基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法，其將離散小波變換方法應(yīng)用到變壓器繞組形變頻率響應(yīng)分析診斷中。本發(fā)明利用離散小波變換對(duì)頻率響應(yīng)分析獲取的實(shí)測(cè)波形與參考波形在多個(gè)層次上進(jìn)行分解處理，然后利用處理后的平滑數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)相應(yīng)判據(jù)診斷變壓器繞組的形變程度。該種診斷模式能夠有效減小由頻率響應(yīng)測(cè)量時(shí)的白噪聲干擾和某些局部的相對(duì)較強(qiáng)的干擾點(diǎn)而導(dǎo)致傳統(tǒng)診斷模式的誤差，可以準(zhǔn)確診斷變壓器繞組形變程度，為變壓器故障類型和故障發(fā)展趨勢(shì)的估計(jì)提供新的判斷方法。
【專利說(shuō)明】基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓器繞組形變?cè)\斷領(lǐng)域，具體是一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司的不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)在2002年至2006年這五年期間，電壓等級(jí)在IlOkv及以上的變壓器發(fā)生事故的共有162臺(tái)次，這已成為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行所面臨的嚴(yán)峻問題。尤其是主變壓器與發(fā)電機(jī)直接相連時(shí)，它的受損將迫使發(fā)電機(jī)停止發(fā)電，大型電力變壓器在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)發(fā)生事故，可能導(dǎo)致大面積停電，線圈受損后的維修是很困難，其檢修期一般要半年以上，花費(fèi)很大，影響面很廣，嚴(yán)重地影響著電力系統(tǒng)的安全、可靠的運(yùn)行。
[0003]目前，已有的檢測(cè)變壓器繞組形變的方法包括:短路阻抗法、振動(dòng)信號(hào)分析法、頻率響應(yīng)分析法。短路阻抗法是判斷繞組故障的傳統(tǒng)方法，具有耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，但靈敏度不高；振動(dòng)信號(hào)分析法是根據(jù)油箱上的振動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷變壓器的狀態(tài)，不能全面反映繞組短路故障，受外界的影響因素較多；頻率響應(yīng)分析法是一種在較寬的頻帶上測(cè)量分析繞組的頻率響應(yīng)特性，判斷繞組狀態(tài)的方法，具有靈敏度高、接線簡(jiǎn)單、頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用到變壓器繞組形變檢測(cè)中。
[0004]然而，進(jìn)一步的研究表明，頻率響應(yīng)分析法仍然存在以下的缺陷或不足:存在容易受背景噪聲的干擾、低頻分辨率較低、激勵(lì)源能量局限等問題。在頻率響應(yīng)分析法的變壓器繞組形變?cè)\斷中，主要依靠比較實(shí)測(cè)頻率響應(yīng)曲線和參考波形的差異程度，因而信號(hào)的處理及特征參數(shù)的提取是至關(guān)重要的。實(shí)測(cè)信號(hào)的干擾主要包含兩類:一類為白噪聲，信號(hào)幅值較低，但一直貫穿整個(gè)測(cè)量；二類為某些局部的相對(duì)較強(qiáng)的干擾點(diǎn)。要更為準(zhǔn)確地反映繞組形變，需要有效剔除干擾信號(hào)的影響。因此，在相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】中亟需尋找更為完善的變壓器繞組形變?cè)\斷方法，以便解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法，能夠有效減小由頻率響應(yīng)測(cè)量時(shí)的白噪聲干擾和某些局部的相對(duì)較強(qiáng)的干擾點(diǎn)而導(dǎo)致傳統(tǒng)診斷模式的誤差，可以準(zhǔn)確診斷變壓器繞組形變程度，為變壓器故障類型和故障發(fā)展趨勢(shì)的估計(jì)提供新的判斷方法。
[0006]一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007]步驟一:對(duì)變壓器的低壓繞組端施加不同頻率的正弦波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，采集變壓器的頻率響應(yīng)信號(hào)，將頻率響應(yīng)信號(hào)除以激勵(lì)信號(hào)獲取變壓器頻率響應(yīng)實(shí)測(cè)波形，實(shí)測(cè)波形和參考波形的頻率范圍為ΙΗζ-ΙΜΗζ ；
[0008]步驟二:分別對(duì)實(shí)測(cè)波形和參考波形進(jìn)行多層離散小波變換，實(shí)現(xiàn)去噪和波形的平滑化；
[0009]步驟三:由高向低逐層對(duì)比分析平滑處理后實(shí)測(cè)波形和參考波形的數(shù)據(jù)差異:從1Hz開始向高頻率范圍檢測(cè)最高等層平滑處理的實(shí)測(cè)波形和參考波形檢的數(shù)據(jù)差異，當(dāng)所述數(shù)據(jù)差異超過某一閾值時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)該差異點(diǎn)的頻率作為異常頻率點(diǎn)，同時(shí)將該異常頻率點(diǎn)作為下一層平滑處理的實(shí)測(cè)波形和參考波形比較的頻率起始點(diǎn)，若上一層平滑處理未發(fā)現(xiàn)異常頻率點(diǎn)，則下一層平滑處理比較從1Hz開始，直到第一層平滑處理差異檢測(cè)完成；
[0010]步驟四:將步驟三中鄰近兩層平滑處理后的實(shí)測(cè)波形和參考波形對(duì)比獲得的兩個(gè)異常頻率點(diǎn)包含的頻段作為異常頻率帶，對(duì)異常頻率帶內(nèi)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行基于最小-最大值之比MM和相關(guān)系數(shù)CC的數(shù)學(xué)指標(biāo)比較，用以定量分析平滑處理后實(shí)測(cè)波形和參考波形對(duì)比得到的異常頻率帶的數(shù)據(jù)差異，進(jìn)行故障的補(bǔ)充診斷，最小-最大值之比麗和相關(guān)系數(shù)CC的表達(dá)式為
l^Min(W，W)
[0011]= -

2Max(W，h/l)


i=l


η
[0012]=卜廣1 ”

V 1=1 ?=1
[0013]其中，yl, y2分別為平滑處理后的實(shí)測(cè)波形和參考波形，η為數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；
[0014]步驟五:根據(jù)基于數(shù)學(xué)指標(biāo)的補(bǔ)充診斷判據(jù)，當(dāng)最小-最大值之比ΜΜ和相關(guān)系數(shù)CC都滿足一定條件時(shí)，確定故障類型及嚴(yán)重程度。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟四具體為:當(dāng)ΜΜ〈0.9且CC〈0.96時(shí)，認(rèn)為存在明顯繞組形變；當(dāng)0.9<MM<0.96且0.96〈CC〈0.98時(shí)，可能存在輕微形變；當(dāng)ΜΜ>0.96且CC>0.98時(shí)，無(wú)繞組形變。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、通過多層離散小波變化對(duì)頻率響應(yīng)分析法的測(cè)量曲線進(jìn)行平滑處理，能夠同時(shí)濾除白噪聲和局部的強(qiáng)干擾，保留原始信號(hào)的特點(diǎn)，提高了與參考信號(hào)對(duì)比診斷的精度、可靠性；
[0018]2、通過對(duì)多層離散小波變換的實(shí)測(cè)波形和參考波形進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出出現(xiàn)異常頻帶的范圍，較傳統(tǒng)的固定頻帶劃分具有更高的診斷精度；
[0019]3、通過對(duì)包含異常的頻率段進(jìn)行基于數(shù)學(xué)指標(biāo)的補(bǔ)充診斷，在檢測(cè)頻率響應(yīng)曲線差異的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步判斷頻率響應(yīng)對(duì)比分析異常與實(shí)際繞組形變的關(guān)聯(lián)性，提高了判斷的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明所構(gòu)建的變壓器繞組形變?cè)\斷系統(tǒng)框圖；
[0021]圖2是本發(fā)明基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法的流程示意圖。
[0022]圖中:1 一寬頻激勵(lì)信號(hào)源，2—信號(hào)輸入匹配電阻，3—信號(hào)輸入電纜，4一變壓器，5一信號(hào)輸出電纜，6—信號(hào)輸出匹配電阻,7一高精度不波器,8—上位機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]圖1是按照本發(fā)明所構(gòu)建的變壓器繞組形變?cè)\斷系統(tǒng)框圖。如圖1中所示，該變壓器繞組形變?cè)\斷系統(tǒng)主要包括寬頻激勵(lì)信號(hào)源1、信號(hào)輸入匹配電阻2、信號(hào)輸入電纜3、變壓器4、信號(hào)輸出電纜5、信號(hào)輸出匹配電阻6、高精度不波器7及上位機(jī)8。本實(shí)施例中，寬頻激勵(lì)信號(hào)源采用FRAX-101，其輸出信號(hào)幅值為5V，頻率范圍為ΙΗζ-ΙΟΜΗζ。用信號(hào)輸入電纜3將寬頻激勵(lì)信號(hào)源I與變壓器4的低壓繞組端X相連，并對(duì)該端施以不同頻率的正弦波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，利用信號(hào)輸出電纜5將激勵(lì)信號(hào)送入高精度示波器7，通過同軸屏蔽線將變壓器4的響應(yīng)端X與輸出信號(hào)匹配電阻6、高精度示波器7相連，將高壓繞組的響應(yīng)信號(hào)送入高精度示波器7。本實(shí)施例中，所示變壓器4為DYn型變壓器的A相繞組測(cè)試接線，高精度示波器7采用Tektronix TDS3052C，其帶寬為500MHz，采樣頻率為5GS/s。本發(fā)明所述上位機(jī)8中的診斷系統(tǒng)軟件部分采用Matlab平臺(tái)開發(fā)，具有數(shù)據(jù)提取、分析與管理功能，能夠自動(dòng)顯示異常頻帶、處理進(jìn)度、處理圖形輸出、結(jié)果輸出等功能。該系統(tǒng)滿足了變壓器繞組形變?cè)\斷精確測(cè)量、狀態(tài)評(píng)估等要求。
[0025]參見圖1、圖2，利用網(wǎng)絡(luò)通信，將高精度示波器7采集的激勵(lì)信號(hào)與頻率響應(yīng)信號(hào)的數(shù)據(jù)文件上傳到上位機(jī)8。參考波形的數(shù)據(jù)文件已事先保存在上位機(jī)8中。首先通過頻率響應(yīng)信號(hào)除以激勵(lì)信號(hào)獲取變壓器頻率響應(yīng)實(shí)測(cè)波形，實(shí)測(cè)波形和參考波形的頻率范圍為ΙΗζ-ΙΜΗζ。將實(shí)測(cè)波形與參考波形進(jìn)行多層離散小波變換，本實(shí)施案例中，最高進(jìn)行7層的離散小波變換。先比較第7層平滑處理的實(shí)測(cè)波形和參考波形L7，任何一個(gè)異常代表一個(gè)繞組形變。從IHz開始向高頻率范圍檢測(cè)差異，當(dāng)檢測(cè)的第7層平滑處理的實(shí)測(cè)波形和參考波形檢的數(shù)據(jù)差異超過1.5dB時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)該差異點(diǎn)的頻率作為異常頻率點(diǎn)，同時(shí)作為第6層平滑處理波形比較的頻率起始點(diǎn)。若無(wú)差異，則第6層平滑處理比較從IHz開始，直到第I層平滑處理差異檢測(cè)完成。
[0026]對(duì)于鄰近兩層平滑處理后的實(shí)測(cè)波形和參考波形對(duì)比獲得的兩個(gè)異常頻率點(diǎn)包含的頻段作為異常頻率帶。利用最小-最大值之比MM和相關(guān)系數(shù)CC對(duì)異常頻率帶內(nèi)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行基于數(shù)學(xué)指標(biāo)的補(bǔ)充診斷，最小-最大值之比MM和相關(guān)系數(shù)CC的表達(dá)式為

藝Min(|凡丨機(jī)I)
[0027]MMO1，J72 ) = jV-

藝 Max(| 凡.|，卜2/|)


i=l


η

Yjyuyu
[0028]CC(J1^2)=卜1 ”

、1>ι,2?Χ2

V Z=I /=1
[0029]其中，71，72分別為平滑處理后的試驗(yàn)曲線和參考波形，η為數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。本實(shí)施案例中，當(dāng)ΜΜ〈0.9且CC〈0.96時(shí)，認(rèn)為存在明顯繞組形變；當(dāng)0.9<MM<0.96且0.96〈CC〈0.98時(shí)，可能存在輕微形變；當(dāng)ΜΜ>0.96且CC>0.98時(shí)，無(wú)繞組形變。
[0030]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:對(duì)變壓器的低壓繞組端施加不同頻率的正弦波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，采集變壓器的頻率響應(yīng)信號(hào)，將頻率響應(yīng)信號(hào)除以激勵(lì)信號(hào)獲取變壓器頻率響應(yīng)實(shí)測(cè)波形，實(shí)測(cè)波形和參考波形的頻率范圍為ΙΗζ-ΙΜΗζ ； 步驟二:分別對(duì)實(shí)測(cè)波形和參考波形進(jìn)行多層離散小波變換，實(shí)現(xiàn)去噪和波形的平滑化； 步驟三:由高向低逐層對(duì)比分析平滑處理后實(shí)測(cè)波形和參考波形的數(shù)據(jù)差異:從IHz開始向高頻率范圍檢測(cè)最高等層平滑處理的實(shí)測(cè)波形和參考波形檢的數(shù)據(jù)差異，當(dāng)所述數(shù)據(jù)差異超過某一閾值時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)該差異點(diǎn)的頻率作為異常頻率點(diǎn)，同時(shí)將該異常頻率點(diǎn)作為下一層平滑處理的實(shí)測(cè)波形和參考波形比較的頻率起始點(diǎn)，若上一層平滑處理未發(fā)現(xiàn)異常頻率點(diǎn)，則下一層平滑處理比較從IHz開始，直到第一層平滑處理差異檢測(cè)完成；步驟四:將步驟三中鄰近兩層平滑處理后的實(shí)測(cè)波形和參考波形對(duì)比獲得的兩個(gè)異常頻率點(diǎn)包含的頻段作為異常頻率帶，對(duì)異常頻率帶內(nèi)的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行基于最小-最大值之比麗和相關(guān)系數(shù)CC的數(shù)學(xué)指標(biāo)比較，用以定量分析平滑處理后實(shí)測(cè)波形和參考波形對(duì)比得到的異常頻率帶的數(shù)據(jù)差異，進(jìn)行故障的補(bǔ)充診斷，最小-最大值之比MM和相關(guān)系數(shù)CC的表達(dá)式為

ZMin(|j1;.|,|y2i|) MMiy^y2) = -
EMax(W，W)

i=l


η CC(J1^2)= η
I ηη
V ?=ι /=ι 其中，yl, y2分別為平滑處理后的實(shí)測(cè)波形和參考波形，η為數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)； 步驟五:根據(jù)基于數(shù)學(xué)指標(biāo)的補(bǔ)充診斷判據(jù)，當(dāng)最小-最大值之比MM和相關(guān)系數(shù)CC都滿足一定條件時(shí)，確定故障類型及嚴(yán)重程度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于離散小波變換的變壓器繞組形變?cè)\斷方法，其特征在于所述步驟五具體為:當(dāng)ΜΜ〈0.9且CC〈0.96時(shí)，認(rèn)為存在明顯繞組形變；當(dāng)0.9<MM<0.96且.0.96〈CC〈0.98時(shí)，可能存在輕微形變；當(dāng)ΜΜ>0.96且CC>0.98時(shí)，無(wú)繞組形變。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104237713SQ201410553592
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】魯非, 阮羚, 羅維, 沈煜, 金雷, 馮天佑, 周凱 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院