CN111983524B - 一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，通过对去噪后的振荡波信号希尔伯特变换获得其时频特性，计算时频特性曲线波峰、波谷的标准偏移方差系数判断变压器绕组故障类型；然后对正常和故障下的时频特性曲线与横坐标轴所围图形进行二值化处理得到选定频段波峰、波谷的质心，最后提出质心坐标的偏移指数，评估变压器绕组故障程度。

Description

一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法

技术领域

本申请涉及电力设备故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，能够快速、准确有效评估变压器绕组的状态。

背景技术

变压器是电力系统及高铁牵引系统中的最重要的高压设备之一，其安全稳定的运行是保证输变电可靠性的重要前提。同时，变压器是电力系统中故障发生率较高的设备之一，且变压器的检修周期较长，对于大型变压器而言一旦出现故障往往会造成巨大的经济损失。而变压器绕组故障是导致变压器损坏的主要原因，在变压器运输过程中绕组易受到机械碰撞导致变形、绝缘破损等现象，对于变压器安全运行都埋下了隐患。在运行过程中由于复杂的电力运行环境，变压器发生短路时绕组受到巨大的冲击电动力也会造成变形，而在电动力的累计效应下，当绕组发生严重变形最终破坏匝间绝缘导致匝间短路，严重时造成变压器油温升高引起火灾。因此及时的对变的压绕组进行检测、状态评估，对于预防变压器发生突发故障尤为重要。

频率响应法是变压器绕组状态检测的主要手段，但是对于绕组故障的评判需要有充足经验的电力工程师，因此需要进一步研究新颖的检测方法。变压器绕组振荡波是一种简单有效的绕组状态检测方法，但是用振荡波识别绕组故障并没有相关的评判标准，因此亟需要研究一种根据振荡波特征指标用于绕组状态评估方法。

发明内容

本申请提供了一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，为变压器绕组振荡波的特征提取提供了一种参考，以及根据所提出的特征参数能够准确、有效的判断变压器绕组状态。

本申请提供了一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，所述方法包括：

1)、通过振荡波试验平台获取不同故障下的变压器绕组振荡波电压信号，正常情况下振荡波信号标记为：f(t),不同故障下振荡波信号标记为f_ni(t)，t表示振荡波信号的时间序列，n表示故障类型，i表示不同的故障程度取：1％，3％，5％；

2)、利用快速傅里叶变换对振荡波去噪，用希尔伯特变换对振荡波进行时频变换得到：

x(t)、x_ni(t)表示正常和故障下振荡波信号的时域幅度，r(t)、r_ni(t)表示正常和故障下振荡波信号的瞬时频率，r、r_ni正常和故障下振荡波信号频率，H(t,r)、H_ni(t,r_ni)表示振荡波信号的幅度；

3)、对振荡波幅频特性曲线进行特征提取，通过计算获得幅频特性曲线的第j个波峰、波谷的偏移量系数：

“|| ||”表示取向量模运算，“[ ]^T”表示向量的转置运算，

表示正常下幅频特性曲线第j个波峰或者波谷的向量，

表示故障下幅频特性曲线第j个波峰或者波谷的向量，r_j表示正常下幅频特性曲线的第j个波峰或者波谷所处位置的频率，r_nij取值为故障下幅频特性曲线的第j个波峰或者波谷所处位置的频率；

对幅频特性曲线波峰、波谷偏移量系数的标准化后得到标准偏移方差系数：

AC_j表示ED_j标准化后的参数，m表示波峰和波谷的数量，σ表示偏移标准化方差系数；若σ<＝P，代表绕组正常；若σ>P，代表绕组发生了故障，P是和变压器型号、大小、容量有关的参数；

4)、将振荡波频响特性曲线转换为二进制图像，选取正常和故障情况下振荡波频响特性曲线特征频段的波峰和波谷，计算质心坐标为：

CD_f＝(Δx_f,Δy_f)

CD_fn＝(Δx_fn,Δy_fn)

CD_g＝(Δx_g,Δy_g)

CD_gn＝(Δx_gn,Δy_gn)

CD_f、CD_fn、CD_g、CD_gn表示波峰、波谷所在频率段内的质心坐标，Δx_f、Δx_fn、Δy_f、Δy_fn、Δx_g、Δy_g、Δx_gn、Δy_gn表示波峰、波谷质心的x轴和y轴坐标；l_fx、l_fy、l_fnx、l_fny、l_gx、l_gy、l_gnx、l_gny表示所选频段波峰、波谷在x轴和y轴方向的像素点数，S_f、S_fn、S_g、S_gn表示所选频段波峰和波谷与x轴形成二维图形内部的像素点总数；下标f、g代表波峰、波谷，x、y代表x轴和y轴方向；

计算选定特征频段波峰、波谷质心坐标的偏移指数为：

5)、根据质心偏移指数评估变压器绕组状态包括：

当I_f＜CO、I_g＜GO时判断变压器绕组未发生故障；当CO≤I_f＜DO、GO≤I_g＜LO时判断变压器绕组发生轻微故障；当DO≤I_f、LO≤I_g时判断变压器绕组发生重度故障；CO、GO、DO、LO是与变压器型号及变压器绕组故障类型相关的参数。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，采用希尔伯特变换对振荡波时频变换，准确的反映了振荡波信号的局部特征，对正常和故障下的频率特性曲线波峰、波谷的特征提取，并计算了表征振荡波变化特征的相关系数，为变压器绕组评估提供参考，提高绕组状态的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。本申请提供了一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，所述方法的实施步骤包括：

1)、通过振荡波试验平台获取正常和不同故障下的变压器绕组振荡波电压信号，正常情况下振荡波信号标记为：f(t)作为参考曲线,不同故障下振荡波信号标记为f_ni(t)作为待评估的曲线，t表示振荡波信号的时间序列，n表示故障类型，i表示不同的故障程度取：1％，3％，5％；

2)、利用快速傅里叶变换对振荡波去噪，用希尔伯特变换对振荡波进行时频变换：

x(t)、x_ni(t)表示正常和故障下振荡波信号的时域幅度，r(t)、r_ni(t)表示正常和故障下振荡波信号的瞬时频率，r、r_ni正常和故障下振荡波信号频率，H(t,r)、H_ni(t,r_ni)表示振荡波信号的幅度；

3)、对振荡波幅频特性曲线进行特征提取，通过计算获得幅频特性曲线的第j个波峰、波谷的偏移量系数：

“|| ||”表示取向量模运算，“[ ]^T”表示向量的转置运算，

表示正常下幅频特性曲线第j个波峰或者波谷的向量，

表示故障下幅频特性曲线第j个波峰或者波谷的向量，r_j表示正常下幅频特性曲线的第j个波峰或者波谷所处位置的频率，r_nij取值为故障下幅频特性曲线的第j个波峰或者波谷所处位置的频率；

对幅频特性曲线波峰、波谷偏移量系数的标准化后得到标准偏移方差系数：

AC_j表示ED_j标准化后的参数，m表示波峰和波谷的数量，σ表示偏移标准化方差系数；若σ<＝P，表明绕组正常；若σ>P，表明绕组发生了故障，P是和变压器型号、大小、容量有关的参数；

4)、将振荡波频响特性曲线转换为二进制图像，其中像素只有两个值：“0”表示白色，“1”表示黑色，然后将频率轴和幅度轴分别设置为x轴和y轴。图像的宽度(W)和高度(H)分别设置为1998像素和800像素。所选择的振荡波频响特性曲线特征频段的波峰和波谷与x轴围城的图像的w和h足以保留二进制图像中的频率特性曲线提供的值和形状信息，且计算复杂度是可接受的。选取正常和故障情况下振荡波频响特性曲线特征频段的波峰和波谷，计算质心坐标为：

CD_f＝(Δx_f,Δy_f)

CD_fn＝(Δx_fn,Δy_fn)

CD_g＝(Δx_g,Δy_g)

CD_gn＝(Δx_gn,Δy_gn)

CD_f、CD_fn、CD_g、CD_gn表示波峰、波谷所在频率段内的质心坐标，Δx_f、Δx_fn、Δy_f、Δy_fn、Δx_g、Δy_g、Δx_gn、Δy_gn表示波峰、波谷质心的x轴和y轴坐标；l_fx、l_fy、l_fnx、l_fny、l_gx、l_gy、l_gnx、l_gny表示所选频段波峰、波谷在x轴和y轴方向的像素点数，S_f、S_fn、S_g、S_gn表示所选频段波峰和波谷与x轴形成二维图形内部的像素点总数；下标f、g代表波峰、波谷，x、y代表x轴和y轴方向；

计算选定特征频段波峰、波谷质心坐标的偏移指数为：

5)根据质心偏移指数评估变压器绕组状态包括：

当I_f＜CO、I_g＜GO时判断变压器绕组未发生故障；当CO≤I_f＜DO、GO≤I_g＜LO时判断变压器绕组发生轻微故障；当DO≤I_f、LO≤I_g时判断变压器绕组发生重度故障；CO、GO、DO、LO是与变压器型号及变压器绕组故障类型相关的参数。

Claims (1)

1.一种基于振荡波时频变换的变压器绕组故障评估方法，其特征在于：

1)、通过振荡波试验平台获取取正常和不同故障下的变压器绕组振荡波电压信号，正常情况下振荡波信号标记为：f(t),不同故障下振荡波信号标记为f_ni(t)，t表示振荡波信号的时间序列，n表示故障类型，i表示不同的故障程度取：1％，3％，5％；

2)、利用快速傅里叶变换对振荡波去噪，用希尔伯特变换对振荡波进行时频变换得到：

x(t)、x_ni(t)表示正常和故障下振荡波信号的时域幅度，r(t)、r_ni(t)表示正常和故障下振荡波信号的瞬时频率，r、r_ni正常和故障下振荡波信号频率，H(t,r)、H_ni(t,r_ni)表示振荡波信号的幅度；

3)、对振荡波幅频特性曲线进行特征提取，通过计算获得幅频特性曲线的第j个波峰、波谷的偏移量系数：

“|| ||”表示取向量模运算，“[]^T”表示向量的转置运算，

表示正常下幅频特性曲线第j个波峰或者波谷的向量，

表示故障下幅频特性曲线第j个波峰或者波谷的向量，r_j表示正常下幅频特性曲线的第j个波峰或者波谷所处位置的频率，r_nij取值为故障下幅频特性曲线的第j个波峰或者波谷所处位置的频率；

对幅频特性曲线波峰、波谷偏移量系数的标准化后得到标准偏移方差系数：

AC_j表示ED_j标准化后的参数，m表示波峰和波谷的数量，σ表示偏移标准化方差系数；若σ<＝P，代表绕组正常；若σ>P，代表绕组发生了故障，P是和变压器型号、大小、容量有关的参数；

4)、将振荡波频响特性曲线转换为二进制图像，选取正常和故障情况下振荡波频响特性曲线特征频段的波峰和波谷，计算质心坐标为：

CD_f＝(Δx_f,Δy_f)

CD_fn＝(Δx_fn,Δy_fn)

CD_g＝(Δx_g,Δy_g)

CD_gn＝(Δx_gn,Δy_gn)

CD_f、CD_fn、CD_g、CD_gn表示波峰、波谷所在频率段内的质心坐标，Δx_f、Δx_fn、Δy_f、Δy_fn、Δx_g、Δy_g、Δx_gn、Δy_gn表示波峰、波谷质心的x轴和y轴坐标；l_fx、l_fy、l_fnx、l_fny、l_gx、l_gy、l_gnx、l_gny表示所选频段波峰、波谷在x轴和y轴方向的像素点数，S_f、S_fn、S_g、S_gn表示所选频段波峰和波谷与x轴形成二维图形内部的像素点总数；下标f、g代表波峰、波谷，x、y代表x轴和y轴方向；

计算选定特征频段波峰、波谷质心坐标的偏移指数为：

5)、根据质心偏移指数评估变压器绕组状态包括：

当I_f＜CO、I_g＜GO时判断变压器绕组未发生故障；当CO≤I_f＜DO、GO≤I_g＜LO时判断变压器绕组发生轻微故障；当DO≤I_f、LO≤I_g时判断变压器绕组发生重度故障；CO、GO、DO、LO是与变压器型号及变压器绕组故障类型相关的参数。

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