CN111983365B - 一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法 - Google Patents

一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法，首先利用振荡波实验装置获得振荡波曲线，选取起始振荡0.1秒内的振荡波；利用离散小波变换对振荡波曲线进行七级分解，获得原始曲线与分解各级的振荡波曲线；然后计算光滑近似系数的相关系数corr，识别正常情况与故障情况；通过权重化后的最大最小指标Wmm，区分绕组轴向移位故障或径向变形故障；计算波峰波谷偏移量FGDi矩阵，并判断径向变形严重程度；计算标准化差异系数，判断轴向移位严重程度。本发明方法通过离散小波变换，有效降低了现场测试的干扰，丰富了振荡波曲线获得的特征，并提取多级分解后的相应特征，识别变压器绕组变形的类型与严重程度。

Description

一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法
技术领域
本发明涉及电力设备内部故障识别方法，尤其涉及一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法。
背景技术
变压器是电力系统中的重要设备之一，其运行状态的好坏直接决定了电力系统的安全性与稳定性，而绕组变形是影响变压器安全运行的。因此如何监测变压器运行过程中的绕组变形，实时跟踪绕组状态，在其出现严重问题之前做出预警，是变压器绕组状态监测、故障诊断中亟需解决的技术问题。
振荡波方法是近年来提出的变压器绕组诊断方法，因其在低压、高压均进行测试，可一次接线完成多项变压器测试而受到重视，但该方法数据分析处理技术目前尚不成熟，还存在一些急需解决的问题。目前基于振荡波的故障识别方法基本是对振荡波进行直观比较并进行欧式距离等简单判断绕组状态。
由于获得的振荡波曲线为时域曲线，其曲线变化会受到现场测试的干扰，且获得的振荡波波峰波谷关系着诊断方法的正确性。同时，变压器绕组的状态变化会关联其等效电容电感参数的变化，从而影响振荡波波形，事实上绕组变形导致系统结构参数的改变最终都会反映的振荡波曲线的改变来。本发明采用离散小波对振荡波进行多级分解，大大降低了现场测试对振荡波曲线的干扰，然后通过计算其光滑近似系数的相关特征比较得出绕组变形的故障类型与故障程度。因此本发明可提高变压器绕组故障的识别问题。
发明内容
一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法，其特征在于应用了小波变换中的离散小波变换对振荡波曲线进行了多级分解，得到不同情况下光滑近似系数与波峰波谷等相关特征，具体包括以下步骤：
1)利用振荡波实验装置获得变压器绕组正常情况与不同故障程度下的振荡波曲线，得到正常振荡波F0(x)与故障振荡波F1(x)；选取的振荡波曲线时间范围为0.1s，采点共10万个，其中x∈[1,100000]且x∈Z；
2)对获得的振荡波响应F0(x)和F1(x)进行离散小波变换，获得多分辨率情形下重构后的表达式S0(x)和S1(x)为：
Figure GDA0003027984210000021
Figure GDA0003027984210000022
其中，M为分解级数，α0k为S0(x)对应的近似系数，α1k为S1(x)对应的近似系数，β0k为S0(x)对应的细节系数，β1k为S1(x)对应的细节系数，
Figure GDA0003027984210000023
为光滑函数，ψ(x)为应用母波，j,k∈Z且j为尺度；
3)进行多分辨率七级分解，即M＝7，根据多分辨率重构的结果，提取S0(x)和S1(x)的七级光滑近似系数，为
Figure GDA0003027984210000024
Figure GDA0003027984210000025
其中，i≤M,i∈Z，S0i(x)和S1i(x)分别表示S0(x)和S1(x)一到七级的光滑近似系数；
4)计算S0i(x)和S1i(x)各级相关系数corri，
Figure GDA0003027984210000026
其中，S0ia为参考的振荡波响应F0(x)各级光滑近似系数的平均值，S1ia为故障振荡波F1(x)各级光滑近似系数的平均值；
5)若corr7>0.97，且平均相关系数corra>0.98，则变压器绕组状态正常，否则需要进一步分析；
Figure GDA0003027984210000027
6)计算振荡波响应F0(x)和F1(x)最大最小值指标MM，与对应的各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的最大最小值指标MMi：
Figure GDA0003027984210000028
Figure GDA0003027984210000031
7)对最大最小值指标MM和MMi进行权重化处理，将权重化后的最大最小值指标记为Wmm，权重化处理的过程如下：
Figure GDA0003027984210000032
其中，MM1至MM7为各级近似系数的最大最小值指标；
8)评估Wmm大小，当Wmm>A1时，绕组变形为径向变形，转为步骤10)、步骤11)进一步分析，当A1>Wmm时，绕组变形为轴向移位，转为步骤12)、步骤13)进一步分析；
9)计算振荡波响应F0(x)和F1(x)波峰波谷偏移量FGD矩阵，与对应的各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的波峰波谷偏移量FGDi矩阵：
Figure GDA0003027984210000033
Figure GDA0003027984210000034
其中，p为振荡波曲线的波峰波谷处x的值，f1,p为振荡波响应F1(x)各波峰波谷幅值，f0,p为振荡波响应F0(x)各波峰波谷幅值，s1i,p为各级近似系数和S1i(x)各波峰波谷幅值，s0i,p为各级近似系数和S0i(x)各波峰波谷幅值；
10)计算径向变形系数ξ，为
Figure GDA0003027984210000035
其中，“||||1”表示矩阵1范数；
11)若B2>ξ>B1，则变压器绕组为轻度径向变形，若B3>ξ>B2，则变压器绕组为中度径向变形，若ξ>B3，则变压器绕组为严重径向变形；
12)计算各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的标准化差异系数SVi，并将其进行权重化处理，权重化后的标准化差异系数记为Wsv：
Figure GDA0003027984210000036
Figure GDA0003027984210000041
13)若C2>Wsv>C1，则变压器绕组为轻度轴向移位，若C3>Wsv>C2，则变压器绕组为中度轴向移位，若Wsv>C3，则变压器绕组为严重轴向移位。其中，A1、B1、B2、B3与C1、C2和C3相关参数指标是和变压器型号、大小有关的参数。
附图说明
图1为本发明方法所采用的流程框图。
具体实施方式
如图1所示为一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法，其特征在于应用了小波变换中的离散小波变换对振荡波曲线进行了多级分解，得到不同情况下光滑近似系数与波峰波谷等相关特征，具体包括以下步骤：
1)利用振荡波实验装置获得变压器绕组正常情况与不同故障程度下的振荡波曲线，得到正常振荡波F0(x)与故障振荡波F1(x)；选取的振荡波曲线时间范围为0.1s，采点共10万个，其中x∈[1,100000]且x∈Z；
2)对获得的振荡波响应F0(x)和F1(x)进行离散小波变换，获得多分辨率情形下重构后的表达式S0(x)和S1(x)为：
Figure GDA0003027984210000042
Figure GDA0003027984210000043
其中，M为分解级数，α0k为S0(x)对应的近似系数，α1k为S1(x)对应的近似系数，β0k为S0(x)对应的细节系数，β1k为S1(x)对应的细节系数，
Figure GDA0003027984210000044
为光滑函数，ψ(x)为应用母波，j,k∈Z且j为尺度；
3)进行多分辨率七级分解，即M＝7，根据多分辨率重构的结果，提取S0(x)和S1(x)的七级光滑近似系数，为
Figure GDA0003027984210000045
Figure GDA0003027984210000046
其中，i≤M,i∈Z，S0i(x)和S1i(x)分别表示S0(x)和S1(x)一到七级的光滑近似系数；
4)计算S0i(x)和S1i(x)各级相关系数corri，
Figure GDA0003027984210000051
其中，S0ia为参考的振荡波响应F0(x)各级光滑近似系数的平均值，S1ia为故障振荡波F1(x)各级光滑近似系数的平均值；
5)若corr7>0.97，且平均相关系数corra>0.98，则变压器绕组状态正常，否则需要进一步分析；
Figure GDA0003027984210000052
6)计算振荡波响应F0(x)和F1(x)最大最小值指标MM，与对应的各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的最大最小值指标MMi：
Figure GDA0003027984210000053
Figure GDA0003027984210000054
7)对最大最小值指标MM和MMi进行权重化处理，将权重化后的最大最小值指标记为Wmm，权重化处理的过程如下：
Figure GDA0003027984210000055
其中，MM1至MM7为各级近似系数的最大最小值指标；
8)评估Wmm大小，当Wmm>A1时，绕组变形为径向变形，转为步骤10)、步骤11)进一步分析，当A1>Wmm时，绕组变形为轴向移位，转为步骤12)、步骤13)进一步分析；
9)计算振荡波响应F0(x)和F1(x)波峰波谷偏移量FGD矩阵，与对应的各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的波峰波谷偏移量FGDi矩阵：
Figure GDA0003027984210000061
Figure GDA0003027984210000062
其中，p为振荡波曲线的波峰波谷处x的值，f1,p为振荡波响应F1(x)各波峰波谷幅值，f0,p为振荡波响应F0(x)各波峰波谷幅值，s1i,p为各级近似系数和S1i(x)各波峰波谷幅值，s0i,p为各级近似系数和S0i(x)各波峰波谷幅值；
10)计算径向变形系数ξ，为
Figure GDA0003027984210000063
其中，“||||1”表示矩阵1范数；
11)若B2>ξ>B1，则变压器绕组为轻度径向变形，若B3>ξ>B2，则变压器绕组为中度径向变形，若ξ>B3，则变压器绕组为严重径向变形；
12)计算各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的标准化差异系数SVi，并将其进行权重化处理，权重化后的标准化差异系数记为Wsv：
Figure GDA0003027984210000064
Figure GDA0003027984210000065
13)若C2>Wsv>C1，则变压器绕组为轻度轴向移位，若C3>Wsv>C2，则变压器绕组为中度轴向移位，若Wsv>C3，则变压器绕组为严重轴向移位。其中，A1、B1、B2、B3与C1、C2和C3相关参数指标是和变压器型号、大小有关的参数。

Claims (1)

1.一种基于振荡波多级分解的变压器绕组变形检测方法，具体包括以下步骤：
1)利用振荡波实验装置获得变压器绕组正常情况与不同故障程度下的振荡波曲线，得到正常振荡波F0(x)与故障振荡波F1(x)；选取的振荡波曲线时间范围为0.1s，采点共10万个，其中x∈[1,100000]且x∈Z；
2)对获得的振荡波响应F0(x)和F1(x)进行离散小波变换，获得多分辨率情形下重构后的表达式S0(x)和S1(x)为：
Figure FDA0003027984200000011
其中，M为分解级数，α0k为S0(x)对应的近似系数，α1k为S1(x)对应的近似系数，β0k为S0(x)对应的细节系数，β1k为S1(x)对应的细节系数，
Figure FDA0003027984200000012
为光滑函数，ψ(x)为应用母波，j,k∈Z且j为尺度；
3)进行多分辨率七级分解，即M＝7，根据多分辨率重构的结果，提取S0(x)和S1(x)的七级光滑近似系数，为
Figure FDA0003027984200000013
其中，i≤M,i∈Z，S0i(x)和S1i(x)分别表示S0(x)和S1(x)一到七级的光滑近似系数；
4)计算S0i(x)和S1i(x)各级相关系数corri，
Figure FDA0003027984200000014
其中，S0ia为参考的振荡波响应F0(x)各级光滑近似系数的平均值，S1ia为故障振荡波F1(x)各级光滑近似系数的平均值；
5)若corr7>0.97，且平均相关系数corra>0.98，则变压器绕组状态正常，否则需要进一步分析；
Figure FDA0003027984200000015
6)计算振荡波响应F0(x)和F1(x)最大最小值指标MM，与对应的各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的最大最小值指标MMi：
Figure FDA0003027984200000021
7)对最大最小值指标MM和MMi进行权重化处理，将权重化后的最大最小值指标记为Wmm，权重化处理的过程如下：
Figure FDA0003027984200000022
其中，MM1至MM7为各级近似系数的最大最小值指标；
8)评估Wmm大小，当Wmm>A1时，绕组变形为径向变形，转为步骤10)、步骤11)进一步分析，当A1>Wmm时，绕组变形为轴向移位，转为步骤12)、步骤13)进一步分析；
9)计算振荡波响应F0(x)和F1(x)波峰波谷偏移量FGD矩阵，与对应的各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的波峰波谷偏移量FGDi矩阵：
Figure FDA0003027984200000023
其中，p为振荡波曲线的波峰波谷处x的值，f1,p为振荡波响应F1(x)各波峰波谷幅值，f0,p为振荡波响应F0(x)各波峰波谷幅值，s1i,p为各级近似系数和S1i(x)各波峰波谷幅值，s0i,p为各级近似系数和S0i(x)各波峰波谷幅值；
10)计算径向变形系数ξ，为
Figure FDA0003027984200000024
其中，“|| ||1”表示矩阵1范数；
11)若B2>ξ>B1，则变压器绕组为轻度径向变形，若B3>ξ>B2，则变压器绕组为中度径向变形，若ξ>B3，则变压器绕组为严重径向变形；
12)计算各级近似系数S0i(x)和S1i(x)的标准化差异系数SVi，并将其进行权重化处理，权重化后的标准化差异系数记为Wsv：
Figure FDA0003027984200000031
13)若C2>Wsv>C1，则变压器绕组为轻度轴向移位，若C3>Wsv>C2，则变压器绕组为中度轴向移位，若Wsv>C3，则变压器绕组为严重轴向移位。
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