CN113049086B - 用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法，包括如下步骤：采集变压器初始的背景噪声，获取初始背景噪声的特征频段；计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；仿真获取变压器在不同故障类型下的噪声，获取各故障噪声对应的特征频段；将变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障类型对应的故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型对应噪声的特征频段。本发明建立了用于变压器声学诊断的动态数据库，该动态数据库为变声器故障的快速检测提供可靠,便利的数据支撑，此外，该动态数据库考虑了时间对变压器结构的影响，同时基于仿真来获取各类故障的故障特征频率，提高了故障检测的精准度。

Description

用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法及装置。

背景技术

可听声诊断技术是近年来发展起来的新型诊断技术，通过分析噪声频段为20Hz至20kHz的可听声信号判断变压器运行状态。现有的变压器故障诊断大多是基于自学习的方法进行，该类方法需要大量的变压器故障数据作为支撑，由于变压器故障的偶然性，很难获取各类故障的故障数据，更不用说大量的变压器故障数据，因此，现有的变压器诊断方法存在训练获样本取难、获取周期长的问题。

发明内容

本发明提供一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法，旨在改善上述问题。

本发明是这样实现的，一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1、采集变压器初始背景噪声，获取初始背景噪声的特征频段，初始背景噪声是指出厂时刻的变压器背景噪声；

S2、背景噪声随时间变化，计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；

S3、仿真获取变压器在不同故障类型下的噪声，即为故障噪声，获取各故障噪声对应的特征频段；

S4、将变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障对应故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型对应噪声的特征频段，即获取了用于变压器声学诊断的动态数据库。

进一步的，不同使用年限后的背景噪声特征频段计算公式如下：

式中，E_(t)表示变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，E₀是变压器的初始背景噪声的特征频段；t为变压器的使用时间，单位为年；T为衰减时间常数。

进一步的，在步骤S3之后还包括：

实时采集变压器当前噪声的特征频段，将该噪声的特征频段与该使用年限下的各故障类型对应的噪声特征频段进行比对，若变压器当前发出噪声的特征频段与某一故障类型对应的噪声特征频段的相似度大于设定阈值，则认定变压器发生对应类型的故障。

进一步的，衰减时间常数T通过预先标定的方式获取，所述衰减时间常数T的标定方法包括：对同种型号的变压器进行噪声测量，得到相同变压器不同使用时间下的噪声水平，将噪声水平、变压器的使用时间带入到公式(1)中，从而计算得到该型号变压器的衰减时间常数T。

本发明是这样实现的，一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成装置，所述装置包括：

设置于变压器上的电容式声传感器，电容式声传感器用于采集变压器的噪声，将初始的背景噪声输出至特征频段解析单元；

集成于计算机的仿真单元，用于仿模拟真变压器的各类故障，输出各类故障对应的噪声至特征频段解析单元，

特征频段解析单元，用于获取输入噪声的特征频段，包括初始背景噪声的特征频段及各类故障对应噪声的特征频段，将初始背景噪声的特征频段输出至背景噪声预估单元，将各类故障对应噪声的特征频段输出至合成单元；

背景噪声预估单元，基于初始背景噪声的特征频段来预估变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，输出至合成单元；

合成单元，基于变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障对应故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型对应噪声的特征频段，并存储至动态数据库。

进一步的，所述装置还包括：

故障识别单元，接收变压器当前的噪声特征频段，将该噪声特征频段与该使用年限下的各故障类型对应的噪声特征频段进行比对，若变压器当前发出的噪声特征频段与某一故障类型对应的噪声特征频段的相似度大于设定阈值，则认定变压器发生对应类型的故障。

进一步的，背景噪声预估单元基于公式(1)来计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；

式中，E_(t)表示变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，E₀是变压器的初始背景噪声的特征频段；t为变压器的使用时间，单位为年；T为衰减时间常数。

本发明建立了用于变压器声学诊断的动态数据库，该动态数据库为变声器故障的快速检测提供可靠,便利的数据支撑，此外，该动态数据库考虑了时间对变压器结构的影响，同时基于仿真来获取各类故障的故障特征频率，提高了故障检测的精准度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法流程图；

图2为本发明实施例提供的用于变压器声学诊断的动态数据库形成装置的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

图1为本发明实施例提供的用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法流程图，用于干式变压器，该方法具体包括如下步骤：

S1、采集变压器初始的背景噪声，获取初始背景噪声的特征频段，初始的背景噪声是指出厂时刻的变压器背景噪声；

本发明中的噪声特征频段可以理解为指定噪声的频段特征值，变压器的噪声是通过传感器来进行采集的，传感器需要满足如下条件：1)尺寸较小便于安放和携带、不影响被测设备的正常运行；2)传感器获取声频范围可足以覆盖包括变压器在内的电气设备运行发出的可听声音；3)采集变压器初始噪声采用电容式声传感器，其具有本体噪声较低而且动态范围较广可提供正确的频谱数据，全响应稳定性好，可保证振幅值固定等优点。

S2、计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；

由于变压器运行时间不同，导致变压器的机械结构稍有改变，其噪声水平也会有所变化。为减少变压器运行状态判断误差，引出了考虑衰减时间常数的变压器动态数据库建立的方法：

式中，E_(t)表示变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，E₀是变压器的初始背景噪声的特征频段；t为变压器的使用时间，单位为年；T为衰减时间常数。将变压器的投用时间带入公式(1)中，即可得出考虑变压器在不同投用时间下的背景噪声特征频段。

其中，衰减时间常数T通过预先标定的方式获取。衰减时间常数T的标定方法包括：对同种型号的变压器进行噪声测量，得到相同变压器不同使用时间下的噪声水平，将噪声水平、变压器的使用时间带入到公式(1)中，从而计算得到该型号变压器的衰减时间常数T。

S3、仿真获取变压器在不同故障类型下的噪声，称为故障噪声，获取各故障噪声对应的特征频段，称为故障特征频段；

由于变压器故障的偶然性，很难获取完整的故障数据。利用现有的有限元仿真软件进行多场耦合，本发明将采用COMSOL Multiphysics可实现多物理场耦合计算的软件，可通过在电磁场-结构场-声场三场耦合仿真，模拟各种故障，如分接头接触不良、铁芯加持不紧、缺相运行等故障，得出各故障类型下的噪声特征数据，完善静态数据库。

S4、将变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障对应故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型对应噪声特征频段，即获取了用于变压器声学诊断的动态数据库。

该动态数据库中记录了不同使用年限下，变压器的各故障类型对应的噪声特征频段，实时采集变压器的噪声特征频段，将该噪声特征频段与该使用年限下的各故障类型对应的噪声特征频段进行比对，若变压器当前发出的噪声特征频段与某一故障类型对应的噪声特征频段的相似度大于设定阈值，则认定变压器发生对应类型的故障，可以实现变压器故障类型的快速诊断。

图2为本发明实施例提供的用于变压器声学诊断的动态数据库形成装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。

该装置包括：

设置于变压器上的电容式声传感器，电容式声传感器用于采集变压器的噪声，将初始的背景噪声输出至特征频段解析单元；

集成于计算机的仿真单元，用于仿模拟真变压器的各类故障，输出各类故障对应的噪声至特征频段解析单元，

特征频段解析单元，用于获取输入噪声的特征频段，包括初始背景噪声的特征频段及各类故障对应噪声的特征频段，将初始背景噪声的特征频段输出至背景噪声预估单元，将各类故障对应噪声的特征频段输出至合成单元；

背景噪声预估单元，基于初始背景噪声的特征频段来预估变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，输出至合成单元；

合成单元，基于变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障对应故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型所对应的噪声特征频段，并存储至动态数据库。

在本发明发实施例中，背景噪声预估单元基于公式(1)来计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；

式中，E_(t)表示变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，E₀是变压器的初始背景噪声的特征频段；t为变压器的使用时间，单位为年；T为衰减时间常数。将变压器的投用时间带入式(1)中，即可得出考虑变压器在不同投用时间下的背景噪声特征频段。

衰减时间常数T通过预先标定的方式获取，所述衰减时间常数T的标定方法包括：对同种型号的变压器进行噪声测量，得到相同变压器不同使用时间下的噪声水平，将噪声水平、变压器的使用时间带入到公式(1)中，从而计算得到该型号变压器的衰减时间常数T。

在本发明实施例中，该装置还包括：

故障识别单元，接收变压器当前的噪声特征频段，将该噪声特征频段与该使用年限下的各故障类型对应的噪声特征频段进行比对，若变压器当前发出的噪声特征频段与某一故障类型对应的噪声特征频段的相似度大于设定阈值，则认定变压器发生对应类型的故障。

本发明建立了用于变压器声学诊断的动态数据库，该动态数据库为变声器故障的快速检测提供可靠,便利的数据支撑，此外，该动态数据库考虑了时间对变压器结构的影响，同时基于仿真来获取各类故障的故障特征频率，提高了故障检测的精准度。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1、采集变压器初始的背景噪声，获取初始背景噪声的特征频段，初始背景噪声是指出厂时刻的变压器背景噪声；

S2、计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；

S3、仿真获取变压器在不同故障类型下的噪声，即为故障噪声，获取各故障噪声对应的特征频段；

S4、将变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障类型对应的故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型对应噪声的特征频段，即获取了用于变压器声学诊断的动态数据库；

不同使用年限后的背景噪声特征频段计算公式如下：

式中，E_(t)表示变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，E₀是变压器的初始背景噪声的特征频段；t为变压器的使用时间，单位为年；T为衰减时间常数。

2.如权利要求1所述用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法，其特征在于，在步骤S3之后还包括：

实时采集变压器当前噪声的特征频段，将该噪声的特征频段与该使用年限下的各故障类型对应的噪声特征频段进行比对，若变压器当前发出噪声的特征频段与某一故障类型对应的噪声特征频段的相似度大于设定阈值，则认定变压器发生对应类型的故障。

3.如权利要求或1所述用于变压器声学诊断的动态数据库形成方法，其特征在于，衰减时间常数T通过预先标定的方式获取，所述衰减时间常数T的标定方法包括：对同种型号的变压器进行噪声测量，得到相同变压器不同使用时间下的噪声水平，将噪声水平、变压器的使用时间代入到公式(1)中，从而计算得到该型号变压器的衰减时间常数T。

4.一种用于变压器声学诊断的动态数据库形成装置，其特征在于，所述装置包括：

设置于变压器上的电容式声传感器，电容式声传感器用于采集变压器的噪声，将初始的背景噪声输出至特征频段解析单元；

集成于计算机的仿真单元，用于仿真模拟变压器的各类故障，输出各类故障对应的噪声至特征频段解析单元，

特征频段解析单元，用于获取输入噪声的特征频段，包括初始背景噪声的特征频段及各类故障对应噪声的特征频段，将初始背景噪声的特征频段输出至背景噪声预估单元，将各类故障对应噪声的特征频段输出至合成单元；

背景噪声预估单元，基于初始背景噪声的特征频段来预估变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，输出至合成单元；

合成单元，基于变压器在不同使用年限后的背景噪声与各故障对应故障噪声进行合成，获取变压器在不同使用年限下各故障类型对应噪声的特征频段，并存储至动态数据库；

背景噪声预估单元基于公式(1)来计算变压器在不同使用年限后的背景噪声特征频段；

式中，E_(t)表示变压器在不同使用年限下的背景噪声特征频段，E₀是变压器的初始背景噪声的特征频段；t为变压器的使用时间，单位为年；T为衰减时间常数。

5.如权利要求4所述用于变压器声学诊断的动态数据库形成装置，其特征在于，所述装置还包括：

故障识别单元，接收变压器当前的噪声特征频段，将该噪声特征频段与该使用年限下的各故障类型对应的噪声特征频段进行比对，若变压器当前发出的噪声特征频段与某一故障类型对应的噪声特征频段的相似度大于设定阈值，则认定变压器发生对应类型的故障。

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