CN103091610B - 一种变压器故障图形预警的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器故障图形预警的方法，采用的是一种线框模型的方法，采用线框模型提取数据时，仅需要记录实体的顶点和棱边，相对表面建模和实体建模来说，建模更加简单，且由于本发明不像现有三维模型方法一样需要记录三维模型实体中所有的点、线、面，而只需要记录其中的顶点和棱边，要计算的数据量就小很多，因此计算速度快。解决了变压器故障图形预警系统实时响应慢的问题。

Description

一种变压器故障图形预警的方法

技术领域

本发明涉及一种采用三维线框模型进行变压器故障图形预警的方法。

背景技术

变压器长期处于工作电压的作用下，在绝缘薄弱处容易发生局部放电。发电机局部放电在线监测是防止发电机绝缘损坏事故的有效手段。目前的技术主要有：从局部放电的三维特征中提取的两个分形特征（分形纬度和缺项），并采用神经网络进行放电模式识别；基于扩展的神经网络技术识别三维放电模式；基于组件对象模型分析局部放电的统计特征并采用三维图表进行展示；分析局放统计特征并基于经验模型对局部放电进行了仿真。相关研究中均采用了一系列三维图形技术，如DirectX、OpenGL、Glide、Heidi等来直观展示局部放电数据分析的图形结果。

但是，由于放电数据采集周期间隔短，数据量大，实时性要求高。以上三维图形绘制方法存在渲染时间长，实时响应慢，纹理描绘容易覆盖数据结构细节等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用三维线框模型进行变压器故障图形预警的方法，用以解决变压器故障图形预警系统实时响应慢的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种变压器故障图形预警的方法，步骤如下：

（1）对变压器进行局部放电数据采集，并通过滤波和信号整理，得到相角-放电量-放电次数的三维图谱；

（2）根据步骤（1）得到的三维图谱，对变压器局部放电数据记录进行特征提取，建立关于相角-放电量-放电次数的三维线框模型；

（3）将步骤（2）中建立的三维线框模型投影到二维平面内；

（4）根据步骤（3）得到的二维投影观测放电数据的变化幅度和变化趋势，做出相应的故障预警。

所述三维线框模型为：其中，f(t)为采集的变压器局部放电的模拟信号，为滤波函数，P为对变压器局部放电数据记录进行特征提取后得到的向量，T_3D为将三维坐标点投影到二维平面内采用的变换矩阵。

将三维线框投影到二维平面内的方法是：将T_3D矩阵拆分为四个小矩阵T₁、T₂、T₃和T₄，其中，T₁用于比例、旋转、错切等几何变换，T₂用于平移变换，T₃用于投影变换，T₄用于整体比例变换。

向量P的获取方法为：将相位20份等分，将放电量q取log后20份等分，按照变压器局部放电数据记录中的最大重复率对该样本进行归一化，得到放电频率n，最终将向量P表示为：P=(p₁,p₂…p_i)，其中p_i代表一个关于相角-放电量-放电次数的三维坐标点，且1≤i≤8。

对变压器放电数据的滤波采用的是小波变换法。

矩阵T_3D、T₁、T₂、T₃和T₄分别表示为：

$T_{3D}=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& a_{34}\\ a_{41}& a_{42}& a_{43}& a_{44}\end{array}\right],$ $T_1=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right],$ T₂=[a₄₁ a₄₂ a₄₃]， $T_3=\left[\begin{array}{c}{a}_{14}\\ a_{24}\\ a_{34}\end{array}\right],$ T₄=[a₄₄]。

本发明达到的有益效果：本发明采用的是一种线框模型的方法，采用线框模型提取数据时，仅需要记录实体的顶点和棱边，相对表面建模和实体建模来说，建模更加简单，且由于本发明不像现有三维模型方法一样需要记录三维模型实体中所有的点、线、面，而只需要记录其中的顶点和棱边，要计算的数据量就小很多，因此计算速度快。

同时，本发明采用矩阵变换的方法来计算三维到二维的投影变换，保证了正确的投影关系。

附图说明

图1是本发明中的三维线框模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明采用的三维线框模型定义为：其中：

(1)f(t)为嵌入式系统收集的变压器局部放电的模拟信号；

(2)为小波函数，通过小波变换函数进行信号整理后，得到相角-放电量-放电次数参数；

(3)P为对放电样本进行特征提取后得到的向量；

(4) $T_{3D}=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& a_{34}\\ a_{41}& a_{42}& a_{43}& a_{44}\end{array}\right],$ 为将三维坐标点投影到二维平面内采用的变换矩阵。

放电样本为实际变压器中的局部放电数据记录，一秒钟bin1Sec分为50个周期，一个周期含有128个样本点。

如图1所示，本发明三维线框模型为一个立方体，包括顶点1、2、3、4、5、6、7、8，和棱线[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]，每个棱线表示单位长度，如表1和表2，表示了本发明线框模型中表示各棱线的顶点和各顶点的三维坐标，如：表1中表示棱线1的两个顶点为1和2，表2中顶点1的坐标为（0,0,1）。

表1线框模型棱线表

表2线框模型顶点表

本发明利用三维线框模型对变压器进行故障图形预警的过程为：

（1）滤波处理

利用小波变换公式进行滤波处理，信号整理后，可以得到相角-放电量-放电次数三维谱图。

（2）根据上述三维谱图对放电样本进行特征提取，建立三维线框模型。

a)将相位20份等分；

b)放电量q取log后20份等分；按照该样本中的最大重复率对该样本进行归一化，得到放电频率n；

c)最终将放电样本用一个向量P表示：P=(p₁,p₂…p_i)，其中,p_i代表一个关于相角-放电量-放电次数三维坐标点，1≤i≤8。

（3）利用T_3D矩阵变换及相应的旋转变换和斜平行投影变换，将三维线框图投影到二维平面。投影方法是：将T_3D矩阵拆分为四个小矩阵 $T_1=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right],$ T₂=[a₄₁ a₄₂ a₄₃]， $T_3=\left[\begin{array}{c}{a}_{14}\\ a_{24}\\ a_{34}\end{array}\right],$ T₄=[a₄₄]。其中，T₁用于比例、旋转、错切等几何变换；T₂用于平移变换；T₃用于投影变换；T₄用于整体比例变换。变换公式如下：

绕X轴旋转θ角 $\left[\begin{array}{cccc}x*& y*& z*& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}x& y& z& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}& 0\\ 0& -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

绕Y轴旋转θ角 $\left[\begin{array}{cccc}x*& y*& z*& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}x& y& z& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

绕Z轴旋转θ角 $\left[\begin{array}{cccc}x*& y*& z*& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}x& y& z& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}& 0& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

斜平行投影 $\left[\begin{array}{cccc}x*& y*& z*& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}x& y& z& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -\mathrm{Sxp}& -\mathrm{Syp}& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，（x*y*z*）为投影方向矢量；S_xp=x/z,S_yp=y/z;(x*y*)为投影平面。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种变压器故障图形预警的方法，其特征在于，步骤如下：

(1)对变压器进行局部放电数据采集，得到变压器局部放电数据记录，并通过滤波和信号整理，得到相角-放电量-放电次数(φ-q-n)的三维图谱；

(2)根据步骤(1)得到的三维图谱，对变压器局部放电数据记录进行特征提取，建立关于相角-放电量-放电次数(φ-q-n)的三维线框模型，所述三维线框模型为：其中，f(t)为采集的变压器局部放电的模拟信号，为滤波函数，P为对变压器局部放电数据记录进行特征提取后得到的向量，T_3D为将三维坐标点投影到二维平面内采用的变换矩阵；

(3)将步骤(2)中建立的三维线框模型投影到二维平面内；

(4)根据步骤(3)得到的二维投影观测放电数据的变化幅度和变化趋势，做出相应的故障预警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将三维线框投影到二维平面内的方法是：将T_3D矩阵拆分为四个小矩阵T₁、T₂、T₃和T₄，其中，T₁用于比例、旋转、错切等几何变换，T₂用于平移变换，T₃用于投影变换，T₄用于整体比例变换。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向量P的获取方法为：将相位φ(0～360°)20份等分，将放电量q取log后20份等分，按照变压器局部放电数据记录中的最大重复率对该变压器局部放电数据记录进行归一化，得到放电频率n，最终将向量P表示为：P＝(p₁，p₂...p_i)，其中p_i代表一个关于相角-放电量-放电次数(φ-q-n)的三维坐标点，且1≤i≤8。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对变压器放电数据的滤波采用的是小波变换法。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，矩阵T_3D、T₁、T₂、T₃和T₄分别表示为：

$T_{3D}=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& a_{34}\\ a_{41}& a_{42}& a_{43}& a_{44}\end{array}\right],T_1=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}\end{array}\right],T_2=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{41}& a_{42}& a_{43}\end{array}\right],T_3=\left[\begin{array}{c}{a}_{14}\\ a_{24}\\ a_{34}\end{array}\right],T_4=\left[a_{44}\right].$