技術領域：

本發(fā)明涉及一種基于振動信號分形盒維數(shù)的變壓器繞組松動狀態(tài)識別方法。

背景技術：
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長期運行的變壓器由于絕緣墊塊老化、緊固件松動、短路沖擊等可能引起變壓器繞組松動，而繞組松動將進一步降低變壓器的抗短路能力，從而導致變壓器故障，因此識別變壓器繞組狀態(tài)對變壓器穩(wěn)定運行具有重要意義?；谡駝有盘柕淖儔浩骼@組狀態(tài)診斷技術以其與系統(tǒng)無電氣連接、操作簡單等優(yōu)點得到了廣泛關注，其主要研究思路是：基于變壓器振動信號，提取與繞組狀態(tài)相關的信號特征量，根據特征量的變化規(guī)律確定變壓器繞組的狀態(tài)?，F(xiàn)有研究提出了包括振動信號基頻能量占比、能量譜分布規(guī)律以及特征頻率響應等主要特征量，這些特征量均為振動信號的頻域表征，然而基于傅里葉理論的時頻變換并不能保留時域信號的所有信息，且在提取特征量時只選取部分頻率，這導致了基于頻域提取的特征量沒有包含時域信號的完整信息，可能由于重要信息的疏漏，對特征量的準確性與通用性造成較大影響。繞組振動信號的時域波形為變壓器繞組振動的直接響應，基于時域振動信號的特征量提取對繞組的狀態(tài)反映將更加準確。研究表明，變壓器繞組松動后，其在松動狀態(tài)下振動信號的非線性特性增強，時域波形發(fā)生畸變，基于這一現(xiàn)象，提出采用振動信號時域波形的分形盒維數(shù)作為繞組狀態(tài)特征量以識別變壓器繞組的松動狀態(tài)，分形盒維數(shù)是一個幾何參數(shù)，能定量描述分析對象的非線性特性，且分形盒維數(shù)值隨著分析對象非線性增強而增大，因此依據振動信號時域波形的分形盒維數(shù)變化規(guī)律對變壓器繞組的松動狀態(tài)進行識別是可行的。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種基于振動信號分形盒維數(shù)的變壓器繞組松動狀態(tài)識別方法。

上述目的通過以下的技術方案實現(xiàn)：

(1)變壓器繞組振動信號的采集與預處理：

通過變壓器的振動信號反映其狀態(tài)。變壓器振動主要為鐵芯和繞組在運行時產生的振動，變壓器短路條件下，鐵芯振動忽略不計，在油箱表面測試得到的振動信號即為繞組振動信號。測試采用振動加速度傳感器粘貼于變壓器油箱表面，通過數(shù)據電纜與采集儀連接，采集儀記錄振動數(shù)據。

現(xiàn)場采集的繞組振動信號存在干擾，干擾主要集中在100hz以下的低頻段，且檢測變壓器振動信號評估繞組狀態(tài)時主要關注1000hz以內的振動信號，所以采用上下限頻率分別為1000hz和100hz的帶通濾波方法對信號進行預處理。

(2)計算繞組振動信號時域波形的分形盒維數(shù)

分形盒維數(shù)能定量描述分析對象的非線性和復雜程度。盒維數(shù)是指覆蓋一個信號的最小盒子數(shù)，盒子的尺度不同信號的盒維數(shù)不同，根據計算原理，一維離散信號的分形盒維數(shù)的大小介于1和2之間，信號的復雜程度越高，分形盒維數(shù)越大。盒維數(shù)的定義如式(1)所示：

式中，x是n維歐式空間rⁿ的非空有界子集，n(x，ε)表示最大直徑為ε且能覆蓋x集合的最少個數(shù)，dx為x的分形盒維數(shù)。

(3)變壓器繞組松動狀態(tài)識別

依據分形盒維數(shù)的定義知，盒維數(shù)大小隨數(shù)據樣本長度不同而不同，因此對繞組不同狀態(tài)下的振動信號進行分形盒維數(shù)計算時需保證數(shù)據樣本長度一致。首先依據分形盒維數(shù)計算原理計算變壓器正常狀態(tài)下繞組振動信號時域波形的分形盒維數(shù)，為了減小單組數(shù)據帶來的隨機誤差，取不同時段多組數(shù)據樣本進行計算，得到正常狀態(tài)下繞組振動信號分形盒維數(shù)集中區(qū)域，將狀態(tài)正常的盒維數(shù)分布區(qū)域作為基準區(qū)域。當需要判斷變壓器繞組是否處于松動狀態(tài)時，采集繞組振動信號，取多組與基準樣本長度相同的振動信號數(shù)據，計算其分形盒維數(shù)，得到分形盒維數(shù)新的集中區(qū)域，若新的集中區(qū)域與基準區(qū)域相交則說明變壓器繞組狀態(tài)正常，若與基準區(qū)域相離，則變壓器繞組處于松動狀態(tài)，需進行進一步檢修排查工作。

有益效果：

1.本發(fā)明方法直接利用繞組振動信號時域波形進行繞組松動狀態(tài)識別，利用了繞組振動信號的完整性。

2.本發(fā)明方法采用振動信號時域波形的分形盒維數(shù)作為繞組松動狀態(tài)的特征量，能清晰準確地反映變壓器繞組的松動狀態(tài)。

附圖說明：

圖1是繞組正常與松動狀態(tài)下的振動波形。

圖2是繞組松動前后振動信號分形盒維數(shù)分布，圖中橫坐標為樣本序列，縱坐標為樣本分形盒維數(shù)，點表示樣本序列對應的分形盒維數(shù)，虛線框為同一狀態(tài)下不同樣本分形盒維數(shù)集中區(qū)域。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發(fā)明的實施過程作進一步說明。

對一臺1000kva變壓器繞組松動前后的振動信號進行采集，采用上下限頻率分別為1000hz和100hz的帶通濾波方法對信號進行預處理，波形如圖1所示。

正常與松動狀態(tài)下，各選取10組數(shù)據樣本，每組數(shù)據樣本長度為1000個數(shù)據點。分別計算分形盒維數(shù)結果如圖2所示。

由圖2結果可知，繞組在正常狀態(tài)下分形盒維數(shù)集中在1.185～1.190區(qū)域，松動狀態(tài)下繞組振動信號分形盒維數(shù)集中在1.220～1.225區(qū)域，繞組在松動后振動信號時域波形分形盒維數(shù)增大，兩狀態(tài)集中區(qū)域相離，振動信號的分形盒維數(shù)能準確反映變壓器繞組的松動狀態(tài)。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明涉及一種基于振動信號分形盒維數(shù)的變壓器繞組松動狀態(tài)識別方法?；谧儔浩骼@組處于松動狀態(tài)時，其振動信號的非線性特性增強這一現(xiàn)象，提出采用振動信號時域波形的分形盒維數(shù)作為特征量，定量描述繞組振動波形的非線性特性，依據分形盒維數(shù)的變化規(guī)律對變壓器繞組的松動狀態(tài)進行識別。本發(fā)明提出的方法能夠有效識別變壓器繞組的松動狀態(tài)，該方法直接利用振動信號時域波形進行狀態(tài)特征量提取，計算簡單且保證了振動信號的完整性。

技術研發(fā)人員：謝榮斌;趙莉華;豐遙;馬春雷;薛靜;張霖;李鐘萍;張麗娟;靳斌;李詩勇;申峻
受保護的技術使用者：貴州電網有限責任公司
技術研發(fā)日：2017.06.09
技術公布日：2017.09.15