,   an d   C ₂H₆ /C H₄  i s   p r o m in en t f o r   elec tr ical  f au lt s ,   with   th e  n o r m al   s tate  ( N)   s h o win g   b alan ce d   r a tio s .   T h e  s ca tter   p lo t   ( Fig u r e   2 ( b ) )   ( C ₂H₂ /C ₂H₄   v s .   C ₂H₆ / C H₄ )   r ev ea ls   im p r o v e d   class   s ep ar atio n   f o r   E ,   T ,   a n d   N,   as  lo g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n   r ed u ce s   th e  im p ac t  o f   ex tr em e  v al u es,   r esu ltin g   in   m o r e  u n if o r m   d is tr ib u tio n s .   T h is   p r e p r o ce s s in g   en h an ce s   th e   p er f o r m a n c e  o f   class if icatio n   m o d els.           ( a)   ( b )     Fig u r e  2 .   Data s et  d is tr ib u tio n   ( L OG) : ( a)   av er ag e  g as r atio   v alu es f o r   ea ch   t r an s f o r m e r   f au l t c ateg o r y ,   a n d     ( b )   s ca tter   p lo t illu s tr atin g   th e   r elatio n s h ip   b etwe en   th e   C ₂H₂ /C ₂H₄   an d   C ₂H 6 /C H₄  g as r atio s       2 . 1 . 3   M in - m ax  no rma liza t io n   Scale   f ea tu r es to   th e  [ 0 ,   1 ]   r an g e  u s in g   ( 2 )   [ 1 4 ] .      = − −   ( 2 )     W h er e  X  is   th e  o r ig in al  v alu e,      an d      ar e  th e  m in im u m   an d   m ax im u m   v alu es  o f   th e   f ea tu r e,   r esp ec tiv ely ,   an d      is   th e  n o r m alize d   v alu e.   T h is   tech n iq u e  s tan d ar d izes  th e  s ca les  o f   g as   r atio s   ( e. g . ,   C H₄/H₂ ,   C ₂H₂ / C ₂H₄ ) ,   en s u r in g   th eir   co m p a r ab i lity .   Fig u r e   3   p r esen ts   th e   d ataset  d is tr ib u t io n   af ter   ap p ly in g   m in – m ax   n o r m aliza tio n .   Min – m ax   n o r m aliza tio n   r escales  g as  r atio s   ( e. g . ,   C H ₄ / H ₂ ,   C ₂ H ₆ / CH ₄ )   to   th e  [ 0 ,   1 ]   r an g e,   e n h an cin g   th eir   c o m p a r ab ilit y ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r e  3 ( a) .   H o wev er ,   it  d o es  n o t  s ig n if ican tly   r e d u ce   d is p er s io n   co m p ar e d   to   r aw  d ata,   as  o b s er v ed   in   Fig u r e  3 ( b ) ,   wh er e  th e  s ca tter   p l o t  ( C ₂ H ₂ / C ₂ H ₄   v s .   C ₂ H ₆ / CH ₄ )   s till   s h o ws co n s id er ab le  class   o v er lap   b etwe en   e lectr ical  f au lts   ( E ) ,   th er m al  f a u lts   ( T ) ,   an d   n o r m a l   co n d itio n s   ( N) .   Fig u r e   3 ( a)   p r esen ts   th e  h is to g r am ,   wh ic h   r ev ea ls   m o r e   d is tin g u is h ab le   a v er ag e   r atio s ,   with   C ₂ H ₆ / CH ₄   d o m in an t  f o r   elec tr ical  f au lts   ( E )   an d   C H ₄ / H ₂   f o r   th er m al  f au lts   ( T ) ; n ev er t h eless ,   clas s   s ep ar atio n   r em ain s   lim ited   co m p a r ed   to   t h e  lo g ar ith m ic  t r an s f o r m ati o n   ( Fig u r e  2 ) .     2 . 1 . 4 .   Sq ua re   ro o t   t r a ns f o rma t io n   T h e  s q u ar e  r o o t  tr an s f o r m ati o n   h ig h lig h ts   s m all  v ar iatio n s   wh ile  atten u atin g   lar g e  a m p litu d es,  ac co r d in g   to   ( 3 ) .     ′ = √ √   ( 3 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   178 0 - 1 7 9 3   1784   Fig u r e   4   p r esen ts   th e  d ataset  d is tr ib u tio n   af ter   ap p ly in g   t h e  s q u ar e   r o o t   tr an s f o r m atio n .   T h e   s q u ar e   r o o t  tr an s f o r m atio n   r ed u ce s   d is p er s io n   in   g as  r atio s   ( e. g . ,   C H ₄ / H ₂ ,   C ₂ H ₂ / C ₂ H ₄ ,   C ₂ H ₆ / CH ₄ ,   C ₂ H ₄ / C ₂ H ₆ ) ,   en h an cin g   co m p ar ab ilit y   ac r o s s   f au lt  ty p es,  as  s h o wn   in   F ig u r e  4 .   I n   t h e  b a r   c h ar t  ( Fig u r e   4 ( a ) ) ,   av er a g e   r atio s   ar e  m o r e  d is tin g u is h ab l e,   with   C ₂ H ₆ / CH ₄   p r o m in en t  f o r   elec tr ical  f au lts   ( E )   an d   C ₂ H ₂ / C ₂ H ₄   elev ated   f o r   t h er m al   f au lts   ( T ) ,   w h ile  n o r m al  s tates  ( N)   s h o w  b alan ce d   r atio s .   T h e   s ca tter   p lo t   ( Fig u r e   4 ( b ) )  (C ₂ H ₂ / C ₂ H ₄   v s .   C ₂ H ₆ / CH ₄ )   r ev ea ls   im p r o v ed   s ep a r atio n   o f   class es  E ,   T ,   an d   N  d u e  to   r ed u ce d   s k ewn ess ,   s im ilar   to   lo g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n ,   th er e b y   en h an cin g   cla s s if ier   p er f o r m an ce .           ( a)   ( b )     Fig u r e  3.   Data s et  d is tr ib u tio n   ( m in - m ax ) : ( a)   a v er ag e  g as r at io   v alu es f o r   ea ch   tr a n s f o r m er   f au lt c ateg o r y ,   an d   ( b )   s ca tter   p lo t illu s tr atin g   th e   r elatio n s h ip   b etwe en   th e   C ₂H₂ /C ₂H₄   an d   C ₂H 6 /C H₄  g as  r atio s           ( a)   ( b )     Fig u r e   4 .   Data s et  d is tr ib u tio n   ( Sq u ar e  R o o t) :   ( a )   av er a g e  g as   r atio   v alu es f o r   ea ch   tr a n s f o r m er   f au lt c ateg o r y ,   an d   ( b )   s ca tter   p lo t illu s tr atin g   th e  r elatio n s h ip   b etwe en   th e  C ₂H₂ /C ₂ H₄  an d   C ₂H 6 /C H₄  g as  r atio s       2 . 2 .     M a chine   lea rning   m o de ls   T h is   s tu d y   em p lo y s   f o u r   s u p er v is ed   m ac h in e   lear n in g   m o d el s   to   class if y   tr an s f o r m er   f au lts   b ased   o n   DGA  g as  r atio s   ( e. g . ,   C H₄/H₂ ,   C ₂H₂ /C ₂H₄ ,   C ₂H₆ / C H₄,   C ₂H₄ / C ₂H₆ ) :  R F  [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] ,   SVM  [ 1 7 ] ,   g r ad ien t - b o o s te d   tr ee s   ( GB T )   [ 1 8 ] ,   an d   a  h y b r i d   R F - GB T   m o d el.   T h ese  m o d els  wer e  s elec ted   f o r   th eir   r o b u s tn ess ,   ab ilit y   to   h an d le  co m p lex   d ec is io n   b o u n d ar ies,  an d   ef f ec tiv e n ess   with   n o is y   o r   p r ep r o ce s s ed   d ata  ( r aw,   m in - m ax ,  lo g ar ith m ic,   a n d   s q u ar e   r o o t  tr an s f o r m atio n s ) .   SVM  with   an   R B F  k er n el  is   well - s u ited   f o r   ca p tu r in g   co m p lex   n o n lin ea r   d ec is io n   b o u n d ar ies  in   r elativ ely   s m all  d atasets .   R F  is   k n o wn   f o r   its   r o b u s tn e s s   to   n o is e  an d   its   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Tr a n s fo r mer fa u lt d ia g n o s is   u s in g   d is s o lved   g a s   a n a lysi s :   a   h yb r id   en s emb le   …   ( F a tima   Z o h r a   B o u d jella )   1785   ab ilit y   to   r ed u ce   o v er f itti n g   t h r o u g h   en s em b le  a v er ag in g .   GB T ,   o n   th e  o th er   h a n d ,   p r o v id es   h ig h   p r e d ictiv e  ac cu r ac y   b y   iter ativ ely   co r r ec t in g   p r ev i o u s   er r o r s ,   m a k in g   it   ef f ec tiv e  f o r   ca p tu r in g   s u b tle  p atter n s   in   th e  d ata.   T h e  h y b r id   R F – GB T   m o d el   is   p r o p o s ed   to   lev er a g e  t h e  s ta b ilit y   o f   R F  an d   th e  h ig h   ac c u r ac y   o f   GB T .   T h e   h y p er p ar am eter s   o f   ea ch   m o d el  wer e  s elec ted   b ased   o n   a   co m b in atio n   o f   e m p ir ical  tu n in g   an d   co m m o n ly   ad o p ted   co n f ig u r atio n s   r e p o r t ed   in   th e   liter atu r e.   Fo r   th e  S VM   m o d el,   th e   R B F  k er n el  w as  ch o s en   d u e   to   its   ab ilit y   to   m o d el  n o n lin ea r   r el atio n s h ip s ,   wh ile  th e   r eg u la r izatio n   p ar a m eter   C   =   1   e n s u r es  a  b alan ce   b etwe e n   m ar g in   m a x im izatio n   a n d   clas s if icatio n   er r o r .   T h e  k er n el  wi d th   p ar a m eter   σ   =   2 . 2   was  s elec ted   em p ir ically   to   co n tr o l   th e  i n f lu en ce   o f   in d iv id u al  tr ai n in g   s am p les.  Fo r   th e  R F  m o d el,   1 0 0   tr ee s   w er e  u s ed   to   en s u r e   s u f f icien t  d iv er s ity   wh ile  m ai n tain in g   co m p u tatio n al  ef f icien cy .   T h e  m ax im u m   t r ee   d ep t h   was  lim ited   to   1 0   to   p r ev en t  o v er f itti n g ,   an d   a  m in im u m   n o d e  s ize  o f   2   was  s elec ted   to   allo w  ad eq u ate  m o d el  f lex ib ilit y .   T h e   Gin i  in d ex   was  u s ed   as   th e  s p l it  cr iter io n   d u e   to   its   ef f ec tiv e n ess   in   class if icatio n   task s .   Fo r   th e   GB T   m o d el,   a  lar g e  n u m b e r   o f   tr ee s   ( 1 0 , 0 0 0 )   co m b in ed   with   a  lear n in g   r a te  o f   0 . 1   was  u s ed   to   en s u r e  g r ad u al  lear n in g   a n d   im p r o v e d   g en er aliza tio n .   T h e  tr ee   d ep th   was r estricte d   to   2   to   r ed u ce   m o d el  co m p lex ity   an d   av o id   o v er f itti n g ,   wh ich   is   a  co m m o n   s tr ateg y   i n   b o o s tin g   alg o r ith m s .   E ac h   m o d el  was  tr ain ed   o n   8 0 %  o f   th e  d ataset  an d   test ed   o n   2 0 %.  T h e  m ac h in e  lear n in g   m o d els  wer e  im p lem en ted   u s in g   th e  KNI ME   An aly tics   Platfo r m   with   th e  h y p er p ar am eter s   s u m m ar ize d   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Hy p er p ar a m eter   s ettin g s   f o r   t h e  class if icatio n   m o d e ls   M o d e l   H y p e r p a r a me t e r s   S V M   K e r n e l   =   R B F   ( G a u ssi a n ) ,   o v e r l a p p i n g   p e n a l t y   ( c )   =   1 ,   a n d   si g ma   ( σ)   =   2 . 2   RF   N u mb e r   o f   t r e e s   =   1 0 0 ,   sp l i t   c r i t e r i o n   =   G i n i   i n d e x ,   m a x i m u m  t r e e   d e p t h   =   10 ,   a n d   m i n i m u m  n o d e   si z e   =   2   G B D T   N u mb e r   o f   t r e e s   =   1 0 0 0 0 ,   l e a r n i n g   r a t e   =   0 . 1 ,  a n d   ma x i mu m   t r e e   d e p t h   =   2       2 . 2 . 1 .   RF - G B T   f us io n   T h e  o u tp u ts   o f   th e  R F  an d   GB T   class if ier s   wer e  co m b in ed   in   KNI ME   u s in g   th e  "Pr ed icti o n   Fu s io n "  n o d e.   T h is   f u s io n   a p p r o ac h   m ak es  u s e  o f   R F ' s   r o b u s tn ess   an d   in ter p r etab ilit y   as  w ell  as  G B T ' s   h ig h   p r ed ictiv e  ac c u r ac y   an d   g lo b al  o p tim izatio n   ca p ab ilit ies.  A  weig h ted   p r o b a b ilit y   av e r a g in g   tech n iq u e   was   u s ed   in   p lace   o f   eq u al  wei g h tin g ,   wh ich   r e f lecte d   GB T ' s   b etter   in d iv id u al  p e r f o r m an ce   d u r in g   m o d e l   ev alu atio n .   Sp ec if ically ,   th e  f u s ed   p r ed ictio n   was c o m p u ted   as   ( 4 ) .       ( , ) = 2 3    ( , ) + 1 3  ( , )   ( 4 )     T h e  f in al  class   lab el  was d eter m in ed   b y   ( 5 ) .     ̂ =  (  (   ( , ) ) )   ( 5 )     T h e   w e i g h t i n g   c o e f f ic i e n ts   d e f i n e d   i n   ( 4 ) ,   n a m e l y   ( 2 3 )   f o r   t h e   R F   m o d e l  a n d   ( 1 3 )  f o r   t h e   GB T   m o d e l ,   w e r e   d e t e r m i n e d   t h r o u g h   a n   e m p i r i c a l   g r i d - s e a r c h   p r o c e d u r e   d u r i n g   t h e   v a l i d a t i o n   p h a s e   b y   s y s t e m a t i ca l l y   e v a l u a t i n g   m u lt i p l e  w e i g h ti n g   c o m b i n a t i o n s .   S e v e r a l  w ei g h t in g   c o m b i n a t i o n s   w e r e   t es t e d   i n   o r d e r   t o   as s e s s   t h ei r   i m p a c t   o n   t h e   o v e r a l l   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   h y b r i d   m o d e l .   T h e   s e l e ct e d   c o n f i g u r a t i o n   p r o v i d e d   t h e   b e s t   t r a d e - o f f   b e t w e e n   a c c u r a c y   a n d   r o b u s t n e s s .   T h e   h i g h e r   w e i g h t   as s i g n ed   t o   R F   i s   j u s t i f ie d   b y   i t s   a b i l ity   t o   p r o d u c e   s t a b l e   p r e d i c t i o n s   a n d   r e d u c e   v a r ia n ce ,   w h i c h   i m p r o v e s   m o d e l  g e n er a l i z a ti o n .   I n   c o n t r as t ,   G B T ,   a lt h o u g h   s l i g h t l y   l es s   s t a b l e ,   c o n t r i b u t es   f i n e - g r a i n ed   d i s c r i m i n at i v e   p o w e r   t h r o u g h   i t s   s e q u e n t i al   l e a r n i n g   p r o c e s s .   W it h   t h e   g o a l   o f   l o w e r i n g   c l as s i f i c at i o n   e r r o r s   a n d   b o o s t i n g   t h e   r o b u s t n es s   o f   t h e   d i a g n o s t i c  s y s t e m ,   t h i s   w ei g h t e d   f u s i o n   t e c h n i q u e   h i g h l i g h ts   t h e   m o r e   a c c u r a t e   GB T   p r e d i ct i o n s   w h i le   p r e s e r v i n g   t h e   e n s e m b l e   a d v an t a g e s   o f   R F .     2 . 3 .     E x perim ent a l  a pp ro a ch   T h e   e n t i r e  e x p e r i m e n t al   p r o c e d u r e   f o r   t r a n s f o r m e r   f a u l t d i a g n o s i s   u s i n g   D GA   i s   i ll u s t r at e d   in   F i g u r e   5 .   Gas  d ata  ar e  f ir s t  ex tr ac ted   f r o m   DGA  r ep o r ts ,   an d   d iag n o s tic  r atio s ,   p ar ticu lar ly   t h o s e  r e co m m en d e d   b y   th e   Mo d if ied   R o g er s ’   R atio   Me th o d ,   a r e  co m p u ted .   T h e  p r ep r o ce s s in g   p h ase  in clu d es  th e  r em o v al  o f   m is s in g   v alu es  an d   th e  a p p licatio n   o f   f o u r   d ata  tr a n s f o r m atio n   tech n iq u es:  r aw  d ata  ( u s ed   as  a  b a s elin e) ,   lo g ar ith m ic   tr an s f o r m atio n ,   s q u ar e  r o o t tr a n s f o r m atio n ,   an d   m in - m a x   n o r m aliza tio n .   T h e  KNI ME   en v ir o n m e n t  is   th en   u s ed   to   d ev elo p   m ac h i n e  lear n in g   m o d els,  s u ch   as  S VM ,   R F,   GB T ,   an d   a   h y b r id   R F - GB T   f u s io n   m o d el.   E ig h ty   p er ce n t   o f   th e  d ataset  is   u s ed   to   tr ain   e ac h   m o d el,   a n d   t h e  r em ain in g   twen ty   p er ce n t  is   u s ed   f o r   test in g .   Fiv e  co m m o n   m etr ics  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   C o h en ' s   k ap p a  ar e  u s ed   to   as s ess   th e  m o d el' s   p er f o r m an ce .   T h is   p r o c ess   m ak es  it  p o s s ib le  to   co m p ar e  t h e  m o d els  in   g r ea t d etail  an d   s h o ws  h o w  v ar io u s   p r e p r o ce s s in g   tech n iq u es  af f ec t  th e   ac cu r ac y   an d   d ep en d ab ilit y   o f   th e  f i n al  d iag n o s is .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   178 0 - 1 7 9 3   1786       Fig u r e  5 .   E x p er im e n tal  wo r k f l o w  f o r   tr a n s f o r m e r   f au lt d ia g n o s is       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  r esu lts   o f   th e   class if icatio n   m o d els  ap p lied   to   DGA - b ased   g as  r atio   d ata  u n d e r   th e   f o u r   p r ep r o ce s s in g   s tr ateg ies  o f   r aw,   lo g ar ith m ic,   s q u ar e  r o o t,   an d   m i n - m ax   n o r m aliza tio n   ar e  s h o wn   in   th is   s ec tio n .   SVM  with   R B F  k er n el,   R F,  G B T ,   an d   a  h y b r id   R F - GB T   f u s io n   m o d el  ar e  am o n g   th e  m o d els  th at   h av e  b ee n   e v alu ated .   E ig h ty   p er ce n t  o f   th e   d ataset  was  u s ed   to   tr ai n   ea ch   m o d el,   a n d   t h e  r em ain i n g   twen t y   p er ce n t  was  u s ed   f o r   test in g .   Mo d el  p er f o r m an ce   was  ev al u ated   u s in g   f iv e  k ey   m etr ics:   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   an d   C o h en ’ s   k ap p a  c o ef f icien t.  T h e  r esu lts   ar e  s u m m ar ized   in   T ab le  3 .   T h e  R F  class if ier   d eliv er ed   s tr o n g   an d   co n s is ten t  p e r f o r m an ce   ac r o s s   all  p r ep r o ce s s in g   s tr ateg ies.  W ith   r aw  d ata,   it  ac h ie v ed   7 9 . 5 %  ac cu r ac y   a n d   a  7 9 . 6 3 %  F1 - s co r e.   T h e  l o g ar ith m ic   tr an s f o r m atio n   led   to   t h e   b est  r esu lts   f o r   R F,  in cr ea s in g   ac cu r ac y   to   8 3 . 3 %  an d   C o h en ’ s   k ap p a  t o   7 4 . 5 %.   B o th   s q u ar e  r o o t   an d   m in - m ax   tr an s f o r m atio n s   also   p r o v id ed   p e r f o r m an ce   g ai n s ,   in d icatin g   th at  R F  b en ef its   f r o m   r ed u ce d   s k ewn ess   an d   f ea t u r e  s ca lin g .   T h is   b eh a v io r   ca n   b e  ex p lain ed   b y   th e   en s em b le  n atu r e  o f   R F  b ased   o n   b ag g in g ,   w h ich   r ed u ce s   v ar ian ce   a n d   m ak es  t h e  m o d el  less   s en s itiv e  to   n o is e  an d   d ata  d is tr ib u tio n .   B y   r ed u cin g   s k ewn ess ,   lo g ar ith m ic  a n d   s q u ar e   r o o t   tr an s f o r m atio n s   allo w   m o r e   b alan ce d   tr ee   s p lits ,   im p r o v in g   class if icatio n   b o u n d ar ies.  GB T   s h o wed   s tab le  b u t  s lig h tly   lo wer   p er f o r m a n ce   th an   R F  ac r o s s   all  tr an s f o r m atio n s .   Acc u r ac y   r em ain ed   ar o u n d   7 7 . 7 %  f o r   b o th   r aw  an d   m in - m a x   s ca led   d ata.   L o g ar ith m ic  an d   s q u ar e  r o o t  tr an s f o r m atio n s   d id   n o t  im p r o v e   r esu lts   an d   ev en   ca u s ed   s lig h t  d r o p s   in   ac cu r ac y   an d   k ap p a.   T h is   s u g g ests   th at  b o o s tin g   alg o r ith m s   m ay   n o t   b en e f it  f r o m   ex ter n al  f ea tu r e  tr an s f o r m atio n s .   T h is   ca n   b e  ex p lain ed   b y   t h e  s eq u en tial   n atu r e  o f   GB T ,   wh ich   al r ea d y   p er f o r m s   in ter n al  er r o r   c o r r ec tio n .   As  a  r esu lt,  e x ter n al  tr an s f o r m atio n s   m a y   d is to r t  p atter n s   th at  th e  m o d el  is   alr ea d y   ca p ab le  o f   ca p tu r i n g ,   esp ec ially   in   h ig h ly   n o n - lin ea r   an d   n o is y   DGA  d ata.   SVM  was  th e   m o s t  s en s itiv e  to   p r ep r o ce s s in g .   I t  p e r f o r m ed   m o d er ately   o n   r aw   d at a  ( 6 8 . 5 %  ac c u r ac y ) ,   b u t  d r am atica lly   u n d e r p er f o r m ed   with   m in - m a x   n o r m aliza t io n ,   r ea ch i n g   o n ly   3 3 . 8 %  ac cu r ac y   an d   a  k ap p a  o f   1 %.  Ho wev er ,   with   lo g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n ,   SVM  ac h iev ed   7 0 . 8 %  ac cu r ac y   an d   a  m o r e  b alan ce d   F1 - s co r e  o f   6 9 . 8 %.  T h ese  r esu lts   h ig h lig h t  th e  s tr o n g   s en s itiv ity   o f   SVM  to   p r ep r o ce s s in g   t ec h n iq u es.  T h is   is   m ain ly   d u e  to   its   r elian ce   o n   d is tan ce - b ased   k er n el  f u n ctio n s   ( R B F),   wh er e  f ea tu r e  s ca li n g   d ir ec tly   im p ac ts   th e  g eo m etr y   o f   th e  d ec is io n   s p ac e.   L o g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n   im p r o v es  p er f o r m a n ce   b y   s tab ilizin g   v ar ian ce   an d   r ed u cin g   e x tr em e  v alu es,  m ak in g   th e  d ata  m o r e  s u itab le  f o r   k e r n el - b ased   s ep ar atio n .   T h e  h y b r id   en s em b le   co m b i n in g   R F  an d   GB T   o u tp e r f o r m e d   all  in d i v id u al  m o d els.  O n   r aw  d ata,   it   alr ea d y   ac h iev ed   9 0 . 3 %  ac cu r ac y ,   with   a   C o h en ’ s   k ap p a   o f   8 1 . 5 %.  T h e   b est  r esu lts   wer e   o b tain ed   with   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Tr a n s fo r mer fa u lt d ia g n o s is   u s in g   d is s o lved   g a s   a n a lysi s :   a   h yb r id   en s emb le   …   ( F a tima   Z o h r a   B o u d jella )   1787   lo g ar ith m ic  tr a n s f o r m atio n ,   p ea k in g   at   9 4 . 9 3 %  ac cu r ac y   an d   9 4 . 8 1 %  F1 - s co r e,   alo n g   with   an   e x ce llen t   C o h en ’ s   k a p p a   o f   9 2 . 3 7 %,   in d icatin g   n ea r - p e r f ec t  a g r ee m e n t  with   tr u e  la b els.  T h e   f u s io n   b e n ef its   f r o m   th e   co m p lem en tar y   s tr en g th s   o f   R F ( lo w  v ar ian ce )   a n d   GB T   ( b i as c o r r ec tio n ) ,   r esu ltin g   in   s u p er io r   g en e r aliza tio n   an d   r o b u s tn ess   ac r o s s   all  p r ep r o ce s s in g   tech n iq u es.  T h is   co n f ir m s   th at  co m b in in g   m o d els  with   d if f er en t  lear n in g   m ec h an is m s   is   p ar ticu lar ly   ef f ec tiv e  f o r   h an d li n g   th e  co m p lex ity   a n d   v ar iab ilit y   o f   DGA  d ata.   T h is   p er f o r m an ce   is   f u r th er   ill u s tr ated   b y   th e  co n f u s io n   m at r ix   p r esen ted   i n   T ab le  4 ,   wh ich   p r o v i d es  a  d etailed   v iew  o f   th e  class i f icatio n   r esu lts   f o r   ea ch   f au l t  ca teg o r y .   Ou t  o f   1 3 8   test   s am p les,  1 3 1   wer e  co r r ec tly   class if ied ,   co r r esp o n d in g   to   a  v er y   lo w  er r o r   r ate  o f   ap p r o x im ately   5 %.  As  s h o wn   in   T ab le  4 ,   th e   m o d el  ac h ie v ed   e x ce llen t  class if icatio n   ac cu r ac y   f o r   th e  n o r m al  ( N)   an d   e lectr ical  ( E )   class es,  with   4 8   o u t   o f   4 9   n o r m al  s am p les an d   4 5   o u t  o f   4 8   elec tr ical  f au lt sam p les c o r r ec tly   id e n tifie d .   T h e   t h e r m al   ( T )   cl ass   als o   s h o ws  s t r o n g   p e r f o r m a n c e,   wit h   3 8   c o r r ec t ly   class if ie d   s a m p les   o u t   o f   4 1 .   Ho w ev er ,   m o s t   m is cl ass i f ic at io n s   o cc u r   b etw ee n   t h er m a l   f a u lts   a n d   n o r m al   s ta tes .   S p ec i f ic all y ,   T ab le   4   in d ic at es  t h at   2   t h e r m al   f a u lt   c ases   we r e   i n c o r r ec t ly   p r e d ic te d   as  n o r m al,   an d   1   n o r m al   ca s e  w as  m is class if i e d   as  t h e r m al .   T h is   c o n f u s i o n   ca n   b e  att r i b u te d   t o   m o d e r at e  t h e r m al  d e g r a d a ti o n   c o n d iti o n s ,   w h e r e  g as  r ati o s   r e m ai n   cl o s e  t o   t h o s e  o b s e r v e d   i n   h e alt h y   tr an s f o r m er s .   Ad d i t io n al ly ,   a   s m all   n u m b e r   o f   m is class i f i ca t io n s   c an   b e   o b s er v e d   b etw ee n   ele ct r ic al   a n d   t h e r m al   f au lts   ( T a b le   4 ) ,   s u g g esti n g   p a r ti al   o v er l a p   i n   ce r ta in   b o r d e r li n e  g as   p at te r n s .   T h is   p h en o m e n o n   r e f lects   t h e   p h y s i ca l   r e alit y   o f   tr a n s f o r m er   b e h a v i o r ,   w h e r e   f a u l t  s i g n at u r es   a r e   n o t   alwa y s   s h ar p l y   s e p a r a b l e,   es p ec i all y   in   e ar ly   f a u lt   s ta g es .   F r o m   a n   ap p l ica ti o n   p e r s p ec ti v e,   th ese   r es u lts   a r e   s ig n i f ic a n t.   T h e   l o w   n u m b e r   o f   m is c lass i f i ca t io n s   a n d   t h e   h i g h   a cc u r ac y   f o r   cr itic al   f au lt  c lass es   d em o n s t r at e  th a t   t h e   p r o p o s e d   R F – GB T   m o d el   is   r e lia b l e  f o r   r ea l - w o r l d   tr a n s f o r m e r   m o n it o r i n g .   I n   p a r tic u la r ,   m i n i m i zi n g   co n f u s io n   b etw ee n   n o r m a l  an d   f a u l ty   c o n d iti o n s   is   ess en t ial   f o r   r e d u c in g   f alse   al ar m s   an d   a v o id in g   u n n ec ess a r y   m ai n t e n a n c e   ac ti o n s .   O v e r a ll ,   T a b l e   4   co n f i r m s   n o t  o n l y   t h e   h i g h   g lo b a l   ac c u r ac y   o f   t h e  m o d el ,   b u t  als o   its   s tr o n g   class - wis e  p er f o r m a n c e  a n d   p r ac t ic al  s u i ta b il it y   f o r   DGA - b as ed   f a u lt   d ia g n o s is .   T h is   m eth o d o l o g ical  ch o ice  was  m ad e  to   en s u r e   r eliab le   an d   b alan ce d   lear n in g   d u r i n g   m o d el  tr ain in g .   T h e   co llected   DGA  r ep o r ts   p r esen te d   h eter o g e n e o u s   d ata   av ailab ilit y ,   an d   d et ailed   s u b ca teg o r ies  s u ch   as  T 1 /T2 /T3   o r   PD/D1 /D2   wer e  n o t  s y s tem atica lly   r ep o r te d   in   in d u s tr ial  r ec o r d s .   I n clu d i n g   th ese   s u b class es  wo u ld   h av e   r esu lt ed   in   s ig n if ican t  class   im b ala n ce   an d   r e d u ce d   th e   s tatis tica l  r o b u s tn ess   o f   th e   m o d els.  T h er ef o r e,   th e  ad o p ted   th r ee - class   s tr u ctu r e  p r o v id es  a  p r ac tical  an d   g en er aliza b le  d iag n o s tic  f r am ewo r k ,   ca p ab le  o f   s u p p o r tin g   c o n d itio n - b ased   m ai n ten an ce   d ec is io n s   wh ile  m ain tain in g   s tr o n g   p r ed ictiv e  s tab ilit y   an d   i n ter p r etab ilit y .       T ab le  3 .   C o m p a r is o n   o f   class i f ier   p er f o r m an ce   ac co r d in g   to   d ata  tr an s f o r m atio n   tech n i q u e s   C l a s si f i e r   D a t a   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F - mea su r e   ( %)   C o h e n ’ s   k a p p a   ( %)   RF   R a w   d a t a   79 . 5   79 . 93   79 . 53   79 . 63   71 . 3   M i n - ma x   80 . 5   81 . 07   80 . 53   80 . 7   71 . 3   LO G   83 . 3   83 . 66   83 . 3   83 . 4   74 . 5   S q u a r e   r o o t   82 . 3   82 . 67   82 . 3   82 . 4   73 . 5   G B T   R a w   d a t a   77 . 7   78 . 163   77 . 63   77 . 4   66 . 5   M i n - ma x   77 . 7   78 . 17   77 . 63   77 . 4   66 . 5   LO G   76 . 9   77 . 16   76 . 86   76 . 63   65 . 4   S q u a r e   r o o t   76 . 9   77 . 17   76 . 87   76 . 2   76 . 63   S V M   R a w   d a t a   68 . 5   72 . 13   68 . 4   68 . 03   52 . 7   M i n - ma x   33 . 8   25 . 25   34 . 07   29 . 85   1   LO G   7 0 , 8   71 . 43   70 . 93   69 . 8   56 . 2   S q u a r e   r o o t   51 . 5   51 . 87   51 . 57   51 . 27   27 . 3   RF - G B T   R a w   d a t a   90 . 3   90 . 66   90 . 3   90 . 33   81 . 5   M i n - ma x   92 . 3   92 . 33   92 . 3   92 . 33   83 . 5   LO G   94 . 93   94 . 88   94 . 8   94 . 81   92 . 37   S q u a r e   r o o t   93 . 8   94 . 03   93 . 93   93 . 93   90 . 8       T ab le  4 .   C o n f u s io n   m atr ix   f o r   th e  R F - GB T   m o d el  with   lo g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n   N u mb e r   o f   r o w s :   1 3 8   E  ( P r e d i c t e d )   N   ( P r e d i c t e d )   T   ( P r e d i c t e d )   E  ( A c t u a l )   45   1   2   N   ( A c t u a l )   0   48   1   T   ( A c t u a l )   1   2   38       3 . 1 .     Co m pa ra t iv e  a na ly s is   o f   t he  m o dels   T h e  g r ap h   ( F ig u r e  6 )   p r o v id e s   a  co m p ar ativ e   ev alu atio n   o f   f o u r   class if ier s :  R F,  G B T ,   SVM,   an d   th eir   en s em b le  co m b in atio n   ( R F - GB T ) ,   b ased   o n   f iv e  k ey   p er f o r m an ce   in d icato r s .   T h e  c lass if icatio n   r esu lt s   b ased   o n   th e  f in al  ev alu atio n   m etr ics  clea r ly   d em o n s tr ate  th at  th e  R F - G B T   en s em b le  m o d el  s ig n if ican tly   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   178 0 - 1 7 9 3   1788   o u tp er f o r m s   all  o th er   class if ier s .   W ith   an   ac cu r ac y   o f   9 2 . 6 %,  F1 - s co r e  o f   9 2 . 4 2 %,  an d   a  C o h en ’ s   k a p p a   o f   8 6 . 8 %,  it  d eliv er s   th e  m o s t  r e liab le  an d   c o n s is ten t  p r ed ictio n s .   T h is   h y b r id   a p p r o ac h   lev e r ag es  th e  v a r ian ce   co n tr o l  o f   R F  an d   th e  b ias  co r r ec tio n   s tr en g t h   o f   GB T ,   r esu ltin g   in   s u p er io r   g en er aliza tio n   an d   f au lt   d is cr im in atio n .   T h e  s tan d alo n e  R F  m o d el  f o llo ws  with   8 1 . 4 %  ac cu r ac y ,   8 1 . 5 3 %  F1 - s co r e,   an d   a  C o h e n ’ s   k ap p a   o f   7 2 . 7 %.  T h ese  r esu lts   r ef lect  a   r o b u s t  a n d   s tab le   class if ier   th at  h an d les  n o is y   a n d   v ar iab le  d ata  well,   m ak in g   it a   s o lid   o p tio n   w h en   m o d el  s im p licity   o r   i n ter p r eta b ilit y   is   r eq u ir ed .   T h e  GB T   p er f o r m   m o d er ately ,   with   7 7 . 3 %  ac cu r ac y ,   7 7 . 1 6 %  F1 - s co r e,   an d   6 8 . 7 %  o n   C o h en ’ s   k ap p a.   W h ile  ef f ec tiv e,   th e  m o d el  f alls   s h o r t  o f   R F  in   b o th   p r ec is io n   a n d   r eliab ilit y ,   p o s s ib ly   d u e  t o   o v er f itti n g   o r   s en s itiv ity   to   s p ec if ic  d ata  p atter n s .   T h e  SVM  m o d el  d eliv er s   th e  wea k est r e s u lts ,   with   ac cu r ac y   lim ited   to   5 6 . 1 5 %,  F1 - s co r e   at  5 4 . 2 4 %,  an d   a  lo w  C o h en ’ s   k ap p a  o f   3 4 . 3 %.  T h is   h ig h lig h ts   its   p o o r   alig n m en t  with   ac tu al  f au lt  class es  an d   s u g g ests   lim ited   s u ita b ilit y   f o r   DGA - b ased   tr an s f o r m er   d iag n o s tics   in   its   cu r r en t c o n f ig u r atio n .           Fig u r e  6 .   C o m p a r is o n   o f   p r ec i s io n ,   r ec all,   F - m ea s u r e,   ac c u r a cy ,   an d   C o h en   s co r es f o r   ea ch   class if ier       3 . 2 .     Co m pa riso n o f   perf o rma nce  ba s ed  o n da t a   t ra ns f o r m a t io ns   ( n o r m a liza t io n)   T o   b etter   is o late  th e   im p ac t  o f   p r ep r o ce s s in g   m eth o d s   o n   th e   m o s t  co n s is ten t  class if ier s ,   th e  an aly s is   f o cu s ed   s o lely   o n   R F,  GB T ,   a n d   th eir   h y b r id   en s em b le   ( R F - GB T ) ,   ex clu d i n g   SVM  d u e   to   its   in s tab ilit y   ( s ee   F ig u r e  7 ) .  B ased   o n   a v er ag e  p er f o r m an ce   ac r o s s   th ese  m o d els,  lo g ar ith m ic  tr an s f o r m atio n   y ield ed   t h e  b est   o v er all  r esu lts ,   with   an   av er a g e  ac cu r ac y   o f   8 4 . 4 %,  F1 - s co r e   o f   8 4 . 3 %,  an d   C o h e n ’ s   k ap p a   o f   8 0 %.  I t  clea r l y   im p r o v es th e  lear n in g   p r o ce s s   b y   r ed u cin g   s k ewn ess   an d   s tab ilizin g   f ea tu r e  d is tr ib u tio n s .           Fig u r e  7 .   C o m p a r is o n   o f   av er a g e  p er f o r m an ce s   ac c o r d in g   to   d ata  tr an s f o r m atio n   tech n i q u e s       Sq u ar e  r o o t  tr an s f o r m atio n   p r o d u ce d   alm o s t  id en tical  r esu lts   ( ac cu r ac y :  8 4 . 3 %,  F1 - s co r e:   8 4 . 1 8 %,   k ap p a:  8 0 . 2 %),   co n f ir m i n g   its   s u itab ilit y   f o r   th is   class if icati o n   task .   T h e  n eg lig ib le  d if f er en ce   s u g g ests   b o th   tr an s f o r m atio n s   ar e  ef f ec tiv e ,   with   s q u ar e  r o o t  o f f e r in g   s lig h tly   b etter   ag r ee m en t  with   tr u e  lab els.   Min - m ax   n o r m aliza tio n   led   to   a  m o d est   im p r o v em en t   o v e r   r aw   d ata,   with   ac cu r ac y   in cr ea s in g   f r o m   8 2 . 5 %  to   8 3 . 5 %,  an d   F1 - s co r e   f r o m   8 2 . 4 5 %  to   8 3 . 4 8 %.   Ho wev er ,   th e  im p ac t   o n   C o h en ’ s   k ap p a   r em ain s   li m ited   ( f r o m   7 3 . 1 %   to   7 3 . 8 %),   i n d icatin g   m in o r   in f lu en ce   o n   lab el  co n s is ten cy .   Ov er all,   th e  f in d in g s   s u p p o r t  th e  u s e  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Tr a n s fo r mer fa u lt d ia g n o s is   u s in g   d is s o lved   g a s   a n a lysi s :   a   h yb r id   en s emb le   …   ( F a tima   Z o h r a   B o u d jella )   1789   lo g ar ith m ic  o r   s q u ar e   r o o t  tr a n s f o r m atio n   as  th e   m o s t   ef f ec tiv e  p r e p r o ce s s in g   s tr ateg ies,   wh ile  r aw  a n d   m in - m ax   s ca led   d ata  r em ai n   ac ce p t ab le  b u t le s s   o p tim al.     3 . 3 .     Abla t io n  s t ud y :   im pa c t   o f   DG A  r a t io s   T o   ev alu ate   th e  c o n tr ib u tio n   o f   d if f er e n t  f ea t u r es  d er i v e d   f r o m   DGA,   a n   a b latio n   s tu d y   was  co n d u cte d .   T h e   o b jectiv e  wa s   to   an aly ze   h o w  v ar io u s   c o m b in atio n s   o f   g as  r ati o s   in f l u en ce   th e   d iag n o s tic   p er f o r m an ce   o f   t h e  p r o p o s ed   m o d el.   T h e  r esu lts   o f   th is   a n aly s is   ar e  s u m m ar ized   in   T a b le  5   an d   ar e   d is cu s s ed   in   d etail  to   h ig h lig h t  th e  c o n tr ib u tio n   o f   ea c h   f ea tu r e  c o m b in atio n .   Fo r   th is   ex p e r im en t ,   th e  f u s io n   m o d el  co m b in in g   GB T   an d   R F   was u s ed ,   as it   ac h iev ed   th e  b est o v er all  p er f o r m a n ce   in   th e  p r ev i o u s   ex p er im en ts .   I n   ad d itio n ,   lo g ar ith m ic   n o r m ali za tio n   was  ap p lied   to   th e  in p u t  d ata  s in ce   it  p r o v id ed   th e  m o s t  ef f ec tiv e  r esu lts   co m p ar ed   with   o th er   n o r m aliza tio n   tech n iq u es.  Fo u r   f ea tu r e  co n f ig u r atio n s   b ased   o n   d if f er en t  co m b i n atio n s   o f   DGA  r atio s   wer e  in v esti g at ed   to   ev alu ate  t h eir   im p ac t  o n   th e  d iag n o s tic  m o d el  p er f o r m a n ce .   T h e  r esu lts   s h o w  th at  u s in g   o n ly   th e  C H₄/H₂   r atio   p r o v id es  a  m o d er ate  b aselin e  p er f o r m an c e  with   an   ac cu r ac y   o f   8 5 . 4 %.  As  s h o wn   in   T ab le  5 ,   th is   r atio   ca p tu r es  ess en tia l  in f o r m atio n   r elate d   to   th er m al  f au lts ,   b u t  r em ain s   in s u f f icien t  to   f u ll y   d is cr im in ate  b etwe en   d if f er e n t  f au lt  ty p es.  Ho wev er ,   th e  c o m b in atio n   o f   two   r atio s   s lig h tly   d ec r ea s es  th e  p er f o r m a n ce ,   in d icatin g   th at  th es e  two   f ea tu r es  alo n e  ar e  n o t  s u f f icien t  to   ca p tu r e  th e  co m p lex ity   o f   tr an s f o r m er   f a u lt  p atter n s .   T h is   d e cr ea s e  s u g g ests   p o s s ib le  r e d u n d a n cy   o r   wea k   co m p lem en tar ity   b etwe en   th e  s elec ted   r atio s ,   wh ich   m a y   in tr o d u ce   n o is e  r ath e r   th a n   im p r o v in g   class   s ep ar ab ilit y .  A  s ig n if ican t  im p r o v em en t  is   o b s er v ed   wh e n   th r ee   r atio s   ar e  u s ed ,   wh er e  th e  ac cu r ac y   in cr ea s es  to   9 4 . 6 %  an d   C o h en ’ s   k ap p a   r ea ch es  9 1 . 9 %,  d em o n s tr atin g   th at  th e  a d d itio n al  r atio   co n tr ib u tes  m ea n in g f u l  d iag n o s tic  in f o r m atio n .   Acc o r d in g   to   T ab le  5 ,   th is   co n f i g u r atio n   p r o v id es  a  b etter   b alan c e  b etwe en   f ea tu r e   d iv er s ity   an d   d is cr im in ativ e  p o wer ,   en ab lin g   th e  m o d el  to   c ap tu r e  m o r e  co m p lex   f a u lt si g n atu r es.  T h e  h ig h est  p er f o r m an ce   is   ac h ie v ed   with   f o u r   r atio s ,   r ea c h in g   an   ac c u r ac y   o f   9 4 . 9 3 %  a n d   a  C o h en ’ s   k ap p a  o f   9 2 . 3 7 %.  T h is   r esu lt,  clea r ly   h ig h lig h ted   in   T a b le  5 ,   co n f ir m s   th at   co m b in i n g   m u ltip le  co m p le m en tar y   g as  r atio s   s ig n if ican tly   en h an ce s   th e  m o d el’ s   ab ilit y   to   d is tin g u is h   b e twee n   f au lt  ty p es.  Fro m   a  p r ac tical  p er s p ec tiv e,   th ese  f in d in g s   in d icate   th at  r ely in g   o n   a  s in g le  o r   lim ited   n u m b er   o f   g as  r atio s   m ay   l ea d   to   in co m p lete   d iag n o s is ,   wh ile  in co r p o r atin g   m u ltip le  r atio s   im p r o v es  r o b u s tn ess   an d   r eliab ilit y   in   r ea l - wo r ld   tr an s f o r m e r   m o n ito r in g   s y s tem s .   T h is   co n f ir m s   th at  in co r p o r atin g   m u lti p le  DGA  r atio s   en h an ce s   th e  m o d el’ s   ab ilit y   to   ca p tu r e  r elev a n t f au lt c h ar ac te r is tics   an d   im p r o v es th e  r eliab ilit y   o f   tr an s f o r m er   f a u lt d iag n o s is .       T ab le  5 .   Ab latio n   s tu d y   r esu lts   f o r   d if f e r en t c o m b in atio n s   o f   DGA   r atio s   F e a t u r e s   A c c u r a c y   ( %)   P r e c i s i o n   ( %)   R e c a l l   ( %)   F - mesu r e   ( %)   C o h e n ’ s   k a p p a   ( %)   C H 4 / H 2   85 . 4   86 . 13   86 . 26   85 . 4   78 . 2   C H 4 / H 2 , C 2 H 2 / C 2 H 4   83 . 1   82 . 5   83 . 63   82 . 66   74 . 5   C H 4 / H 2 , C 2 H 2 / C 2 H 4 ,   C 2 H 4 / C 2 H 6   94 . 6   94 . 2   95 . 16   94 . 4   91 . 9   C H 4 / H 2 ,   C 2 H 2 / C 2 H 4 ,   C 2 H 4 / C 2 H 6 ,   C 2 H 2 / C H 4   94 . 93   94 . 88   94 . 8   94 . 81   92 . 37       3 . 4 .     Co mp a ra t iv e  ev a lua t io n wit h t ra ditio na l  DG A   inte r pr et a t io n met ho ds   T o   ass es s   th e  r elev an ce   o f   th e  p r o p o s ed   h y b r id   m o d el,   a  d ir ec t  co m p ar is o n   was  ca r r ied   o u t  with   th e  m o s t  co m m o n ly   u s ed   tr a d itio n al  DGA  in ter p r etatio n   m eth o d s :  th e  Du v al   T r ian g le,   th e   R o g er s   R atio   Me th o d ,   an d   th e   I E C   6 0 5 9 9   r atio   m eth o d .   T h e   d ef ec t   s u b ca teg o r ies we r e  g r o u p e d   as f o llo ws:   ( T 1   +  T 2   +  T 3   →   T )   an d   ( PD  +  D1   +  D2   →  E ) .   T h e  co m p ar ativ e  r esu lts   p r esen ted   in   T ab le  6   s h o w  th at  co n v en tio n al  ap p r o ac h es  ac h iev e  ac cu r ac ies  b etwe en   8 2 %  an d   8 6 %,  wh ile  th e   p r o p o s ed   h y b r id   R F – GB T   m o d el  r ea ch es  9 4 . 9 3 %   o v er all  ac cu r ac y   an d   9 2 . 3 7 %  C o h en ’ s   k ap p a .   As illu s tr ated   in   T ab le  6 ,   th e   p er f o r m an ce   g a p   clea r ly   h ig h lig h ts   th e  lim itatio n s   o f   tr ad itio n al  r atio - b ased   m eth o d s   wh en   d ea lin g   with   co m p lex   o r   b o r d er li n e  f au lt  c o n d itio n s .   T h ese  s u p er io r   p er f o r m an ce s   ca n   b e  ex p lain e d   b y   t h e  ab ilit y   o f   en s em b le  m o d els  to   ca p tu r e  n o n lin ea r   an d   cr o s s - d ep en d e n cies  b etwe en   d is s o lv ed   g ases ,   wh ich   r atio - b ased   m eth o d s   ca n n o t  r ep r esen t.  I n   co n tr ast,   co n v en tio n al  m eth o d s   r ely   o n   f ix ed   th r esh o ld   r u les  an d   p r e d ef in ed   zo n es,  wh ich   lim its   th eir   f lex ib ilit y   an d   lead s   to   am b ig u ity   wh e n   g as  r atio s   f all  n ea r   d ec is io n   b o u n d ar ies.  Ho wev er ,   it  is   im p o r tan t  to   em p h asize  th at   tr ad itio n al  m eth o d s   r em ain   r o b u s t,  in ter p r etab le,   a n d   s ta n d ar d ized ,   wh er ea s   AI - b ased   m o d els  r e q u ir e  a   ca r ef u lly   ca lib r ate d   an d   v alid a ted   d ataset  to   en s u r e  r eliab le  i n d u s tr ial  ap p licatio n .       T ab le  6 .   C o m p ar is o n   o f   t h e  p e r f o r m a n ce   o f   th e  p r o p o s ed   h y b r id   R F – GB T   m o d el  with   co n v en tio n al  m eth o d s   M e t h o d   A c c u r a c y   ( %)   F1 - S c o r e   ( %)   C o h e n ’ s   k a p p a   ( %)   D u v a l   t r i a n g l e   [ 1 9 ] - [ 2 1 ]   8 2 . 4 1   8 0 . 3 5   7 6 . 5 0   R o g e r s  r a t i o s   [ 2 2 ] ,   [ 23]   8 4 . 7 2   8 3 . 0 0   7 8 . 9 0   I EC   6 0 5 9 9   r a t i o s   [ 2 4 ] ,  [ 2 5 ]   8 6 . 1 1   8 5 . 0 2   8 1 . 2 0   P r o p o se d   ( R F – G B T)   9 4 . 9 3   9 4 . 8 1   9 2 . 3 7       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.