CN112198386A - 一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法和系统 - Google Patents

一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法和系统 Download PDF

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CN112198386A
CN112198386A CN202011068042.0A CN202011068042A CN112198386A CN 112198386 A CN112198386 A CN 112198386A CN 202011068042 A CN202011068042 A CN 202011068042A CN 112198386 A CN112198386 A CN 112198386A
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翟明岳
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Guangdong University of Petrochemical Technology
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Abstract

本发明的实施例公开一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法和系统，所述方法包括：步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；步骤102求取状态矢量
Figure DDA0002714423800000011
步骤103求取实测状态矢量τ；步骤104判断变压器运行状态。

Description

一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法和系统
技术领域
本发明涉及电力领域，特别是涉及一种变压器运行状态振声检测方法及系统。
背景技术
随着智能电网的高速发展，电力设备安全稳定运行显得尤其重要。目前，对超高压及以上电压等级的电力设备开展运行状态检测，尤其是对异常状态的检测显得愈加重要和迫切。电力变压器作为电力系统的重要组成部分，是变电站中最重要的电气设备之一，其可靠运行关系到电网的安全。
变压器运行状态检测的基本原理是提取变压器运行中的各个特征量，分析、辨识并跟踪特征量以此监测变压器的异常运行状态。当前变压器运行状态的常用检测方法中，包括检测局部放电的脉冲电流法和超声波检测法、检测绕组变形的频率响应法以及检测机械及电气故障的振动检测法等。这些检测方法主要检测变压器绝缘状况及机械结构状况，其中以变压器振动信号(振声)的检测最为全面，对于大部分变压器故障及异常状态均能有所反应。
虽然变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
发明内容
如前所述，变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
本发明的目的是提供一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法和系统，所提出的方法利用了不同运行状态下变压器振声信号差值与背景噪声差值在通用优化方面的差异，提高了状态监测的性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法，包括：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取状态矢量
Figure BDA0002714423780000011
具体为：所述状态矢量
Figure BDA0002714423780000012
的第n个元素为
Figure BDA0002714423780000013
其求取方法为：如果
Figure BDA0002714423780000014
且
Figure BDA0002714423780000015
那么
Figure BDA0002714423780000016
否则
Figure BDA0002714423780000017
其中：
Figure BDA0002714423780000018
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure BDA0002714423780000019
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure BDA0002714423780000021
i1＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA0002714423780000022
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure BDA0002714423780000023
i2＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA0002714423780000024
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure BDA0002714423780000025
in-1＝1,2,···,N：所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure BDA0002714423780000026
所述信号序列S的第i1个元素
Figure BDA0002714423780000027
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure BDA0002714423780000028
所述信号序列S的第i2个元素
Figure BDA0002714423780000029
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure BDA00027144237800000210
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure BDA00027144237800000211
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure BDA00027144237800000212
中元素的序号；
步骤103求取实测状态矢量
Figure BDA00027144237800000213
具体为：
Figure BDA00027144237800000214
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure BDA00027144237800000215
所述变压器非正常状态信
号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
步骤104判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量
Figure BDA00027144237800000216
不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测系统，包括：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取状态矢量
Figure BDA0002714423780000031
具体为：所述状态矢量
Figure BDA0002714423780000032
的第n个元素为
Figure BDA0002714423780000033
其求取方法为：如果
Figure BDA0002714423780000034
且
Figure BDA0002714423780000035
那么
Figure BDA0002714423780000036
否则
Figure BDA0002714423780000037
其中：
Figure BDA0002714423780000038
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure BDA0002714423780000039
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000310
i1＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA00027144237800000311
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000312
i2＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA00027144237800000313
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000314
in-1＝1,2,···,N：所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure BDA00027144237800000315
所述信号序列S的第i1个元素
Figure BDA00027144237800000316
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure BDA00027144237800000317
所述信号序列S的第i2个元素
Figure BDA00027144237800000318
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure BDA00027144237800000319
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure BDA00027144237800000320
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure BDA00027144237800000321
中元素的序号；
模块203求取实测状态矢量
Figure BDA00027144237800000322
具体为：
Figure BDA00027144237800000323
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure BDA00027144237800000324
所述变压器非正常状态信
号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
模块204判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量
Figure BDA0002714423780000041
不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
如前所述，变压器振声检测方法在变压器运行状态监测中有着广泛的应用，且技术相对成熟，但是由于振声检测方法利用了变压器发出的振动信号，很容易受到环境噪声的影响，所以此方法在实际工作环境中应用时常常得不到令人满意的结果。
本发明的目的是提供一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法和系统，所提出的方法利用了不同运行状态下变压器振声信号差值与背景噪声差值在通用优化方面的差异，提高了状态监测的性能。所提出的方法具有较好的鲁棒性，计算也较为简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的系统流程示意图；
图3为本发明的具体实施案例流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法的流程示意图
图1为本发明一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法的流程示意图。如图1所示，所述的一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法具体包括以下步骤：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取状态矢量
Figure BDA0002714423780000042
具体为：所述状态矢量
Figure BDA0002714423780000043
的第n个元素为
Figure BDA0002714423780000044
其求取方法为：如果
Figure BDA0002714423780000045
且
Figure BDA0002714423780000046
那么
Figure BDA0002714423780000047
否则
Figure BDA0002714423780000048
其中：
Figure BDA0002714423780000049
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure BDA0002714423780000051
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure BDA0002714423780000052
i1＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA0002714423780000053
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure BDA0002714423780000054
i2＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA0002714423780000055
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure BDA0002714423780000056
in-1＝1,2,···,N：所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure BDA0002714423780000057
所述信号序列S的第i1个元素
Figure BDA0002714423780000058
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure BDA0002714423780000059
所述信号序列S的第i2个元素
Figure BDA00027144237800000510
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure BDA00027144237800000511
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure BDA00027144237800000512
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure BDA00027144237800000513
中元素的序号；
步骤103求取实测状态矢量
Figure BDA00027144237800000514
具体为：
Figure BDA00027144237800000515
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure BDA00027144237800000516
所述变压器非正常状态信
号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
步骤104判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量
Figure BDA00027144237800000517
不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
图2一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测系统的结构意图
图2为本发明一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测系统的结构示意图。如图2所示，所述一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测系统包括以下结构：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取状态矢量
Figure BDA0002714423780000061
具体为：所述状态矢量
Figure BDA0002714423780000062
的第n个元素为
Figure BDA0002714423780000063
其求取方法为：如果
Figure BDA0002714423780000064
且
Figure BDA0002714423780000065
那么
Figure BDA0002714423780000066
否则
Figure BDA0002714423780000067
其中：
Figure BDA0002714423780000068
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure BDA0002714423780000069
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000610
i1＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA00027144237800000611
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000612
i2＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA00027144237800000613
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000614
in-1＝1,2,···,N：所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure BDA00027144237800000615
所述信号序列S的第i1个元素
Figure BDA00027144237800000616
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure BDA00027144237800000617
所述信号序列S的第i2个元素
Figure BDA00027144237800000618
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure BDA00027144237800000619
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure BDA00027144237800000620
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure BDA00027144237800000621
中元素的序号；
模块203求取实测状态矢量
Figure BDA00027144237800000622
具体为：
Figure BDA00027144237800000623
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure BDA0002714423780000071
所述变压器非正常状态信
号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
模块204判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量τ不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
下面提供一个具体实施案例，进一步说明本发明的方案
图3为本发明具体实施案例的流程示意图。如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤301获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤302求取状态矢量
Figure BDA0002714423780000072
具体为：所述状态矢量
Figure BDA0002714423780000073
的第n个元素为
Figure BDA0002714423780000074
其求取方法为：如果
Figure BDA0002714423780000075
且
Figure BDA0002714423780000076
那么
Figure BDA0002714423780000077
否则
Figure BDA0002714423780000078
其中：
Figure BDA0002714423780000079
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure BDA00027144237800000710
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000711
i1＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA00027144237800000712
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000713
i2＝1,2,···,N：所述信号序列S的元素序号
Figure BDA00027144237800000714
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure BDA00027144237800000715
in-1＝1,2,···,N：所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure BDA00027144237800000716
所述信号序列S的第i1个元素
Figure BDA00027144237800000717
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure BDA00027144237800000718
所述信号序列S的第i2个元素
Figure BDA0002714423780000081
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure BDA0002714423780000082
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure BDA0002714423780000083
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure BDA0002714423780000084
中元素的序号；
步骤303求取实测状态矢量
Figure BDA0002714423780000085
具体为：
Figure BDA0002714423780000086
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure BDA0002714423780000087
所述变压器非正常状态信
号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
步骤304判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量
Figure BDA0002714423780000088
不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测方法，其特征在于，包括：
步骤101获取按时间顺序采集的信号序列S；
步骤102求取状态矢量
Figure FDA0002714423770000011
具体为：所述状态矢量
Figure FDA0002714423770000012
的第n个元素为
Figure FDA0002714423770000013
其求取方法为：如果
Figure FDA0002714423770000014
且
Figure FDA0002714423770000015
Figure FDA0002714423770000016
那么
Figure FDA0002714423770000017
否则
Figure FDA0002714423770000018
其中：
Figure FDA0002714423770000019
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure FDA00027144237700000110
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure FDA00027144237700000111
Figure FDA00027144237700000112
所述信号序列S的元素序号
Figure FDA00027144237700000113
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure FDA00027144237700000114
Figure FDA00027144237700000115
所述信号序列S的元素序号
Figure FDA00027144237700000116
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure FDA00027144237700000117
Figure FDA00027144237700000118
所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure FDA00027144237700000119
所述信号序列S的第i1个元素
Figure FDA00027144237700000120
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure FDA00027144237700000121
所述信号序列S的第i2个元素
Figure FDA00027144237700000122
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure FDA00027144237700000123
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure FDA00027144237700000124
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure FDA00027144237700000125
中元素的序号；
步骤103求取实测状态矢量
Figure FDA00027144237700000126
具体为：
Figure FDA00027144237700000127
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure FDA00027144237700000128
所述变压器非正常状态信号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
步骤104判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量
Figure FDA0002714423770000021
不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
2.一种利用通用优化的变压器运行状态振声检测系统，其特征在于，包括：
模块201获取按时间顺序采集的信号序列S；
模块202求取状态矢量
Figure FDA0002714423770000022
具体为：所述状态矢量
Figure FDA0002714423770000023
的第n个元素为
Figure FDA0002714423770000024
其求取方法为：如果
Figure FDA0002714423770000025
且
Figure FDA0002714423770000026
Figure FDA0002714423770000027
那么
Figure FDA0002714423770000028
否则
Figure FDA0002714423770000029
其中：
Figure FDA00027144237700000210
状态判断阈值
m0：所述信号序列S的均值
σ0：所述信号序列S的均方差
Figure FDA00027144237700000211
i1处的信号差值
如果i1＝1，则所述信号差值
Figure FDA00027144237700000212
Figure FDA00027144237700000213
所述信号序列S的元素序号
Figure FDA00027144237700000214
i2处的信号差值
如果i2＝1，则所述信号差值
Figure FDA00027144237700000215
Figure FDA00027144237700000216
所述信号序列S的元素序号
Figure FDA00027144237700000217
in-1处的信号差值
如果in-1＝1，则所述信号差值
Figure FDA00027144237700000218
Figure FDA00027144237700000219
所述信号序列S中元素序号
N：所述信号序列S的长度
Figure FDA00027144237700000220
所述信号序列S的第i1个元素
Figure FDA00027144237700000221
所述信号序列S的第i1-1个元素
Figure FDA00027144237700000222
所述信号序列S的第i2个元素
Figure FDA00027144237700000223
所述信号序列S的第i2-1个元素
Figure FDA00027144237700000224
所述信号序列S的第in-1个元素
Figure FDA00027144237700000225
所述信号序列S的第in个元素
n＝1,2,···,N：所述候选状态矢量
Figure FDA00027144237700000226
中元素的序号；
模块203求取实测状态矢量
Figure FDA00027144237700000227
具体为：
Figure FDA00027144237700000228
其中，
ΔS＝[0,s2-s1,s3-s2,···,sN-sN-1]：差分序列
A＝[aij]N×N：变压器非正常状态信号矩阵
Figure FDA00027144237700000229
所述变压器非正常状态信号矩阵A的第i行第j列元素
f0：所述信号序列S的中心频率
ΔT：所述信号序列S的采样间隔
α为中间矢量，其第j个元素为αj，取值为αj＝1,2,···,N；
模块204判断变压器运行状态，具体为：如果实测状态矢量τ不为空，则说明变压器在采样期间[0,(N-1)ΔT]内处于非正常运行状态；否则变压器处于正常运行状态。
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