CN110658398B - 一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法 - Google Patents

一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法，包括以下步骤：1)采集两个电压相同、电流不同的工况下变压器油箱表面的振动信号
Figure DDA0002203195790000011
2)对变压器油箱表面的振动信号进行相位校准；3)设变压器的稳态短路振动信号为
Figure DDA0002203195790000012
变压器的空载振动信号为
Figure DDA00022031957900000115
Figure DDA0002203195790000013
其中，
Figure DDA0002203195790000014
由前后上述两个工况下的电流差值引起，由于变压器绕组所受电磁力与电流平方成正比，由此，分离出上述两个工况下变压器的稳态短路振动信号
Figure DDA0002203195790000015
及
Figure DDA0002203195790000016
4)设上述两个工况下变压器油箱表面振动信号采集的功率因数角分别为θ1,θ2，
Figure DDA0002203195790000017
与
Figure DDA0002203195790000018
之间的夹角为
Figure DDA0002203195790000019
Figure DDA00022031957900000110
与
Figure DDA00022031957900000111
的夹角为
Figure DDA00022031957900000112
则有
Figure DDA00022031957900000113
得空载振动信号
Figure DDA00022031957900000114
该方法能够对变压器的空载振动信号及稳态短路振动信号进行分离，且可靠性及准确性较高。

Description

一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法
技术领域
本发明属于变压器振动信号分离技术领域，涉及一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法。
背景技术
变压器是电力系统最重要的设备之一，其安全运行已与国家经济发展紧密的联系了起来。如果变压器出现故障，将导致大面积停电，这样不仅影响了工厂的生产，也影响了民众的生活。因此，为了及时发现变压器的事故隐患，避免突发事故，提高变压器运行的可靠性，开展变压器故障诊断方法的研究具有十分重要的意义。
综合目前国内外关于变压器振动信号分离的研究现状来看，以独立分量分析算法(ICA)为代表主流的盲源分离算法对源信号的独立性要求较高，但由于铁心振动信号与稳态短路振动信号在振幅、频谱中相似度很高，混合矩阵的可靠性存疑，因此主流的盲源分离等盲源分离算法分离出的信号并不能准确地保留绕组及铁心的振动特性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法，该方法能够对变压器的空载振动信号及稳态短路振动信号进行分离，且可靠性及准确性较高。
为达到上述目的，本发明所述的基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法包括以下步骤：
1)采集两个电压相同、电流不同的工况下变压器油箱表面的振动信号
Figure BDA0002203195770000021
2)对变压器油箱表面的振动信号进行相位校准；
3)设变压器的稳态短路振动信号为
Figure BDA0002203195770000022
变压器的空载振动信号为
Figure BDA0002203195770000023
其中，
Figure BDA0002203195770000024
由前后上述两个工况下的电流差值引起，由于变压器绕组所受电磁力与电流平方成正比，由此，分离出上述两个工况下变压器的稳态短路振动信号
Figure BDA0002203195770000025
及
Figure BDA0002203195770000026
4)设上述两个工况下变压器油箱表面振动信号采集的功率因数角分别为θ1,θ2，
Figure BDA0002203195770000027
与
Figure BDA0002203195770000028
之间的夹角为
Figure BDA0002203195770000029
与
Figure BDA00022031957700000210
的夹角为
Figure BDA00022031957700000211
则有
Figure BDA00022031957700000212
Figure BDA00022031957700000213
且存在以下关系：
Figure BDA00022031957700000214
Figure BDA00022031957700000215
根据上式，得空载振动信号
Figure BDA00022031957700000216
步骤2)的具体操作为：设变压器的空载振动信号为
Figure BDA00022031957700000217
变压器的稳态短路振动信号为
Figure BDA00022031957700000218
通过振动测量系统采集变压器油箱表面的振动信号，通过高压探头测量变压的电压信号，并将变压器油箱表面振动信号的相角与变压器电压信号的相角相减的结果作为相位校准完成后变压器油箱表面振动信号的相角。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法在具体操作时，测量两个电压相同、电流不同的工况下变压器油箱表面的振动信号，然后基于上述两个工况下变压器油箱表面的振动信号分离出变压器的稳态短路振动信号及变压器空载振动信号，操作简单、方便，可靠性及准确性较高。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为变压器振动基频信号分离相量图；
图3为三相试验变压器及测点选择示意图；
图4为电压400V工况下振动信号的分离结果图；
图5为电压400V工况下分离结果的箱线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法包括以下步骤：
1)采集在变负载工况下变压器油箱表面的振动信号
Figure BDA0002203195770000031
其中，在采集变压器油箱表面的振动信号时模拟实际运行中电压通常波动较小，而电流随负载的变化随时发生突变，测量两个电压相同、电流不同的工况下变压器油箱表面的振动信号
Figure BDA0002203195770000032
2)设变压器的空载振动信号为
Figure BDA0002203195770000033
变压器的稳态短路振动信号为
Figure BDA0002203195770000034
通过振动测量系统采集变压器油箱表面的振动信号，通过高压探头测量变压的电压信号，并将变压器油箱表面振动信号的相角与变压器电压信号的相角相减的结果作为相位校准完成后变压器振动信号的相角；
3)设变压器的稳态短路振动信号为
Figure BDA0002203195770000035
变压器的空载振动信号为
Figure BDA0002203195770000041
振动信号
Figure BDA0002203195770000042
空载振动信号
Figure BDA0002203195770000043
及稳态短路振动信号
Figure BDA0002203195770000044
的相位关系如图2所示，由图2可知，
Figure BDA0002203195770000045
其中，
Figure BDA0002203195770000046
由前后上述两个工况下的电流差值引起，由于变压器绕组所受电磁力与电流平方成正比，由此，分离出上述两个工况下变压器的稳态短路振动信号
Figure BDA0002203195770000047
及
Figure BDA0002203195770000048
4)设上述两个工况下变压器油箱表面振动信号采集的功率因数角分别为θ1,θ2，
Figure BDA0002203195770000049
与
Figure BDA00022031957700000410
之间的夹角为
Figure BDA00022031957700000411
与
Figure BDA00022031957700000412
的夹角为
Figure BDA00022031957700000413
则有
Figure BDA00022031957700000414
Figure BDA00022031957700000415
则存在以下关系：
Figure BDA00022031957700000416
Figure BDA00022031957700000417
根据上式，得空载振动信号
Figure BDA00022031957700000418
基于振动分析法所测的变压器油箱表面信号包含了铁心及绕组等部件丰富的振动信息，振动信号自振动源产生以后，经过混叠及互相作用，经过变压油、油箱固件等一系列通道传递到变压器表面。因此，油箱表面所测信号为铁心与绕组的混合信号，本发明积极开展了所述两个组件振动信号的分离，以提高故障诊断的准确度，及时发现故障隐患，创造了巨大的经济和社会效益。
实施例一
本发明将基于功率因数角修正的变压器振动基频信号方法用于分离阻性负载工况下混合振动信号中，试验变压器及测点选择如图3所示，在振动信号的采集过程中，为防止试验结果的偶然性，对每个测点同种工况下的振动信号采集3次，且在进行同一台变压器的多次振动测试时，传感器位置保持不变。
纯阻性负载试验方案：选择电压400V下进行变负载试验。控制试验变压器的电压值恒定，改变纯阻性负载的功率档位，记录该电压电流值以及功率因数，如表1所示。
表1
Figure BDA0002203195770000051
为验证分离结果的准确性，除了要进行变负载试验外，还需采集空载400V电压下变压器油箱表面振动信号以及及对应稳态短路电流下的变压器油箱表面振动信号，作为空载和稳态短路振动源信号。
以电压400V、电流41.67A下的振动信号和电压400V、电流48.56A下的振动信号为例，做出其分离所得振动信号与对应源信号的比较，分离结果如图4所示。
为了更全面、准确地衡量本发明的可行性，引入相对误差，计算所有测点所有工况分离结果的相对误差值并绘制箱线图，如图5所示。
在电压400V工况下，测点1的最大值在20％左右，其余各点的相对误差均在20％之下，整体分离效果理想。
当需要分离感性或者容性负载工况下混合振动信号，只需要将电容负载或者电感负载与变压器输出侧连接，即可采用本发明进行振动信号的分离。

Claims (1)

1.一种基于功率因数角修正的变压器振动基频信号分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采集两个电压相同、电流不同的工况下变压器油箱表面的振动信号
Figure FDA0002995418870000011
2)对变压器油箱表面的振动信号进行相位校准；
3)设变压器的稳态短路振动信号为
Figure FDA0002995418870000012
变压器的空载振动信号为
Figure FDA0002995418870000013
Figure FDA0002995418870000014
其中，
Figure FDA0002995418870000015
由前后上述两个工况下的电流差值引起，由于变压器绕组所受电磁力与电流平方成正比，由此，分离出上述两个工况下变压器的稳态短路振动信号
Figure FDA0002995418870000016
及
Figure FDA0002995418870000017
4)设上述两个工况下变压器油箱表面振动信号采集的功率因数角分别为θ1,θ2，
Figure FDA0002995418870000018
与
Figure FDA0002995418870000019
之间的夹角为
Figure FDA00029954188700000110
Figure FDA00029954188700000111
与
Figure FDA00029954188700000112
的夹角为
Figure FDA00029954188700000113
则有
Figure FDA00029954188700000114
Figure FDA00029954188700000115
且存在以下关系：
Figure FDA00029954188700000116
Figure FDA00029954188700000117
根据上式，得空载振动信号
Figure FDA00029954188700000118
χ为
Figure FDA00029954188700000119
与
Figure FDA00029954188700000120
的夹角；
步骤2)的具体操作为：通过振动测量系统采集变压器油箱表面的振动信号，通过高压探头测量变压器的电压信号，并将变压器油箱表面振动信号的相角与变压器电压信号的相角相减的结果作为相位校准完成后变压器油箱表面振动信号的相角。
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