CN105699838B - 一种变压器绕组状态检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变压器绕组状态检测方法及装置，通过对变压器绕组进行扫频激振试验能够准确地得到各个测点的当前振动频响曲线，并转换成矩阵的形式，综合考虑了所有频率点数据，提高检测的精度，而且变压器绕组的微小形变也能够反映在所述当前振动频响曲线中，具有很高的灵敏度；继而对振动频响矩阵进行归一化处理，实现数据无量纲化，提高计算效率；然后，将历史振动频响矩阵分解为具有一定稀疏度的非负矩阵，增强基向量占整体数据的比重，从而用极少维度的向量表征突出特征；最后，通过计算统计量的平均值和上限值，定量地判定所述变压器绕组是否发生变形等异常，具有极高准确性。

Description

一种变压器绕组状态检测方法及装置

技术领域

本发明涉及信号监测技术领域，特别是涉及一种变压器绕组状态检测方法及装置。

背景技术

电力变压器是电能传输的枢纽元件，直接决定电力系统运行的稳定性和可靠性。随着我国电网容量的不断增大，短路容量相应增加；变压器出口一旦形成短路，较大的短路电流流过变压器绕组，产生巨大的电磁作用力；在所述电磁作用力的作用下，变压器绕组很容易发生松动或变形，从而造成变压器故障，甚至导致电力系统崩溃。因此，对变压器绕组状态进行检测以及时发现绕组变形，是保障变压器安全运行的重要措施。

目前，技术人员通常采用短路阻抗法对变压绕组状态进行检测。所述短路阻抗法是将变压器绕组等效成电阻和电感组成阻抗网络，通过测量变压器绕组的短路阻抗值的大小来判断变压器绕组是否发生横向变形、轴向扭曲、匝间开路或短路等缺陷。具体地，变压器绕组的几何尺寸决定阻抗值的大小，当变压器绕组结构发生改变时，势必引起变压器漏抗的变化，从而使变压器短路阻抗值发生改变，进而以所述短路阻抗值的变化程度作为判断变压器绕组是否正常的依据。所述短路阻抗法具有判断过程简单、重复性好以及可靠性高的特点，广泛应用于变压器绕组状态检测领域。

然而，在使用所述短路阻抗法检测变压器绕组状态时，变压器绕组发生微弱变形引起的短路阻抗的变化很小，所述短路阻抗法很难检出变压器绕组的微弱变形，灵敏度较低；而且，只有在变压器绕组整体变形较严重时，所述短路阻抗法才能得到较为准确的检测结果，很容易造成误检。

发明内容

本发明实施例中提供了一种变压器绕组状态检测方法及装置，以解决现有技术中的变压器绕组状态检测灵敏度低和准确性差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明实施例公开了一种变压器绕组状态检测方法，包括以下步骤：

对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线；

根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵Y_N×M；

将所述当前振动频响矩阵Y_N×M归一化；

根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵X_N×M，并将所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解获得历史频响基矩阵W；

根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²；根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和上限值ε²；

判断所述元素平均值与所述上限值ε²的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述上限值ε²，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述上限值ε²，则判断变压器绕组正常。

优选地，所述对变压器进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线，包括：

在变压器箱壁上设置多个振动传感器；

将变压器的低压绕组短接；

向变压器的高压绕组注入恒流变频激励信号，并将所述恒流变频激励信号的频率从一预设初始频率扫频至一预设终止频率；

根据所述振动传感器采集获取的振动信号，获得与所述振动传感器位置对应的当前振动频响曲线。

优选地，所述将所述归一化历史振动频响矩阵分解X_N×M获得历史频响基矩阵W，包括：

将所述归一化历史振动频响矩阵分解X_N×M为矩阵W_N×L和矩阵H_L×M，所述矩阵W_N×L和矩阵H_L×M中的元素均大于或等于零，且所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M、所述矩阵W_N×L和所述矩阵H_L×M满足以下关系：

X_N×M＝W_N×LH_L×M，其中L为矩阵W的列数；

根据以下公式计算获得矩阵H_L×M的初始值，其中S_j为矩阵H_L×M每一列的初始值：

S_j＝{s_ij}i＝1,2,...,L,j＝1,2,...,M

其中，S_ij为向量S_j的元素，x_ij为归一化历史频响矩阵X_N×M的元素，S_h为矩阵H_L×M的变换指标参数；

对集合Z赋初始值，使Z＝{}；

对向量S_j进行迭代变换，所述迭代变换公式为：

m_k＝{m_ik}

S_j(k+1)＝m_k+γ(S_jk-m_k)γ≥0

其中，S_jk为第k次迭代后向量S_j的值，γ使得向量S_j(k+1)满足||S_j(k+1)||²＝1；

如果第k次迭代后，S_j(k+1)含有非正元素，则令

Z＝Z∪{i|s_ij(k+1)＜0}

重新进行所述迭代变换，直至S_j的所有元素均为正值；如果所有元素均为正值，则所述迭代变换结束，并根据所述得到矩阵P；

根据所述矩阵W和所述矩阵P，对所述矩阵W和所述矩阵P进行迭代计算，所述迭代计算的公式为：

其中，w_ijk，p_jqk和x_iq分别为第k次迭代后矩阵W，P和X_N×M中的元素，μ为计算步长；

所述迭代计算的结束条件为：如果||X-W_(k+1)P_(k+1)||²大于设定误差限值，则重新进行所述迭代计算矩阵W和矩阵P；如果||X-W_(k+1)P_(k+1)||²小于所述设定误差限值，则判断迭代计算结束，得到历史频响基矩阵W。

优选地，根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²，包括：

根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，获得低维系数矩阵其中所述低维系数矩阵的表达式为：

根据所述低维系数矩阵计算所述统计量E²，计算表达式为：

其中，E²(j)和分别为所述统计量E²和所述低维系数矩阵的第j列元素。

优选地，根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和上限值ε²，包括以下计算公式：

式中：为自由度为α的卡方分布。

本发明实施例还公开了一种变压器绕组状态检测装置，包括振动频响测试装置和变压器绕组状态检测装置，其中：

所述振动频响测试装置，包括电流传感器、振动传感器、数据采集模块、测控分析模块、恒流变频激振电源、升压变压器和信号分析显示终端；所述恒流变频激振电源与测控分析模块相连接，设置恒流扫频电源的输出参数，并传送至升压变压器；所述升压变压器与待测变压器相连接，将恒流变频激励信号施加至变压器的高压绕组；所述电流传感器和所述终端传感器设置于所述待测变压器的箱壁上，采集变压器绕组的注入电流信号和变压器箱壁的振动信号并发送至数据采集模块；所述数据采集模块与所述电流传感器和所述终端传感器均相连接，接收所述振动信号和所述注入电流信号，并将所述振动信号和所述注入电流信号传送至测控分析模块；所述测控分析模块对采集到的所述振动信号和所述注入电流信号进行分析计算，并传送至所述信号分析显示终端，并显示；

所述变压器绕组状态检测装置包括：

振动频响矩阵获取模块，用于根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵Y_N×M；

矩阵归一化模块，用于将所述当前振动频响矩阵Y_N×M归一化；

历史频响基矩阵获取模块，用于根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵X_N×M，并将所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解获得历史频响基矩阵W；

统计量计算模块，用于根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²；根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和统计量的上限值ε²；

判断模块，用于判断所述元素平均值与所述上限值ε²的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述上限值ε²，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述上限值ε²，则判断变压器绕组正常。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的变压器绕组状态检测方法及装置，通过对变压器绕组进行扫频激振试验能够准确地得到各个测点的当前振动频响曲线，并将所述当前振动频响曲线转换为当前振动频响矩阵的形式，综合考虑了所述当前振动频响曲线的所有频率点，提高所述变压器绕组状态检测的精度；通过对振动频响矩阵进行归一化处理，有效实现了数据无量纲化，提高计算效率；进一步，将历史振动频响矩阵分解为具有一定稀疏度的非负矩阵，增强了部分基向量占整体数据的比重，进而能用极少维度的向量表征突出特征；最后，通过计算统计量的平均值和上限值，定量地判定所述变压器绕组是否发生变形等异常。在上述检测过程中，采集得到的振动频响曲线能够灵敏地反应变压器绕组的结构变化，而且一旦变压器绕组发生结构性变化，通过对振动频响曲线的分解判断能够迅速判断所述变压器绕组是否发生形变等异常，具有很高的灵敏度和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种变压器绕组状态检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的变压器绕组振动频响曲线图；

图3为本发明实施例提供的一种变压器绕组状态检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

电力变压器主要由铁心、绕组、分接开关、油箱和附属装置等部件构成。其中，所述铁心是由高磁导率的硅钢片及夹紧装置等组成，夹紧装置是硅钢片彼此连接在一起组成完整的铁心结构，铁心作为电力变压器的磁路部分，是电能转换的媒介；所述绕组是变压器的电路部分，是由带绝缘的绕组导线按一定排列规律和绕向，经绕制、整形、浸烘和套装而成；所述分接开关，可以增减绕组匝数进而调节所述电力变压器的变压比；为了加强绝缘和冷却性能，一般将所述绕组和所述铁心浸入油箱中的绝缘油中，防止铁心和绕组因温度过高或绝缘受损而损坏；所述附属部件包括冷却器风扇、油泵、散热器、吸湿器、绝缘套管等部件。电力变压器一般由两个绕组组成，即一次绕组和二次绕组构成，所述一次绕组和所述二次绕组通过铁心发生耦合；所述一次绕组和所述二次绕组的电压大小与绕组的匝数成正比，如果一次绕组的匝数大于二次绕组的匝数，则所述电力变压器为降压变压器；如果一次绕组的匝数小于二次绕组的匝数，则所述电力变压器为升压变压器。

在电力变压器运行时，硅钢片的磁致伸缩使得铁心随着磁力磁通的变化而周期性的振动，同时绕组中的负载电流产生漏磁引起绕组的振动。在变压器内部，由绕组和铁心组成的本体带动夹紧装置等结构做复杂的机械振动，尤其是在发生超载或短路等大电流情况下，振动尤为剧烈。另外，运行中的冷却器风扇、油泵和分接开关的动作也会产生振动。电力变压器箱体内的振动通过变压器的绝缘油传递到箱体表面，机械振动是构件松动、变形的最直接表现，即若将绕组看作一个机械结构体，则当绕组结构或受力发生任何变化时，都可以从它的机械振动特性变化上得到反映。在发明实施例中，在电力变压器停电状态下，给绕组注入频率和幅值已知的正弦激励信号，通过设置振动传感器采集变压器箱壁上的振动信号，获取绕组的振动响应来对绕组的状态进行检测。

参见图1，为本发明实施例提供的一种变压器绕组状态检测方法的流程示意图，所述检测方法包括以下步骤：

步骤S101：对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线。

所述当前振动频响曲线为，横坐标为频率值，纵坐标为VRFR(VibrationFrequency Response Function，振动频响函数)值的曲线。如图2所示，为本发明实施例提供的变压器绕组振动频响曲线图。

为了获得所述当前振动频响曲线，需要进行扫频激振试验，在具体实施时，所述扫频激振试验包括：

在变压器箱壁上设置多个振动传感器。在本发明实施例中，对应8个测试点设置8个振动传感器；其中，所述测试点的设置位置以及个数在本发明实施例中均不做限制，本领域技术人员可以根据具体的试验需求在任意位置设置任意多个所述振动传感器。

将变压器的低压绕组短接。

向变压器的高压绕组注入恒流变频激励信号，并将所述恒流变频激励信号的频率从一预设初始频率扫频至一预设终止频率。一般使用恒流扫频电源向所述高压绕组输出已知幅值和频率的恒流变频激励信号，在本发明实施例中，所述恒流扫频电源的输出电流设置为8A，所述恒流扫频电源从起始频率45Hz，以频率间隔1Hz为步长，扫描至终止频率为310Hz，向所述高压绕组注入恒流变频激励信号。当然，本领域技术人员可以根据实际测试需求，任意设置所述恒流扫频电源的输出参数。

根据所述振动传感器采集获取的振动信号，获得与所述振动传感器位置对应的当前振动频响曲线。所述振动传感器采集相应测点的振动信号，在本发明实施例中每个振动传感器对应一条当前振动频响曲线，而且，在每条所述当前振动频响曲线中包括264个频率点以及所述频率点对应的振动频响函数值。

步骤S102：根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵。

在步骤S101获得的当前振动频响曲线中，对应8个测点设置有8个振动传感器，每个振动传感器采集一条当前振动频响曲线，每条所述振动频响曲线中包括264频率点以及相应频响函数值，从而可以据此建立264行8列的当前振动频响矩阵Y_N×M，其中N＝264，M＝8。

步骤S103：将所述当前振动频响矩阵归一化。

对所述当前振动频响矩阵Y_N×M进行归一化处理，具体地归一化公式如下所示：

其中，y_ij为所述当前振动频响矩阵Y_N×M的第i行第j列的元素。

步骤S104：根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵，并将所述归一化历史振动频响矩阵分解获得历史频响基矩阵。

所述历史变压器绕组振动频响曲线，可以理解为定期对变压器进行步骤S101中的扫频激振试验而得到的振动频响曲线，并且将定期测试得到的振动频响曲线组成历史振动频响数据库，以作为判断当前振动频响曲线是否异常的依据。在具体实施时，可以从历史振动频响数据库中选择一组历史振动频响曲线，并将所述历史振动频响曲线按照步骤S102和步骤S103的方式，组织成历史振动频响矩阵，并对所述历史振动频响矩阵进行归一化处理，得到归一化历史振动频响矩阵X_N×M，其中N＝264，M＝8。

所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解获得历史频响基矩阵，包括以下步骤：

将所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解为矩阵W_N×L和矩阵H_L×M，在本发明实施例中L＝28，而且所述矩阵W_N×L和所述矩阵H_L×M中的元素均大于或等于零，所述归一化历史频响矩阵X_N×M、所述矩阵W_N×L和所述矩阵H_L×M满足以下关系：

X_N×M＝W_N×LH_L×M

根据以下公式计算获得矩阵H_L×M的初始值，其中S_j为矩阵H_L×M每一列的初始值：

S_j＝{s_ij}i＝1,2,...,L,j＝1,2,...,M

式中，S_ij为向量S_j的元素，x_ij为归一化历史频响矩阵X_N×M的元素，S_h为矩阵H_L×M的变换指标参数，dim(X)为归一化历史频响矩阵X_N×M的维度，在本发明实施例中，所述变换指标参数S_h的值为0.4。

对集合Z赋初始值，所述Z为空集，即Z＝{}；

从第一列开始至最后一列依次对向量S_j进行迭代变换，所述迭代变换的公式如下所示：

m_k＝{m_ik}

S_j(k+1)＝m_k+γ(S_jk-m_k)γ≥0

式中，S_jk为第k次迭代后向量S_j的值，γ使得向量S_j(k+1)满足||S_j(k+1)||²＝1，其中||S_j(k+1)||为向量S_j(k+1)的范数。

如果第k次迭代后，S_j(k+1)含有非正元素，则令

Z＝Z∪{i|s_ij(k+1)＜0}

重新进行所述迭代变换，直至S_j的所有元素均为正值，如果所有元素均为正值，则所述迭代变换结束，并根据所述得到矩阵P。

根据所述矩阵W_N×L和所述矩阵P，对所述矩阵W_N×L和所述矩阵P进行迭代计算，所述迭代计算的公式为：

式中，w_ijk，p_jqk和x_iq分别为第k次迭代后矩阵W，P和X_N×M中的元素，μ为计算步长，在本发明实施例中，所述步长不做限制本领域技术人员可以根据实际计算需求选择较大的步长或较小的步长，或者根据实际的计算情形对所述步长进行调制，例如在具体实施时，所述步长可以为0.01，当在所述迭代过程中，收敛速度加快或者有收敛的趋势，则增大所述步长值0.05，如果在所述迭代过程中，如果收敛速度或者一直不收敛，可以选择减小所述步长值至0.005等。

所述迭代计算的结束条件为：如果||X-W_(k+1)P_(k+1)||²大于设定误差限值，则重新进行所述迭代计算；如果||X-W_(k+1)P_(k+1)||²小于所述设定误差限值，则判断所述迭代计算结束，得到所述历史频响基矩阵W，其中最后一次迭代计算的矩阵W即为所述历史频响基矩阵W。在本发明实施例中，所述设定误差限值为0.001，当然所述设定误差限值可以为其他任意数值，例如为了保证获得更精确的所述历史频响基矩阵W，可以设置所述设定误差限值为0.0001等。

步骤S105：根据归一化后的所述当前振动频响矩阵和所述历史频响基矩阵，计算统计量；根据所述统计量，计算获得所述统计量的元素平均值和统计量的上限值。

为了计算所述统计量，需要首先确定归一化后的所述当前振动频响矩阵Y的低维系数矩阵并根据所述低维系数矩阵计算所述统计量E²，具体的计算公式如下所示：

式中，E²(j)和分别为所述统计量E²和所述低维系数矩阵的第j列元素。

通过上述计算获得所述统计量E²后，通过如下公式进一步计算是统计量E²的元素平均值和所述统计量E²的上限值ε²：

式中，为自由度为α的卡方分布，在本发明实施例中所述自由度α的取值为4。

根据图2所述的当前振动频响曲线以及历史振动频响曲线，通过上述步骤的计算，可以获得所述元素平均值为1.556，所述统计量E²的上限值ε²为0.9084。

步骤S106：判断所述元素平均值与所述上限值的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述上限值，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述上限值，则判断变压器绕组正常。

根据步骤S105中获得的所述元素平均值和所述统计量E²的上限值ε²的计算结果，并比较所述元素平均值和所述上限值ε²的大小；如果所述元素平均值大于或等于所述上限值ε²，则判断变压器绕组异常，如果所述元素平均值小于所述上限值ε²，则判断变压器绕组正常。在本发明实施例中，所述元素平均值大于所述上限值ε²，从而判断变压器绕组异常。通过对变压器绕组进行吊芯检查后发现，变压器A相绕组的2颗压钉全部松动，验证了本方法的有效性与准确性。

在本发明对应的方法实施例中，通过对变压器绕组进行扫频激振试验能够准确地得到各个测点的当前振动频响曲线，并将所述当前振动频响曲线转换为当前振动频响矩阵的形式，综合考虑了所述当前振动频响曲线的所有频率点，提高所述变压器绕组状态检测的精度；通过对振动频响矩阵进行归一化处理，有效实现了数据无量纲化，提高计算效率；进一步，将历史振动频响矩阵分解为具有一定稀疏度的非负矩阵，增强了部分基向量占整体数据的比重，进而能用极少维度的向量表征突出特征；最后，通过计算统计量的平均值和上限值，定量地判定所述变压器绕组是否发生变形等异常。在上述检测过程中，采集得到的振动频响曲线能够灵敏地反应变压器绕组的结构变化，而且一旦变压器绕组发生结构性变化，通过对振动频响曲线的分解判断能够迅速判断所述变压器绕组是否发生形变等异常，具有很高的灵敏度和准确性。

与本发明提供的变压器绕组状态检测方法的方法实施例相对应，本发明还提供了一种变压器绕组状态检测装置。

参见图3，为本发明实施例提供的一种变压器绕组状态检测装置的结构示意图，所述检测装置包括振动频响测试装置210和变压器绕组状态检测装置310，其中：

所述振动频响测试装置210包括电流传感器211、振动传感器212、数据采集模块213、测控分析模块214、恒流变频激振电源215、升压变压器216和信号分析显示终端217；所述恒流变频激振电源215与测控分析模块214相连接，设置恒流扫频电源的输出参数包括输出电流、起始频率以及终止频率等，并将恒流变频激励信号传送至升压变压器216；所述升压变压器216与待测变压器110相连接，将恒流变频激励信号施加至待测变压器110的高压绕组；所述电流传感器211和所述振动传感器212设置于所述待测变压器110的箱壁上，采集变压器绕组的注入电流信号和变压器箱壁的振动信号并发送至数据采集模块213；所述数据采集模块213与所述电流传感器211和所述振动传感器212均相连接，接收所述振动信号和所述注入电流信号，并将所述振动信号和所述注入电流信号传送至测控分析模块214；所述测控分析模块214对采集到的所述振动信号和所述注入电流信号进行分析计算，并将分析计算结果传送至所述信号分析显示终端217，并显示振动频响曲线；

所述变压器绕组状态检测装置310包括：

振动频响矩阵获取装置311，用于根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵Y_N×M；根据所述当前振动频响曲线中的数据点，组成以一条所述振动频响曲线中数据点个数为行数，以所述振动传感器的个数为列数的当前振动频响矩阵Y_N×M；

矩阵归一化装置312，用于将所述当前振动频响矩阵Y_N×M归一化；对当前振动频响矩阵Y_N×M，以列为基础逐列进行归一化处理，以去量纲化方便计算；

历史频响基矩阵获取装置313，用于根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵X_N×M，并将所述归一化历史振动频响矩阵分解X_N×M获得历史频响基矩阵W；通过将归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解为具有一定稀疏度的非负矩阵，增强了部分基向量占整体数据的比重，进而能用极少维度的向量表征出突出特征，从而得到所述历史频响基矩阵W；

统计量计算装置314，用于根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²；根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和统计量的上限值ε²；

判断装置315，用于判断所述元素平均值与所述上限值ε²的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述上限值ε²，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述上限值ε²，则判断变压器绕组正常。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的变压器绕组状态检测装置，通过所述振动频响曲线获取装置110及时准确地获取变压器绕组的振动频响曲线，由于变压器绕组的微小结构变化均能在所述振动频响曲线得到及时反应，从而提高了变压器绕组状态检测的灵敏度；进一步，通过将不同测点的振动频响曲线进行综合考虑，同时将数据矩阵进行具有稀疏约束的非负矩阵分解，可以尽可能地通过较少的变量观测到完整的数据变化情况，从而定量的判定变压器绕组的状态，具有很高的准确性。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种变压器绕组状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线；

根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵Y_N×M；

将所述当前振动频响矩阵Y_N×M归一化；

根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵X_N×M，并将所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解获得历史频响基矩阵W；

根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²；根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和上限值ε²；

判断所述元素平均值与所述上限值ε²的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述上限值ε²，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述上限值ε²，则判断变压器绕组正常。

2.根据权利要求1所述的变压器绕组状态检测方法，其特征在于，所述对变压器进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线，包括：

在变压器箱壁上设置多个振动传感器；

将变压器的低压绕组短接；

向变压器的高压绕组注入恒流变频激励信号，并将所述恒流变频激励信号的频率从一预设初始频率扫频至一预设终止频率；

根据所述振动传感器采集获取的振动信号，获得与所述振动传感器位置对应的当前振动频响曲线。

3.根据权利要求1所述的变压器绕组状态检测方法，其特征在于，所述将所述归一化历史振动频响矩阵分解X_N×M获得历史频响基矩阵W，包括：

将所述归一化历史振动频响矩阵分解X_N×M为矩阵W_N×L和矩阵H_L×M，所述矩阵W_N×L和矩阵H_L×M中的元素均大于或等于零，且所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M、所述矩阵W_N×L和所述矩阵H_L×M满足以下关系：

X_N×M＝W_N×LH_L×M，其中L为矩阵W的列数；

根据以下公式计算获得矩阵H_L×M的初始值，其中S_j为矩阵H_L×M每一列的初始值：

S_j＝{s_ij}i＝1,2,...,L,j＝1,2,...,M

其中，S_ij为向量S_j的元素，xi_j为归一化历史频响矩阵X_N×M的元素，S_h为矩阵H_L×M的变换指标参数；

对集合Z赋初始值，使Z＝{}；

对向量S_j进行迭代变换，所述迭代变换公式为：

m_k＝{m_ik}

S_j(k+1)＝m_k+γ(S_jk-m_k)γ≥0

其中，S_jk为第k次迭代后向量S_j的值，γ使得向量S_j(k+1)满足||S_j(k+1)||²＝1；

如果第k次迭代后，S_j(k+1)含有非正元素，则令

Z＝Z∪{i|s_ij(k+1)＜0}

重新进行所述迭代变换，直至S_j的所有元素均为正值；如果S_j(k+1)所有元素均为正值，则所述迭代变换结束，并根据所述S_j(k+1)得到矩阵P；

根据所述矩阵W和所述矩阵P，对所述矩阵W和所述矩阵P进行迭代计算，所述迭代计算的公式为：

其中，w_ijk，p_jqk和x_iq分别为第k次迭代后矩阵W，P和X_N×M中的元素，μ为计算步长；

所述迭代计算的结束条件为：如果||X-W_(k+1)P_(k+1)||²大于设定误差限值，则重新进行所述迭代计算矩阵W和矩阵P；如果||X-W_(k+1)P_(k+1)||²小于所述设定误差限值，则判断迭代计算结束，得到历史频响基矩阵W。

4.根据权利要求1所述的变压器绕组状态检测方法，其特征在于，根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²，包括：

根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，获得低维系数矩阵其中所述低维系数矩阵的表达式为：

根据所述低维系数矩阵计算所述统计量E²，计算表达式为：

其中，E²(j)和分别为所述统计量E²和所述低维系数矩阵的第j列元素。

5.根据权利要求4所述的变压器绕组状态检测方法，其特征在于，根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和上限值ε²，包括以下计算公式：

式中：为自由度为α的卡方分布。

6.一种变压器绕组状态检测装置，其特征在于，包括振动频响测试装置和变压器绕组状态检测装置，其中：

所述振动频响测试装置，包括电流传感器、振动传感器、数据采集模块、测控分析模块、恒流变频激振电源、升压变压器和信号分析显示终端；所述恒流变频激振电源与测控分析模块相连接，设置恒流扫频电源的输出参数，并传送至升压变压器；所述升压变压器与待测变压器相连接，将恒流变频激励信号施加至变压器的高压绕组；所述电流传感器和所述终端传感器设置于所述待测变压器的箱壁上，采集变压器绕组的注入电流信号和变压器箱壁的振动信号并发送至数据采集模块；所述数据采集模块与所述电流传感器和所述终端传感器均相连接，接收所述振动信号和所述注入电流信号，并将所述振动信号和所述注入电流信号传送至测控分析模块；所述测控分析模块对采集到的所述振动信号和所述注入电流信号进行分析计算，并传送至所述信号分析显示终端，并显示；

所述变压器绕组状态检测装置包括：

振动频响矩阵获取模块，用于根据当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵Y_N×M；

矩阵归一化模块，用于将所述当前振动频响矩阵Y_N×M归一化；

历史频响基矩阵获取模块，用于根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵X_N×M，并将所述归一化历史振动频响矩阵X_N×M分解获得历史频响基矩阵W；

统计量计算模块，用于根据归一化后的所述当前振动频响矩阵Y_N×M和所述历史频响基矩阵W，计算统计量E²；根据所述统计量E²，计算获得所述统计量E²的元素平均值和统计量的上限值ε²；

判断模块，用于判断所述元素平均值与所述上限值ε²的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述上限值ε²，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述上限值ε²，则判断变压器绕组正常。