CN108594062A - 一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及线圈匝间短路故障诊断技术领域，具体公开了一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法及系统，方法包括：实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形；获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与线圈差值响应波形之间的第一相似值；当第一相似值大于预设正常相似值时判断为正常波形；反之获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与线圈差值响应波形之间的第二相似值；获取最接近预设故障相似值的第二相似值对应的故障特征波形；从而获取对应的故障位置信息，最后确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。该方法避免了对于无故障特征波形的定位分析，提高了线圈故障定位效率，使得诊断结果更可靠。

Description

一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法及系统
技术领域
本发明属于发电机转子线圈匝间短路故障诊断技术领域，特别涉及一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法与系统。
背景技术
发电机作为电力系统最核心的动力部件，负责主要的电力生产任务，它的运行可靠性直接影响电网的安全运行。伴随电力工业的飞速发展和发电厂单机装机容量的不断增大，对运行时的可靠性要求越来越高。一旦发生故障特别是恶性故障，则会影响整个电力系统的正常运转，给国民经济带来巨大损失。有调查研究表明：在已运行的大型发电机组中，线圈匝间短路是的典型故障之一，且在故障总数中占有较大比例。因此，尽早发现线圈绕组的匝间绝缘问题对于保证的安全运行非常重要，准确诊断与定位线圈匝间短路故障位置具有重要意义。
重复脉冲法是一种简单有效的匝间短路无损检测方法，其检测原理是分析注入线圈绕组的脉冲信号的反射波和折射波的响应特征曲线，根据特征曲线的特征判断匝间短路故障位置。
如专利公开号为CN105277835A的一种发电机转子匝间短路故障的定位方法和装置的专利文献中公开的转子匝间短路定位方法中，采用重复脉冲法获取转子绕组特征波形，通过在预先设置的特征波形数据库中查找与之相匹配的特征波形，获取该特征波形对应的故障位置信息来定位转子匝间短路故障位置。该专利着重描述了如何利用与检测获取的响应差值波形相匹配的特征波形的数据库记录信息来确定转子的匝间短路故障位置，对于如何进行测试获取的响应差值波形和数据库中特征波形的相匹配判断并未给出明确的方法，因此可能造成测试的结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法与系统，从而克服现有匝间短路故障定位方法中并未给出测试获取的响应差值波形和数据库中特征波形的相匹配的方法，可能导致测试结果不准确的缺陷。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，包括以下步骤：
实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形；
获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第一相似值；
当所述第一相似值大于预设正常相似值，则判断所述线圈差值响应波形与该第一相似值对应的无故障特征波形相匹配；
当所述第一相似值小于预设正常相似值时获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第二相似值；
获取最接近预设故障相似值的所述第二相似值对应的所述故障特征波形；
获取所述故障特征波形数据库中记录的所述故障特征波形对应的故障位置信息，并根据所述故障位置信息确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。。
为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，包括：
波形采集单元，用于实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形；
第一相似值计算单元，用于获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第一相似值；
无故障判断单元，用于当所述第一相似值大于预设正常相似值时，判断所述线圈差值响应波形与该第一相似值对应的无故障特征波形相匹配；
第二相似值计算单元，用于当所述第一相似值小于预设正常相似值时获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第二相似值；
故障判断单元，用于获取最接近预设故障相似值的所述第二相似值对应的所述故障特征波形；
故障定位单元，用于获取所述故障特征波形数据库中记录的所述故障特征波形对应的故障位置信息，并根据所述故障位置信息确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。
与现有的技术相比，本发明中的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法与系统，将获取的线圈差值响应波形与无故障特征波形和故障特征波形进行相似度匹配，避免了对于无故障特征波形的定位分析，提高了线圈故障定位效率，获取准确率更高的故障特征波形，从而获得更准确的线圈匝间短路故障位置，使得诊断结果更可靠。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是根据本发明的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法流程图。
图2是根据本发明的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法包括以下步骤：
步骤S100：实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形。
具体的，利用重复脉冲法将产生的连续单脉冲信号分别注入发电机转子线圈的两端，采集单脉冲信号在发电机转子线圈的两端的反射波与折射波，将反射波与折射波作差值运算以获取线圈差值响应波形。
步骤S101：获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与线圈差值响应波形之间的第一相似值。
其中，预先设置的无故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈无匝间短路故障时的大量无故障状态的特征波形。
该实施例中，利用相关系数法对相似性进行分析，其中两者之间的相似值计算方法为：
其中，ρxy为相似值，N为样本量，xi为线圈差值响应波形，yi为无故障特征波形或故障特征波形。
步骤S102：当第一相似值大于预设正常相似值时，则判断线圈差值响应波形与该第一相似值对应的无故障特征波形相匹配，此时，可判断该发电机转子线圈匝间无短路故障，增加判断的准确性，防止误判。
具体的判断线圈差值响应波形与无故障特征波形相匹配的方法为：
设所述预设正常相似值为0.5；
若第一相似值ρxy大于0.5，则线圈差值响应波形与无故障特征波形相匹配；
若第一相似值ρxy小于0.5，则线圈差值响应波形与无故障特征波形不匹配。
步骤S103：当第一相似值小于预设正常相似值时获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与线圈差值响应波形之间的第二相似值。
该实施例中，其中两者之间的相似值计算方法为：
步骤S104：获取最接近预设故障相似值的第二相似值对应的所述故障特征波形；
具体的，线圈差值响应波形与故障特征波形根据相似值进行判断相似度的方法为：
设预设故障相似值为1；
若第二相似值ρxy大于0.8小于等于1，则线圈差值响应波形与故障特征波形高度相似；
若第二相似值ρxy大于等于0.5小于等于0.8，则线圈差值响应波形与故障特征波形显著相似；
若第二相似值ρxy小于0.5，则线圈差值响应波形与故障特征波形不相关。
步骤S105：获取故障特征波形数据库中记录的故障特征波形对应的故障位置信息，并根据故障位置信息确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。
其中，故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈不同匝之间发生匝间短路故障时的多个故障状态的特征波形以及对应的故障位置信息。
对应于上述图1所示的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，本发明实施例提供了基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，如图2所示，包括：
波形采集单元，用于实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形。更具体的，波形采集单元包括脉冲控制子单元和数据采集子单元，脉冲控制子单元用于将产生的连续单脉冲信号分别注入发电机转子线圈的两端；数据采集子单元，用于采集所述单脉冲信号在发电机转子线圈的两端的反射波与折射波，将所述反射波与折射波作差值运算以获取线圈差值响应波形。
第一相似值计算单元，用于获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第一相似值。
其中，无故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈无匝间短路故障时的无故障状态的特征波形。
无故障判断单元，用于当所述第一相似值大于预设正常相似值时，判断所述线圈差值响应波形与该第一相似值对应的无故障特征波形相匹配。
具体的，判断线圈差值响应波形与无故障特征波形是否匹配的步骤为：
设预设正常相似值为0.5；
若第一相似值ρxy大于0.5，则线圈差值响应波形与无故障特征波形相匹配；
若第一相似值ρxy小于0.5，则线圈差值响应波形与无故障特征波形不匹配；
第二相似值计算单元，用于当第一相似值小于预设正常相似值时获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与线圈差值响应波形之间的第二相似值。
故障判断单元，用于获取最接近预设故障相似值的第二相似值对应的故障特征波形。
具体的，判断线圈差值响应波形与故障特征波形是否相似步骤为：
设预设故障相似值为1；
若第二相似值ρxy大于0.8小于等于1，则线圈差值响应波形与故障特征波形高度相似；
若第二相似值ρxy大于等于0.5小于等于0.8，则线圈差值响应波形与故障特征波形显著相似；
若第二相似值ρxy小于0.5，则线圈差值响应波形与故障特征波形不相关。
故障定位单元，用于获取故障特征波形数据库中记录的故障特征波形对应的故障位置信息，并根据故障位置信息确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。
故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈不同匝之间发生匝间短路故障时的多个故障状态的特征波形以及对应的故障位置信息。
其中值得说明的是，获取无故障特征波形或故障特征波形与线圈差值响应波形之间的相似值的步骤为：
其中，ρxy为相似值，N为样本量，xi为线圈差值响应波形，yi为无故障特征波形或故障特征波形。
综上所述，本发明中的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法与系统，将获取的线圈差值响应波形与无故障特征波形和故障特征波形进行相似度匹配，其中，对于无故障特征波形数据库，适用于判断实时测试时线圈是否存在短路故障，若存在短路故障，再在故障特征波形数据库中利用相似度查找与之相匹配的故障特征波形，这一过程避免了对无故障特征波形进行无意义的故障定位计算，从而提高了故障定位的效率，获取准确率更高的故障特征波形，进而获得更准确的线圈匝间短路故障位置。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形；
获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第一相似值；
当所述第一相似值大于预设正常相似值，则判断所述线圈差值响应波形与该第一相似值对应的无故障特征波形相匹配；
当所述第一相似值小于预设正常相似值时获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第二相似值；
获取最接近预设故障相似值的所述第二相似值对应的所述故障特征波形；
获取所述故障特征波形数据库中记录的所述故障特征波形对应的故障位置信息，并根据所述故障位置信息确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。
2.根据权利要求1所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，其特征在于，获取所述无故障特征波形或故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的相似值的步骤为：
其中，ρxy为相似值，N为样本量，xi为线圈差值响应波形，yi为无故障特征波形或故障特征波形。
3.根据权利要求2所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，其特征在于，判断所述线圈差值响应波形与所述无故障特征波形是否匹配的步骤为：
设所述预设正常相似值为0.5；
若所述第一相似值ρxy大于0.5，则所述线圈差值响应波形与无故障特征波形相匹配；
若所述第一相似值ρxy小于0.5，则所述线圈差值响应波形与无故障特征波形不匹配。
4.根据权利要求2所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，其特征在于，获取最接近预设故障相似值的所述第二相似值对应的所述故障特征波形的步骤为：
设所述预设故障相似值为1；
若所述第二相似值ρxy大于0.8小于等于1，则所述线圈差值响应波形与故障特征波形高度相似；
若所述第二相似值ρxy大于等于0.5小于等于0.8，则所述线圈差值响应波形与故障特征波形显著相似；
若所述第二相似值ρxy小于0.5，则所述线圈差值响应波形与故障特征波形不相关。
5.根据权利要求1所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法，其特征在于，所述无故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈无匝间短路故障时的无故障状态的特征波形；
所述故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈不同匝之间发生匝间短路故障时的多个故障状态的特征波形以及对应的故障位置信息。
6.一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，其特征在于，包括：
波形采集单元，用于实时获取发电机转子绕组的线圈差值响应波形；
第一相似值计算单元，用于获取预先设置的无故障特征波形数据库中的无故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第一相似值；
无故障判断单元，用于当所述第一相似值大于预设正常相似值时，判断所述线圈差值响应波形与该第一相似值对应的无故障特征波形相匹配；
第二相似值计算单元，用于当所述第一相似值小于预设正常相似值时获取预先设置的故障特征波形数据库中的全部故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的第二相似值；
故障判断单元，用于获取最接近预设故障相似值的所述第二相似值对应的所述故障特征波形；
故障定位单元，用于获取所述故障特征波形数据库中记录的所述故障特征波形对应的故障位置信息，并根据所述故障位置信息确定发电机转子的线圈匝间短路故障位置。
7.根据权利要求6所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，其特征在于，所述波形采集单元包括：
脉冲控制子单元，用于将产生的连续单脉冲信号分别注入发电机转子线圈的两端。
数据采集子单元，用于采集所述单脉冲信号在发电机转子线圈的两端的反射波与折射波，将所述反射波与折射波作差值运算以获取线圈差值响应波形。
8.根据权利要求6所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，其特征在于，获取所述无故障特征波形或故障特征波形与所述线圈差值响应波形之间的相似值的步骤为：
其中，ρxy为相似值，N为样本量，xi为线圈差值响应波形，yi为无故障特征波形或故障特征波形。
9.根据权利要求8所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，其特征在于，判断所述线圈差值响应波形与所述无故障特征波形是否匹配的步骤为：
设所述预设正常相似值为0.5，
若所述第一相似值ρxy大于0.5，则所述线圈差值响应波形与无故障特征波形相匹配；
若所述第一相似值ρxy小于0.5，则所述线圈差值响应波形与无故障特征波形不匹配；
获取最接近预设故障相似值的所述第二相似值对应的所述故障特征波形的步骤为：
设所述预设故障相似值为1；
若所述第二相似值ρxy大于0.8小于等于1，则所述线圈差值响应波形与故障特征波形高度相似；
若所述第二相似值ρxy大于等于0.5小于等于0.8，则所述线圈差值响应波形与故障特征波形显著相似；
若所述第二相似值ρxy小于0.5，则所述线圈差值响应波形与故障特征波形不相关。
10.根据权利要求6所述的基于特征波形相似度的匝间短路故障定位系统，其特征在于，所述无故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈无匝间短路故障时的无故障状态的特征波形；
所述故障特征波形数据库记录了利用重复脉冲法测试发电机转子线圈不同匝之间发生匝间短路故障时的多个故障状态的特征波形以及对应的故障位置信息。
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