专利名称：一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法
技术领域：
本发明属于信号检测分析技术领域，具体涉及一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法。
背景技术：
大型电力变压器是电网中重要的节点，大型电力变压器的安全运行对于电网的可靠运行非常重要。采用振动分析法在线监控变压器的运行状态是近年来的一个研究热点， 其要点是通过分析电力变压器的油箱表面振动信号来检测变压器是否发生异常或故障。变压器发生异常振动和噪声时，振动会显著增加。变压器的强振动会影响变压器的安全运行， 使变压器的绕组和铁芯等部分发生故障，同时也对周边环境产生噪声污染。因此，查找变压器异常振动和噪声的原因有助于“对症下药”，及时采取措施维护变压器的安全稳定运行。直流偏磁是中性点接地电力变压器经常发生的一种异常情况，运行中变压器出现直流偏磁时产生的振动和噪声远高于变压器正常运行时产生的振动和噪声。直流偏磁的本质是变压器铁芯内的磁通由于中性点直流电流的作用下出现直流偏置使得铁芯内磁通极大值明显增加，并激发出铁芯的强振动。出现直流偏磁时，绕组内的励磁电流也会显著增加，使得绕组振动增加。由于运行变压器的异常振动还包括过变压器过励磁过程、绕组和铁芯松动变形等各种机械结构故障状况，从变压器强振动信号中准确区分直流偏磁引起的振动是必要的。目前对电力变压器的偏磁研究基本上集中在相关的电参数分析上，但仅从电参数上分析变压器的异常振动和噪声有局限性。现有偏磁判别方法一般是从中性点电流是否出现直流分量进行判别，但电气参数和变压器结构关联性�。绮问偷缌Ρ溲蛊鞯恼穸挥忻魅返暮叵担龃又行缘愕缌髋斜鸩荒芴峁┢哦员溲蛊鹘峁故欠裨斐捎跋臁４送猓缌Ρ溲蛊飨殖〗械缙饬拷衔亚一岫员溲蛊髟诵性斐梢欢ㄓ跋欤热缰行缘愕缌鞯牟饬坑捎谥行缘憬拥馗说墓潭ǚ绞�(固定在水泥墙或杆上)往往不易进行测量。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，能够判别电力变压器的异常强振动是否由直流偏磁引起以及偏磁的严重程度。一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，包括如下步骤(1)采样获取电力变压器油箱表面的振动信号，并对所述的振动信号进行归一化处理；(2)将归一化后的振动信号通过延时嵌入至m维空间中，得到m维的空间振动信号，进而构建空间振动信号的数字符号序列；(3)根据所述的数字符号序列建立对应的直方图，进而根据所述的直方图构建对应的特征函数；
(4)根据所述的特征函数，判别电力变压器中是否存在直流偏磁；若存在直流偏磁，则根据所述的归一化后的振动信号确定直流偏磁的程度等级。所述的m维的空间振动信号由η个元素组成，每个元素由m个采样点构成，空间振动信号中的元素表达式如下Xs ⑴={χ ⑴，X (i+u)，χ (i+2u)，· · ·，χ [i+ (m_l) u]}(1)其中Xs(i)为空间振动信号中的第i元素，η为振动信号中的采样点个数，di)为归一化后的振动信号中第i采样点的加速度值，u为延时点数且为实际经验值。所述的步骤O)中，通过以下公式构建空间振动信号的数字符号序列；R(x) = Θ[ε-| | xs (i)-xs (i+τ ) | |](2)其中R(t)为数字符号序列，Θ为Heaviside函数，xs(i)为空间振动信号中的第i元素，ε为距离阈值且为实际经验值，τ为延时点数。所述的步骤(3)中，根据直方图通过以下公式构建对应的特征函数；
剛⑴其中L(T)为特征函数，PT(k)为数字符号序列中由连续k个1构成的数组的个数，η为振动信号中的采样点个数，τ为延时点数，min为最小组合系数且为实际经验值。所述的步骤中，判别电力变压器中是否存在直流偏磁的方法为1)根据公式τ = f/F，计算确定τ ；其中，f为振动信号的采样频率，F为延时频率且为实际经验值，τ为延时点数；2)将τ、τ -1和τ +1分别代入特征函数中，求取对应的三个特征值，并对三个特征值求平均，若特征均值小于判别阈值，则表明电力变压器中存在直流偏磁。所述的步骤中，根据归一化后的振动信号确定直流偏磁的程度等级的方法为先对归一化后的振动信号进行高通滤波得到滤波振动信号，然后通过以下公式求解出
直流偏磁的程度值，进而根据所述的程度值确定直流偏磁的程度等级； _ ⑷B =^EiL1BO)(5)其中X(i)为归一化后的振动信号中第i采样点的加速度值，^⑴为滤波振动信号中第i采样点的加速度值，η为振动信号中的采样点个数，B为直流偏磁的程度值。本发明能够判别电力变压器的异常强振动是否由直流偏磁引起以及偏磁的严重程度，无需与变压器进行电气连接，故对变压器的运行无干扰影响；将本发明方法编制成软件程序后操作直观简单，对操作人员无特殊要求，稍加培训即可操作；同时本发明方法判别准确率高，易实施推广，实施成本低，可应用于电力变压器的在线检测以及在线状态监测与故障诊断。
图1为本发明的步骤流程示意图。图2为采用本发明方法的现场实施诊断示意图。图3为电力变压器两个测点的振动信号在一次偏磁过程中的特征均值随时间变化的趋势图。图4为截止频率为700Hz的200阶FIR高通滤波器的幅频响应图。图5为电力变压器四个测点的振动信号在一次偏磁过程中的B值随时间变化的趋势图。图6(a)为电力变压器严重偏磁时某测点经归一化后的振动信号的波形图。图6(b)为图6(a)的振动信号经滤波后的滤波振动信号的波形图。
具体实施例方式为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明的判别方法进行详细说明。如图1所示，一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，包括如下步骤(1)采样获取电力变压器油箱表面的振动信号，并对振动信号进行归一化处理。如图2所示，本实施方式利用压电加速度振动传感器2安装在负载运行的电力变压器1油箱表面(固定位置尽量避开油箱的焊缝、加强筋、箱壁边缘等位置)，利用信号采集装置3采样电力变压器油箱表面的振动信号，供计算机4分析诊断；采样频率为8000Hz，连续采样时间为1秒，故振动信号中的采样点个数η = 8000。(2)将归一化后的振动信号通过延时嵌入至m维空间中，得到m维的空间振动信号；m维的空间振动信号由η个元素组成，每个元素由m个采样点构成，空间振动信号中的元素表达式如下Xs (i) = {x (i), χ (i+u), χ (i+2u), . . . , χ [i+ (m-1) u]}(1)其中Xs(i)为空间振动信号中的第i元素，di)为归一化后的振动信号中第i采样点的加速度值，U为延时点数；本实施方式中U = 20，m = 3。通过以下公式构建空间振动信号的数字符号序列；R(x) = Θ[ε-| | xs (i)-xs (i+τ ) | |](2)其中R( τ )为数字符号序列，θ为Heaviside函数，ε为距离阈值，τ为延时点数；本实施方式中ε =0.25，式2中的范数计算采用2-范数计算方式。(3)根据数字符号序列建立对应的直方图，进而根据直方图通过以下公式构建对应的特征函数；
权利要求
1.一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，包括如下步骤(1)采样获取电力变压器油箱表面的振动信号，并对所述的振动信号进行归一化处理；(2)将归一化后的振动信号通过延时嵌入至m维空间中，得到m维的空间振动信号，进而构建空间振动信号的数字符号序列；(3)根据所述的数字符号序列建立对应的直方图，进而根据所述的直方图构建对应的特征函数；(4)根据所述的特征函数，判别电力变压器中是否存在直流偏磁；若存在直流偏磁，则根据所述的归一化后的振动信号确定直流偏磁的程度等级。
2.根据权利要求1所述的基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，其特征在于所述的m维的空间振动信号由η个元素组成，每个元素由m个采样点构成，空间振动信号中的元素表达式如下Xs (i) = {x (i)，χ (i+u)，χ (i+2u)，· · ·，χ [i+ (m-1) u]} (1)其中xs(i)为空间振动信号中的第i元素，η为振动信号中的采样点个数，x(i)为归一化后的振动信号中第i采样点的加速度值，u为延时点数。
3.根据权利要求1所述的基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，其特征在于所述的步骤O)中，通过以下公式构建空间振动信号的数字符号序列；R(t) = Θ[ε-| Xs (i)-Xs (i+τ) ](2)其中R(t)为数字符号序列，ε为距离阈值，τ为延时点数。
4.根据权利要求1所述的基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，其特征在于所述的步骤(3)中，根据直方图通过以下公式构建对应的特征函数；
5.根据权利要求1所述的基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，其特征在于所述的步骤中，判别电力变压器中是否存在直流偏磁的方法为1)根据公式τ=f/F，计算确定τ ；其中，f为振动信号的采样频率，F为延时频率，τ 为延时点数；2)将τ、τ-1和τ +1分别代入特征函数中，求取对应的三个特征值，并对三个特征值求平均，若特征均值小于判别阈值，则表明电力变压器中存在直流偏磁。
6.根据权利要求1所述的基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，其特征在于所述的步骤中，根据归一化后的振动信号确定直流偏磁的程度等级的方法为先对归一化后的振动信号进行高通滤波得到滤波振动信号，然后通过以下公式求解出直流偏磁的程度值，进而根据所述的程度值确定直流偏磁的程度等级；
全文摘要
本发明公开了一种基于振动分析的电力变压器直流偏磁的判别方法，其通过采集变压器油箱表面的振动信号，将振动信号通过延时嵌入至m维空间，以获得对应的数字符号序列，通过序列的直方图构建对应的特征函数，进而根据特征量来判别直流偏磁。故本发明能够判别电力变压器的异常强振动是否由直流偏磁引起以及偏磁的严重程度，无需与变压器进行电气连接，故对变压器的运行无干扰影响；将本发明方法编制成软件程序后操作直观简单，对操作人员无特殊要求，稍加培训即可操作；同时本发明方法判别准确率高，易实施推广，实施成本低，可应用于电力变压器的在线检测以及在线状态监测与故障诊断。
文档编号G01R33/02GK102520373SQ20111043203
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者何文林, 周建平, 姚晖, 宋伟光, 张亮, 袁建勇, 郭洁, 陈祥献, 黄海 申请人:浙江大学, 绍兴电力局
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