CN113533915A - 利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法，包括：给定初始相似度测度阈值R₀和最大声发射事件计数N_max，通过计算撞击H_j(j＝1，…，m)与事件E_i(i＝1，…n)的相似度测度R(i，j)，找到使得R(i，j)最大且满足R(i^*，j)≥R₀的事件

并归类，算法实现在采集局部放电声发射撞击序列H＝{H₁，H₂，…，H_m}的基础上，对变压器局部放电声发射事件计数并得到事件组E＝{E₁，E₂，…，E_n}。完成所有撞击分组后，若n≤N_max，则n为局部放电声发射事件计数值，否则降低相似度测度阈值R₀并重新计数，直到满足n≤N_max。撞击分组的结果可以有效区分不同局部放电产生的声发射撞击信号，便于总结每一次局部放电事件的完整信息，为局部放电准确定位和程度分析提供可靠信息，进而指导变压器的故障监测和运行维护。

Description

利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法

技术领域

本发明属于声发射无损检测技术领域，具体涉及一种利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计 数方法。

背景技术

在超/特高压输变电网中，高电压等级的变压器是极重要的装备，其电压等级高、功率大，一旦发生故 障，会造成大区域停电和电力系统崩溃事故，造成巨大的经济损失和极不利的社会影响。因此，对大型超 /特高压等级变压器运行可靠性提出了严格要求。变压器的故障分析和运行实践表明，绝大多数故障是由于 其内外部绝缘状况变化引起的，而局部放电则是表征变压器内外部绝缘变化的重要现象。研究局部放电对 监测变压器运行状态意义重大。一次局部放电中，局域源能量快速释放而产生的瞬态弹性波为声发射波。 通过检测局部放电产生的声发射波，可以获取局部放电位置、程度等重要信息。因此，声发射技术在超/ 特高压等级变压器局部放电检测方面表现出明显的优势，应用前景巨大。

产生声发射的一次材料局部变化称为一个声发射事件；超过门限并使某一通道获取数据的任何信号称 为一个撞击，一个或几个撞击对应一个事件。声发射采集系统对撞击信号的提取受到门槛电压、峰值定义 时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)、撞击闭锁时间(HLT)等的影响，这使得单个声发射撞击信号无法 完整地表征一次声发射事件。一次局部放电的声发射事件会产生一系列撞击信号。变压器运行过程中，可 能同时在多个位置产生局部放电声发射事件，这使得声发射传感器一段时间内采集到的一系列撞击信号可 能属于不同声发射事件，为了便于分析不同局部放电声发射源的位置、程度等信息，应当设计声发射事件 计数算法。

变压器局部放电产生的声发射撞击信号为突发型声发射信号，一系列声发射信号的特征参数被用来描 述声发射信号的特征，包括：撞击计数、振铃计数、能量、幅度、持续时间、上升时间等。由于不同声发 射事件源的性质存在差异，属于不同声发射事件的撞击信号波形具有明显差异、特征参数的取值也有明显 区别，而属于同一声发射事件的撞击信号波形相似度较高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于针对变压器内同时出现多个声发射事件，一系列撞击信号需要与声发 射事件准确对应并实现声发射事件计数，提供一种利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方 法。本发明算法步骤清楚，计算准确度高，环境适应性好，可以实现变压器局部放电声发射撞击信号的事 件分组和事件计数。

本发明提出的算法可以在不考虑时间信息的情况下，准确得到声发射撞击信号的事件分类结果，可以 用于被测对象同时具有多个声发射源，属于不同事件的撞击信号交替到达声发射传感器，克服通过时序区 分无法撞击信号所属事件的缺陷，为声发射事件定位提供可靠的信息。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方 法，包括：(1)给定初始相似度测度阈值R₀和最大声发射事件计数N_max，获取一个声发射传感器测得的 变压器局部放电声发射事件组E＝{E₁，E₂，…，E_n}产生的撞击序列H＝{H₁，H₂，…，H_m}，令E₁＝{H₁}， 声发射事件计数n＝1；(2)计算撞击H_j(j＝2，…，m)与事件E_i(i＝1，…n)的相似度测度R(i，j)，找到使 得R(i，j)最大且满足R(i^*，j)≥R₀的事件

判定撞击H_j属于事件

否则H_j单独归为一个新事件 并令n＝n+1；(3)完成所以撞击分组后，若n≤N_max，则n为局部放电声发射事件计数值，否则降低相 似度测度阈值R₀并重新执行上述步骤，直到满足n≤N_max。

进一步的，利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法中，相似度测度阈值R₀的取值可 以动态调整，当变压器周围存在较强的背景噪声时，声发射传感器检测到的属于同一个声发射事件的撞击 信号的相似度测度会下降，此时，算法会自动降低相似度测度阈值R₀，以提高算法的准确性，增强算法 的鲁棒性。

进一步的，利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法中，事件计数最大值N_max由检测人 员依据被测对象的特性给定，当检测人员运用经验或者其他手段初步认为变压器内部声发射活动较弱时， 事件计数最大值N_max应当取得适当小，算法得到的声发射事件个数也相应少，而变压器由于绝缘缺陷、老 化等原因，声发射事件活动较强时，事件计数最大值N_max应当取得适当大，算法得到的声发射事件个数也 相应多。

在完成对撞击信号的事件分组后，对属于同一局部放电声发射事件的撞击信号，按照触发时间的先后 顺序排列，即可得到该声发射事件的完整时序波形，结合多个声发射传感器对同一局部放电声发射事件的 记录结果，可以从中可以进一步分析得出局部放电声发射源的位置和局部放电的类型、程度等信息。

本发明与现有技术相比的优点在于：现有的声发射检测技术在利用时差信息实现定位和利用幅值等信 息实现程度分析时，往往只关注一个声发射事件中最先到达传感器的撞击信号，而没有利用其他撞击信号 中包含的信息，定位成功率、精度提高受限。本发明涉及的方法可以充分挖掘属于同一声发射事件的撞击 信号之间的关联关系，实现撞击信号的事件分组，进而获取到完整的声发射事件波形，减少了某一撞击信 号采集结果的失真对事件分析的影响，大大提高后续定位和程度识别分析方法的准确性和环境适应性。

附图说明

图1为本发明涉及的利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法的算法流程图。

图2为采用本发明对局部放电声发射5个撞击信号进行事件计数的结果，计数结果为2个事件，其中， (a)事件包括蓝色曲线所示的3个撞击信号，(b)事件包括红色曲线所示的2个撞击信号。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图以及具体实施例进一步说明本发 明。应当理解，此处描述仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所述的利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法，包括以下步骤：

步骤1：给定初始相似度测度阈值R₀和最大声发射事件计数N_max；

步骤2：获取一个声发射传感器测得的变压器局部放电声发射事件组E＝{E₁，E₂，…，E_n}产生的撞击 序列H＝{H₁，H₂，…，H_m}；

步骤3：令E₁＝{H₁}，声发射事件计数n＝1；

步骤4：计算撞击H_j与事件E_i(i＝1，…n)的相似度测度R(i，j)；

步骤5：找到使得R(i，j)最大的事件

若满足R(i^*，j)≥R₀，执行步骤6，否则执行步骤7；

步骤6：判定撞击H_j属于事件

跳到步骤8；

步骤7：将H_j单独归为一个新事件并令n＝n+1，跳到步骤8；

步骤8：j＝j+1，若j≤m，则跳到步骤4，对下一个撞击信号进行事件分组，否则分组结束；

步骤9：分组完成后，若n≤N_max，则得到声发射事件计数值n和撞击的事件分组E。否则，降低相 似度测度阈值R₀并回到步骤3重新计算分组。

描述撞击H_j(j＝1，…，m)与事件E_i(i＝1，…n)相似性的指标相似度测度R(i，j)，其计算方法不唯一， 例如可以采用互相关系数的方法，即分别计算H_j与E_i中所有撞击信号的互相关系数的最大值，作为相似 度测度，互相关系数的计算公式为

式中，L为撞击信号长度，r(m)为互相关函数，计算公式为

按照定义，互相关系数的取值范围为[-1，1]，其值越接近1表明两信号正相关且相似度高，则来自同 一个声发射事件的可能性越大。

初始相似度测度阈值R₀可以取得适当大，例如给定初始R₀＝0.95，当计数结果不满足n≤N_max时， 每次以相等步长ΔR₀＝0.05减小R₀，即R₀＝R₀-ΔR₀。

事件计数最大值N_max影响计数算法的结果，在声发射检测前，可以使用红外测温等手段初步判断变压 器内绝缘状态，当认为变压器内部声发射活动较弱时，事件计数最大值N_max取值在1-5为宜，而变压器由 于绝缘缺陷、老化等原因，声发射事件活动较强时，事件计数最大值N_max取值大于10比较合适。

下面对上述算法进行实验验证：使用手持式声发射发生装置产生两次信号特征不同的声发射事件，声 发射传感器共采集到五个撞击信号，将五个撞击信号删去时间信息送入算法程序中，设置初始相似度测度 阈值为0.7，最大声发射事件计数为2。经过算法分类处理，成功把撞击信号归为两次声发射事件，撞击信 号的波形图及分类结果如图2所示，(a)为属于第一次声发射事件的撞击信号，(b)为属于第二次声发射事件 的撞击信号。实验中，两次声发射事件的产生时间具有明显间隔，可以通过时序明显区分两次事件，验证 算法分类完全正确。

本发明提出的算法可以在不考虑时间信息的情况下，准确得到声发射撞击信号的事件分类结果，可以 用于被测对象同时具有多个声发射源，属于不同事件的撞击信号交替到达声发射传感器，克服通过时序区 分无法撞击信号所属事件的缺陷，为声发射事件定位提供可靠的信息。

本发明未公开的技术内容属于本技术领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应 该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的 权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造 均在保护之列。

Claims (2)

1.一种利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法，包括以下步骤：

(1)给定初始相似度测度阈值R₀和最大声发射事件计数N_max，获取一个声发射传感器测得的变压器局部放电声发射事件组E＝{E₁，E₂，…，E_n}产生的撞击序列H＝{H₁，H₂，…，H_m}，令E₁＝{H₁}，声发射事件计数n＝1；

(2)计算撞击H_j(j＝2，…，m)与事件E_j(i＝1，…n)的相似度测度R(i，j)：

a)如果存在使得R(i，j)最大且满足R(i^*，j)≥R₀的事件

则判定撞击H_j属于事件

b)如果不存在使得R(i，j)最大且满足R(i^*，j)≥R₀的事件

则H_j单独归为一个新事件并令n＝n+1；

(3)对所有撞击完成事件分组后，比较事件计数值n与给定的事件计数最大值N_max：

a)若n≤N_max，则将当前事件计数结果n作为撞击序列中包含的事件个数，并给出事件组的分组结果E；

b)若n＞N_max，则降低给定的相似度测度阈值R₀，并重复步骤(2)直到事件计数结果n≤N_max。

上述事件计数算法的结果可以作为对变压器局部放电声发射事件源定位和局部放电程度分析的依据，进而指导变压器的故障监测和在线维护。

2.根据权利要求1所述的一种利用相似度测度的变压器局部放电声发射事件计数方法，其特征在于：相似度测度阈值R₀的取值可以动态调整，当变压器周围存在较强的背景噪声时，声发射传感器检测到的属于同一个声发射事件的撞击信号的相似度测度会下降，此时，算法会自动降低相似度测度阈值R₀，以提高算法的准确性，增强算法的鲁棒性；事件计数最大值N_max由检测人员依据被测对象的特性给定，当检测人员运用经验或者其他手段初步认为变压器内部声发射活动较弱时，事件计数最大值N_max应当取得适当小，算法得到的声发射事件个数也相应少，而变压器由于绝缘缺陷、老化等原因，声发射事件活动较强时，事件计数最大值N_max应当取得适当大，算法得到的声发射事件个数也相应多。

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