CN104677583A - 基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法 - Google Patents

Abstract

一种基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法，包括将加速度传感器布置在变压器壳体外表面，利用采集卡采集记录变压器壳体的振动信号；将振动信号进行解析小波变换，得到振动信号的小波变换系数；根据小波变换系数，求得振动信号小波变换的模，然后利用小波系数模求取小波变换系数的局部极值；根据振动信号小波脊，经时间轴变换，得到变压器振动声学指纹；将变压器振动声学指纹图像进行分形处理，以振动声学指纹图像的二阶广义分维数作为特征参数。本发明提出的变压器振动声学指纹与变压器的绕组及铁芯结构相关，与运行工况无关，能准确反应变压器在长时间运行中绕组及铁芯的运行状态变化，为变压器的安全稳定运行提供有力支撑。

Description

基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法

技术领域

本发明涉及电气设备检测技术领域，具体而言是一种基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法。

背景技术

电力变压器是电力系统关键设备之一，其运行可靠性直接关系到电力系统的安全稳定运行。近年随着变压器容量提高，出口短路引起流过绕组的冲击电流增大，将导致绕组变形。此外由于变压器的绕组长时间承受电动力，将出现机械劳损，也会引起轻微形变，并长期累积；铁芯长时间承受电磁力的影响，铁芯夹件的压紧力减弱，硅钢片将出现松动。这些情况均会破坏变压器的机械稳定性，给变压器安全稳定运行带来隐患。目前主要采用离线的短路阻抗法、频率响应法和低压脉冲法分析变压器绕组及铁芯的运行状态，并进行故障诊断。但这些诊断方法抗干扰能力差，灵敏度较低，重复性不强，并且不能实时在线监测变压器绕组及铁芯的运行状态。通过长期研究，发现变压器振动检测是在线评估绕组及铁芯运行状态的有效手段。但是对于变压器振动信号的特征分析任需进一步研究，之前研究中提取的振动信号频谱，峰幅值等参数受变压器运行工况的影响较大，不能有效的反应变压器绕组及铁芯的运行状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法，更直接有效地反映变压器绕组及铁芯的运行状态。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法，包括

步骤一：将加速度传感器布置在变压器壳体外表面，利用采集卡采集记录变压器壳体的振动信号v(t)，其中，0≤t≤1s，采样率为25.6Ks/s；

步骤二：将振动信号v(t)进行解析小波变换，得到振动信号的小波变换系数其中τ为位移变量，0≤τ≤1s，a为尺度变量，σ为母小波函数高斯包络的标准偏差；

步骤三：根据振动信号小波变换系数CWT_v(a,τ)，求得振动信号v(t)小波变换的模|CWT_v(a,τ)|，然后利用小波系数模求取小波变换系数的局部极值，求取步骤如下：

满足式的点(a₀,τ₀)即构成振动信号的小波脊(a₀(i),τ₀(i))，i＝1,2,...,N；

再根据式f₀(i)＝a₀(i)×f_m；t₀(i)＝τ₀(i)将(a₀(i),τ₀(i))转换成(t₀(i),f₀(i))，其中f_m为母小波函数的中心频率，0≤t₀(i)≤1s；

步骤四：根据振动信号小波脊(t₀(i),f₀(i))，经时间轴变换φ₀(i)＝t₀(i)×360°，得到变压器振动声学指纹(φ₀(i),f₀(i))，其中0≤φ₀(i)≤360°；

步骤五：将变压器振动声学指纹图像进行分形处理，以振动声学指纹图像的二阶广义分维数作为特征参数。

其中，所述加速度传感器的型号为PCB356A16，所述采集卡的型号为NI9234。

本发明的技术效果在于，根据变压器振动信号进行小波变换，求取振动信号的小波脊，然后进行角化处理得到变压器的振动声学指纹，最后根据变压器的振动声学指纹提取分形特征参数，用于变压器的运行状态评估和故障诊断。本发明提出的变压器振动声学指纹与变压器的绕组及铁芯结构相关，与运行工况无关，能准确反应变压器在长时间运行中绕组及铁芯的运行状态变化，为变压器的安全稳定运行提供有力支撑。

附图说明

图1变压器外壳1秒内所测的振动信号；

图2变压器振动信号连续小波变换的时频图；

图3变压器振动信号小波变换之后所得的小波脊；

图4变压器振动声学指纹图。

具体实施方式

本发明提出的基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法，包括以下步骤：

(1)将PCB356A16型加速度传感器布置在变压器壳体外表面，利用NI9234采集卡构建振动数据采集系统，采样率25.6Ks/s,采集记录变压器壳体1秒内的振动信号v(t)(0≤t≤1s)，信号如图1所示；

(2)将步骤(1)中测得的变压器1秒内振动信号v(t)进行解析小波变换，得到振动信号的小波变换系数CWT_v(a,τ)，其求取步骤如下：

其中τ为位移变量，0≤τ≤1s，a为尺度变量，σ为母小波函数高斯包络的标准偏差。

变压器振动信号在0Hz～1000Hz之间的连续小波变换结果如图2所示。

(3)根据步骤(2)得到的振动信号小波变换系数CWT_v(a,τ)，求得振动信号v(t)小波变换的模|CWT_v(a,τ)|，然后利用小波系数模求取小波变换系数的局部极值，求取步骤如下：

$\frac{{\∂\mathrm{CWT}}_v(a_0,{\mathrm{\τ}}_0)}{\∂\left(\mathrm{\τ}\right)}=0---\left(3\right)$

满足(3)式的点(a₀,τ₀)即构成振动信号的小波脊(a₀(i),τ₀(i))(i＝1,2,......N)。根据(4)式将(a₀(i),τ₀(i))转换成(t₀(i),f₀(i))(i＝1,2,......N)

f₀(i)＝a₀(i)×f_m；t₀(i)＝τ₀(i)    (4)

其中f_m为母小波函数的中心频率，0≤t₀(i)≤1s。

变压器1秒内的振动信号在0Hz～1000Hz之间的小波脊如图3所示。

(4)根据步骤(3)求得的振动信号小波脊(t₀(i),f₀(i))(i＝1,2,......N)，经时间轴变换得到变压器振动声学指纹(φ₀(i),f₀(i))，用极坐标图展示变压器振动声学指纹如图4所示，变换步骤如下：

φ₀(i)＝t₀(i)×360°；    (5)

其中0≤φ₀(i)≤360°。

(5)将步骤(4)得到的变压器振动声学指纹图像进行分形处理。以振动声学指纹图像的二阶广义分维数作为特征参数，对变压器绕组及铁芯的运行状态进行评估，必要时用于故障诊断。

Claims (2)

1.一种基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法，其特征在于，包括

步骤一：将加速度传感器布置在变压器壳体外表面，利用采集卡采集记录变压器壳体的振动信号v(t)，其中，0≤t≤1s，采样率为25.6Ks/s；

步骤二：将振动信号v(t)进行解析小波变换，得到振动信号的小波变换系数其中τ为位移变量，0≤τ≤1s，a为尺度变量，σ为母小波函数高斯包络的标准偏差；

步骤三：根据振动信号小波变换系数CWT_v(a,τ)，求得振动信号v(t)小波变换的模|CWT_v(a,τ)|，然后利用小波系数模求取小波变换系数的局部极值，求取步骤如下：满足式的点(a₀,τ₀)即构成振动信号的小波脊(a₀(i),τ₀(i))，i＝1,2,...,N；再根据式f₀(i)＝a₀(i)×f_m；t₀(i)＝τ₀(i)将(a₀(i),τ₀(i))转换成(t₀(i),f₀(i))，其中f_m为母小波函数的中心频率，0≤t₀(i)≤1s；

步骤四：根据振动信号小波脊(t₀(i),f₀(i))，经时间轴变换φ₀(i)＝t₀(i)×360°，得到变压器振动声学指纹(φ₀(i),f₀(i))，其中0≤φ₀(i)≤360°；

步骤五：将变压器振动声学指纹图像进行分形处理，以振动声学指纹图像的二阶广义分维数作为特征参数。

2.如权利要求1所述的基于振动声学指纹的变压器绕组及铁芯的特征参数提取方法，其特征在于，所述加速度传感器的型号为PCB356A16，所述采集卡的型号为NI9234。