CN111308287A - 一种牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法。通过变压器表面放置的四个超声波传感器获得超声波信号并去噪；然后分析采集的超声波波形得到波形特征参数，波形特征参数包括峰值‑上升时间比，峭度，峰值频率和频谱质心；随后获取超声波信号的路径判断系数，判断系数可以鉴别超声波信号的传播路径；最后通过建立并求解时差方程得到局部放电源坐标。该方法有效提升了变压器局放放电定位精度和定位效率。

Description

一种牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法
技术领域
本发明属于牵引供电设备在线监测技术领域，具体涉及牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法。
背景技术
牵引变压器是牵引供电系统中至关重要的设备，其安全运行意义重大。大量资料表明，导致牵引变压器故障的主要原因是其绝缘性能的劣化。局部放电是变压器绝缘劣化的主要原因也是主要征兆之一，对其进行在线检测和精确定位具有重要的意义。变压器局部放电时会产生超声波信号，因此通过检测超声波信号对变压器局部放电进行检测与定位。
由于牵引变压器结构复杂，常规方法难以区分超声波信号的传播路径为直接路径或非直接路径。目前的局部放电超声波定位法常忽略变压器结构对传播路径的影响，将超声波传播路径都简化为直线传播至超声波传感器，造成局部放电定位误差较大。因此，急需一种牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法，能够识别超声波信号的传播路径进而减小定位误差。
发明内容
为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法，包括如下步骤：
第一步，获取超声波信号及去噪：
获取四个超声波传感器接收到的超声波信号si，其中i＝1，2，3，4为所述超声波传感器的编号；s1为第1超声波传感器接收到的超声波信号，s2为第2超声波传感器接收到的超声波信号，s3为第3超声波传感器接收到的超声波信号，s4为第4超声波传感器接收到的超声波信号；
第1超声波传感器的坐标为(x1,y1,z1)，第2超声波传感器的坐标为(x2,y2,z2)，第3超声波传感器的坐标为(x3,y3,z3)，第4超声波传感器的坐标为(x4,y4,z4)，局部放电源的坐标为(xp,yp,zp)；
利用小波去噪方法对所述超声波信号si去噪；
利用广义互相关法获取超声波信号s2与超声波信号s1之间到达时间差t21、超声波信号s3与超声波信号s1之间到达时间差t31、超声波信号s4与超声波信号s1之间到达时间差t41；
第二步，获取超声波信号的波形特征参数：
获取所述超声波信号si的峰值-上升时间比PRRi、峭度Kui、峰值频率PFi和频谱质心SCi；
所述峰值-上升时间比PRRi为：所述超声波信号si的峰值与所述超声波信号si的上升时间之比，单位为V/s；
所述峭度Kui的计算公式为：
Figure BDA0002402259810000011
其中，Ni为所述超声波信号si的总采样点数，s(k)为所述超声波信号si的第k点信号；
所述峰值频率PFi为：所述超声波信号si的幅度频谱图中，频谱幅值峰值所对应的频率，单位为Hz；
所述频谱质心SCi的计算公式为：
Figure BDA0002402259810000021
其中，fk为所述超声波信号si的幅度频谱图中的第k个频率，Ak为该频率对应的频谱幅值，SCi的单位为Hz；
第三步，获取超声波信号的路径判断系数：
所述上升时间-峰值比RPRi、峭度Kui、峰值频率PFi和频谱质心SCi代入设定的评估模型获取所述超声波信号si的路径判断系数；所述设定的评估模型为
λi＝7(RPRi-6189)+18(Kui-9.32)+5(PFi+SCi-268000)
其中，λi为所述超声波信号si的路径判断系数，λi≥0表示si沿直接路径最快传播到第i超声波传感器，λi＜0表示si沿非直接路径最快传播到第i超声波传感器；
第四步，建立时差方程组：
建立如下时差方程组：
Figure BDA0002402259810000022
其中，voil为超声波信号在变压器油中的传播速度，vwall为超声波信号在变压器油箱壁中的传播速度，l1为变压器在x方向的长度，l2为变压器在y方向的长度；
第五步，求解时差方程组：
求解所述时差方程组，获得(xp,yp,zp)的值，即为局部放电源坐标。
本发明的有益效果在于，该方法考虑了变压器结构带来的影响，区分了超声波信号的传播路径为直接路径或非直接路径，极大地提高了变压器局部放电定位精度。
附图说明
图1为基于识别超声波信号传播路径的局部放电定位方法的流程图。
图2为变压器方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图与案例对本发明的实施流程作进一步详述。
第一步，获取超声波信号及去噪：
获取四个超声波传感器接收到的超声波信号si，其中i＝1，2，3，4为所述超声波传感器的编号；s1为第1超声波传感器接收到的超声波信号，s2为第2超声波传感器接收到的超声波信号，s3为第3超声波传感器接收到的超声波信号，s4为第4超声波传感器接收到的超声波信号；
第1超声波传感器的坐标为(x1,y1,z1)，第2超声波传感器的坐标为(x2,y2,z2)，第3超声波传感器的坐标为(x3,y3,z3)，第4超声波传感器的坐标为(x4,y4,z4)，局部放电源的坐标为(xp,yp,zp)；
利用小波去噪方法对所述超声波信号si去噪；
利用广义互相关法获取超声波信号s2与超声波信号s1之间到达时间差t21、超声波信号s3与超声波信号s1之间到达时间差t31、超声波信号s4与超声波信号s1之间到达时间差t41；
第二步，获取超声波信号的波形特征参数：
获取所述超声波信号si的峰值-上升时间比PRRi、峭度Kui、峰值频率PFi和频谱质心SCi；
所述峰值-上升时间比PRRi为：所述超声波信号si的峰值与所述超声波信号si的上升时间之比，单位为V/s；
所述峭度Kui的计算公式为：
Figure BDA0002402259810000031
其中，Ni为所述超声波信号si的总采样点数，s(k)为所述超声波信号si的第k点信号；
所述峰值频率PFi为：所述超声波信号si的幅度频谱图中，频谱幅值峰值所对应的频率，单位为Hz；
所述频谱质心SCi的计算公式为：
Figure BDA0002402259810000032
其中，fk为所述超声波信号si的幅度频谱图中的第k个频率，Ak为该频率对应的频谱幅值，SCi的单位为Hz；
第三步，获取超声波信号的路径判断系数：
所述上升时间-峰值比RPRi、峭度Kui、峰值频率PFi和频谱质心SCi代入设定的评估模型获取所述超声波信号si的路径判断系数；所述设定的评估模型为
λi＝7(RPRi-6189)+18(Kui-9.32)+5(PFi+SCi-268000)
其中，λi为所述超声波信号si的路径判断系数，λi≥0表示si沿直接路径最快传播到第i超声波传感器，λi＜0表示si沿非直接路径最快传播到第i超声波传感器；
第四步，建立时差方程组：
建立如下时差方程组：
Figure BDA0002402259810000041
其中，voil为超声波信号在变压器油中的传播速度，vwall为超声波信号在变压器油箱壁中的传播速度，l1为变压器在x方向的长度，l2为变压器在y方向的长度，如图2所示；
第五步，求解时差方程组：
求解所述时差方程组，获得(xp,yp,zp)的值，即为局部放电源坐标。

Claims (1)

1.一种牵引变压器局部放电故障点超声定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，获取超声波信号及去噪：
获取四个超声波传感器接收到的超声波信号si，其中i＝1，2，3，4为所述超声波传感器的编号；s1为第1超声波传感器接收到的超声波信号，s2为第2超声波传感器接收到的超声波信号，s3为第3超声波传感器接收到的超声波信号，s4为第4超声波传感器接收到的超声波信号；
第1超声波传感器的坐标为(x1,y1,z1)，第2超声波传感器的坐标为(x2,y2,z2)，第3超声波传感器的坐标为(x3,y3,z3)，第4超声波传感器的坐标为(x4,y4,z4)，局部放电源的坐标为(xp,yp,zp)；
利用小波去噪方法对所述超声波信号si去噪；
利用广义互相关法获取超声波信号s2与超声波信号s1之间到达时间差t21、超声波信号s3与超声波信号s1之间到达时间差t31、超声波信号s4与超声波信号s1之间到达时间差t41；
第二步，获取超声波信号的波形特征参数：
获取所述超声波信号si的峰值-上升时间比PRRi、峭度Kui、峰值频率PFi和频谱质心SCi；
所述峰值-上升时间比PRRi为：所述超声波信号si的峰值与所述超声波信号si的上升时间之比，单位为V/s；
所述峭度Kui的计算公式为：
Figure FDA0002402259800000011
其中，Ni为所述超声波信号si的总采样点数，s(k)为所述超声波信号si的第k点信号；
所述峰值频率PFi为：所述超声波信号si的幅度频谱图中，频谱幅值峰值所对应的频率，单位为Hz；
所述频谱质心SCi的计算公式为：
Figure FDA0002402259800000012
其中，fk为所述超声波信号si的幅度频谱图中的第k个频率，Ak为该频率对应的频谱幅值，SCi的单位为Hz；
第三步，获取超声波信号的路径判断系数：
所述上升时间-峰值比RPRi、峭度Kui、峰值频率PFi和频谱质心SCi代入设定的评估模型获取所述超声波信号si的路径判断系数；所述设定的评估模型为
λi＝7(RPRi-6189)+18(Kui-9.32)+5(PFi+SCi-268000)
其中，λi为所述超声波信号si的路径判断系数，λi≥0表示si沿直接路径最快传播到第i超声波传感器，λi＜0表示si沿非直接路径最快传播到第i超声波传感器；
第四步，建立时差方程组：
建立如下时差方程组：
Figure FDA0002402259800000021
其中，voil为超声波信号在变压器油中的传播速度，vwall为超声波信号在变压器油箱壁中的传播速度，l1为变压器在x方向的长度，l2为变压器在y方向的长度；
第五步，求解时差方程组：
求解所述时差方程组，获得(xp,yp,zp)的值，即为局部放电源坐标。
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