專利名稱：一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法
技術領域：
本發(fā)明屬于信號檢測分析技術領域，具體涉及一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法。
背景技術：
大型電力變壓器是電網(wǎng)中重要的節(jié)點，大型電力變壓器的安全運行對于電網(wǎng)的可靠運行非常重要。采用振動分析法在線監(jiān)控變壓器的運行狀態(tài)是近年來的一個研究熱點， 其要點是通過分析電力變壓器的油箱表面振動信號來檢測變壓器是否發(fā)生異?；蚬收稀Ｗ儔浩靼l(fā)生異常振動和噪聲時，振動會顯著增加。變壓器的強振動會影響變壓器的安全運行， 使變壓器的繞組和鐵芯等部分發(fā)生故障，同時也對周邊環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。因此，查找變壓器異常振動和噪聲的原因有助于“對癥下藥”，及時采取措施維護變壓器的安全穩(wěn)定運行。直流偏磁是中性點接地電力變壓器經(jīng)常發(fā)生的一種異常情況，運行中變壓器出現(xiàn)直流偏磁時產(chǎn)生的振動和噪聲遠高于變壓器正常運行時產(chǎn)生的振動和噪聲。直流偏磁的本質(zhì)是變壓器鐵芯內(nèi)的磁通由于中性點直流電流的作用下出現(xiàn)直流偏置使得鐵芯內(nèi)磁通極大值明顯增加，并激發(fā)出鐵芯的強振動。出現(xiàn)直流偏磁時，繞組內(nèi)的勵磁電流也會顯著增加，使得繞組振動增加。由于運行變壓器的異常振動還包括過變壓器過勵磁過程、繞組和鐵芯松動變形等各種機械結(jié)構故障狀況，從變壓器強振動信號中準確區(qū)分直流偏磁引起的振動是必要的。目前對電力變壓器的偏磁研究基本上集中在相關的電參數(shù)分析上，但僅從電參數(shù)上分析變壓器的異常振動和噪聲有局限性?，F(xiàn)有偏磁判別方法一般是從中性點電流是否出現(xiàn)直流分量進行判別，但電氣參數(shù)和變壓器結(jié)構關聯(lián)性小，電參數(shù)和電力變壓器的振動沒有明確的函數(shù)關系，僅從中性點電流判別不能提供偏磁對變壓器結(jié)構是否造成影響。此外，電力變壓器現(xiàn)場進行電氣測量較為困難且會對變壓器運行造成一定影響，比如中性點電流的測量由于中性點接地桿的固定方式(固定在水泥墻或桿上)往往不易進行測量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術所存在的上述技術缺陷，本發(fā)明提供了一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，能夠判別電力變壓器的異常強振動是否由直流偏磁引起以及偏磁的嚴重程度。一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，包括如下步驟(1)采樣獲取電力變壓器油箱表面的振動信號，并對所述的振動信號進行歸一化處理；(2)將歸一化后的振動信號通過延時嵌入至m維空間中，得到m維的空間振動信號，進而構建空間振動信號的數(shù)字符號序列；(3)根據(jù)所述的數(shù)字符號序列建立對應的直方圖，進而根據(jù)所述的直方圖構建對應的特征函數(shù)；
(4)根據(jù)所述的特征函數(shù)，判別電力變壓器中是否存在直流偏磁；若存在直流偏磁，則根據(jù)所述的歸一化后的振動信號確定直流偏磁的程度等級。所述的m維的空間振動信號由η個元素組成，每個元素由m個采樣點構成，空間振動信號中的元素表達式如下Xs ⑴={χ ⑴，X (i+u)，χ (i+2u)，· · ·，χ [i+ (m_l) u]}(1)其中Xs(i)為空間振動信號中的第i元素，η為振動信號中的采樣點個數(shù)，di)為歸一化后的振動信號中第i采樣點的加速度值，u為延時點數(shù)且為實際經(jīng)驗值。所述的步驟O)中，通過以下公式構建空間振動信號的數(shù)字符號序列；R(x) = Θ[ε-| | xs (i)-xs (i+τ ) | |](2)其中R(t)為數(shù)字符號序列，Θ為Heaviside函數(shù)，xs(i)為空間振動信號中的第i元素，ε為距離閾值且為實際經(jīng)驗值，τ為延時點數(shù)。所述的步驟(3)中，根據(jù)直方圖通過以下公式構建對應的特征函數(shù)；
剛⑴其中L(T)為特征函數(shù)，PT(k)為數(shù)字符號序列中由連續(xù)k個1構成的數(shù)組的個數(shù)，η為振動信號中的采樣點個數(shù)，τ為延時點數(shù)，min為最小組合系數(shù)且為實際經(jīng)驗值。所述的步驟中，判別電力變壓器中是否存在直流偏磁的方法為1)根據(jù)公式τ = f/F，計算確定τ ；其中，f為振動信號的采樣頻率，F(xiàn)為延時頻率且為實際經(jīng)驗值，τ為延時點數(shù)；2)將τ、τ -1和τ +1分別代入特征函數(shù)中，求取對應的三個特征值，并對三個特征值求平均，若特征均值小于判別閾值，則表明電力變壓器中存在直流偏磁。所述的步驟中，根據(jù)歸一化后的振動信號確定直流偏磁的程度等級的方法為先對歸一化后的振動信號進行高通濾波得到濾波振動信號，然后通過以下公式求解出
直流偏磁的程度值，進而根據(jù)所述的程度值確定直流偏磁的程度等級； _ ⑷B =^EiL1BO)(5)其中X(i)為歸一化后的振動信號中第i采樣點的加速度值，^⑴為濾波振動信號中第i采樣點的加速度值，η為振動信號中的采樣點個數(shù)，B為直流偏磁的程度值。本發(fā)明能夠判別電力變壓器的異常強振動是否由直流偏磁引起以及偏磁的嚴重程度，無需與變壓器進行電氣連接，故對變壓器的運行無干擾影響；將本發(fā)明方法編制成軟件程序后操作直觀簡單，對操作人員無特殊要求，稍加培訓即可操作；同時本發(fā)明方法判別準確率高，易實施推廣，實施成本低，可應用于電力變壓器的在線檢測以及在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。


圖1為本發(fā)明的步驟流程示意圖。圖2為采用本發(fā)明方法的現(xiàn)場實施診斷示意圖。圖3為電力變壓器兩個測點的振動信號在一次偏磁過程中的特征均值隨時間變化的趨勢圖。圖4為截止頻率為700Hz的200階FIR高通濾波器的幅頻響應圖。圖5為電力變壓器四個測點的振動信號在一次偏磁過程中的B值隨時間變化的趨勢圖。圖6(a)為電力變壓器嚴重偏磁時某測點經(jīng)歸一化后的振動信號的波形圖。圖6(b)為圖6(a)的振動信號經(jīng)濾波后的濾波振動信號的波形圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明的判別方法進行詳細說明。如圖1所示，一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，包括如下步驟(1)采樣獲取電力變壓器油箱表面的振動信號，并對振動信號進行歸一化處理。如圖2所示，本實施方式利用壓電加速度振動傳感器2安裝在負載運行的電力變壓器1油箱表面(固定位置盡量避開油箱的焊縫、加強筋、箱壁邊緣等位置)，利用信號采集裝置3采樣電力變壓器油箱表面的振動信號，供計算機4分析診斷；采樣頻率為8000Hz，連續(xù)采樣時間為1秒，故振動信號中的采樣點個數(shù)η = 8000。(2)將歸一化后的振動信號通過延時嵌入至m維空間中，得到m維的空間振動信號；m維的空間振動信號由η個元素組成，每個元素由m個采樣點構成，空間振動信號中的元素表達式如下Xs (i) = {x (i), χ (i+u), χ (i+2u), . . . , χ [i+ (m-1) u]}(1)其中Xs(i)為空間振動信號中的第i元素，di)為歸一化后的振動信號中第i采樣點的加速度值，U為延時點數(shù)；本實施方式中U = 20，m = 3。通過以下公式構建空間振動信號的數(shù)字符號序列；R(x) = Θ[ε-| | xs (i)-xs (i+τ ) | |](2)其中R( τ )為數(shù)字符號序列，θ為Heaviside函數(shù)，ε為距離閾值，τ為延時點數(shù)；本實施方式中ε =0.25，式2中的范數(shù)計算采用2-范數(shù)計算方式。(3)根據(jù)數(shù)字符號序列建立對應的直方圖，進而根據(jù)直方圖通過以下公式構建對應的特征函數(shù)；
權利要求
1.一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，包括如下步驟(1)采樣獲取電力變壓器油箱表面的振動信號，并對所述的振動信號進行歸一化處理；(2)將歸一化后的振動信號通過延時嵌入至m維空間中，得到m維的空間振動信號，進而構建空間振動信號的數(shù)字符號序列；(3)根據(jù)所述的數(shù)字符號序列建立對應的直方圖，進而根據(jù)所述的直方圖構建對應的特征函數(shù)；(4)根據(jù)所述的特征函數(shù)，判別電力變壓器中是否存在直流偏磁；若存在直流偏磁，則根據(jù)所述的歸一化后的振動信號確定直流偏磁的程度等級。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，其特征在于所述的m維的空間振動信號由η個元素組成，每個元素由m個采樣點構成，空間振動信號中的元素表達式如下Xs (i) = {x (i)，χ (i+u)，χ (i+2u)，· · ·，χ [i+ (m-1) u]} (1)其中xs(i)為空間振動信號中的第i元素，η為振動信號中的采樣點個數(shù)，x(i)為歸一化后的振動信號中第i采樣點的加速度值，u為延時點數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，其特征在于所述的步驟O)中，通過以下公式構建空間振動信號的數(shù)字符號序列；R(t) = Θ[ε-| Xs (i)-Xs (i+τ) ](2)其中R(t)為數(shù)字符號序列，ε為距離閾值，τ為延時點數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，其特征在于所述的步驟(3)中，根據(jù)直方圖通過以下公式構建對應的特征函數(shù)；
5.根據(jù)權利要求1所述的基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，其特征在于所述的步驟中，判別電力變壓器中是否存在直流偏磁的方法為1)根據(jù)公式τ=f/F，計算確定τ ；其中，f為振動信號的采樣頻率，F(xiàn)為延時頻率，τ 為延時點數(shù)；2)將τ、τ-1和τ +1分別代入特征函數(shù)中，求取對應的三個特征值，并對三個特征值求平均，若特征均值小于判別閾值，則表明電力變壓器中存在直流偏磁。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，其特征在于所述的步驟中，根據(jù)歸一化后的振動信號確定直流偏磁的程度等級的方法為先對歸一化后的振動信號進行高通濾波得到濾波振動信號，然后通過以下公式求解出直流偏磁的程度值，進而根據(jù)所述的程度值確定直流偏磁的程度等級；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于振動分析的電力變壓器直流偏磁的判別方法，其通過采集變壓器油箱表面的振動信號，將振動信號通過延時嵌入至m維空間，以獲得對應的數(shù)字符號序列，通過序列的直方圖構建對應的特征函數(shù)，進而根據(jù)特征量來判別直流偏磁。故本發(fā)明能夠判別電力變壓器的異常強振動是否由直流偏磁引起以及偏磁的嚴重程度，無需與變壓器進行電氣連接，故對變壓器的運行無干擾影響；將本發(fā)明方法編制成軟件程序后操作直觀簡單，對操作人員無特殊要求，稍加培訓即可操作；同時本發(fā)明方法判別準確率高，易實施推廣，實施成本低，可應用于電力變壓器的在線檢測以及在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。
文檔編號G01R33/02GK102520373SQ20111043203
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權日2011年12月21日
發(fā)明者何文林, 周建平, 姚暉, 宋偉光, 張亮, 袁建勇, 郭潔, 陳祥獻, 黃海 申請人:浙江大學, 紹興電力局