CN114526883A - 一种oltc振动综合诊断报警策略及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OLTC振动综合诊断报警策略及系统，其中策略包括如下步骤：设定OLTC的振动特征值标准样本、振动包络相关性标准样本和振动能量占比标准样本数据；通过振动加速度传感器采集OLTC开关切换时的振动信号，并通过计算获取OLTC的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据；计算振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数，并分别依据振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数诊断振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比是否异常；根据振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比的诊断结果进行振动综合异常诊断，并结合各报警系数进行振动故障程度综合诊断。

Description

一种OLTC振动综合诊断报警策略及系统

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，特别涉及一种OLTC振动综合诊断报警策略及系统。

背景技术

有载分接开关（On-load Tap Changer，以下简称OLTC）是有载调压变压器的关键组成部分，在电力系统中发挥着稳定电网电压、调节无功潮流和增加电网灵活度等重要作用。有载分接开关发生机械故障后，往往会引起严重的变压器事故和停电事故，造成重大的社会经济损失，因此对有载分接开关故障的检测和诊断对保证电网安全和供电可靠性意义重大。

实现OLTC故障诊断方法有很多，包括基于振动信号的时频域特征值诊断，基于振动信号的时域包络相关性诊断、基于振动信号的频域能量占比诊断等方法，但是现有技术中，这些诊断方法都是独立使用，因此在对OLTC的运行状态进行评价时，通常不够全面、准确，存在一定的弊端。

基于此，我们提供一种能够有效地将多种诊断方法结合，并能给出OLTC振动异常状态综合诊断和评估的OLTC振动综合诊断报警策略及系统。

发明内容

本发明提供一种OLTC振动综合诊断报警策略及系统，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：包括如下步骤：

S1、设定OLTC的振动特征值标准样本、振动包络相关性标准样本和振动能量占比标准样本数据；

S2、通过振动加速度传感器采集OLTC开关切换时的振动信号，并通过计算获取OLTC的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据；

S3、采用互相关系数计算方法分别获取振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数；并分别依据振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数诊断振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比是否异常；

S4、根据振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比的诊断结果进行振动综合异常诊断，并结合各报警系数进行振动故障程度综合诊断。

进一步，在步骤S3中，以标准样本数据作为数组x，以实时数据作为数组y，则所述互相关系数的计算公式为：

（1）

式中：r_xy表示样本相关系数，即报警系数；S_xy表示样本协方差；S_x表示数组x的样本标准差；S_y表示数组y的样本标准差。

进一步，在公式（1）中，样本协方差S_xy的计算公式为：

（2）

样本标准差Sx的计算公式为：

（3）

样本标准差Sy的计算公式：

（4）

式中：

和

分别表示数组x和y的平均值，n表示波形的数据点数。

进一步，在步骤S2中，通过若干振动加速度传感器实现多通道振动信号采集，并分别计算各个通道的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据；在步骤S3中，首先采用互相关系数计算方法分别计算各个通道的振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数，再基于实时数据特征求取振动特征值综合报警系数、振动包络相关性综合报警系数和振动能量占比综合报警系数；在步骤S4中，结合各综合报警系数进行振动故障程度综合诊断。

进一步，设通道的数量为j，各个通道的振动特征值报警系数分别为[V₁₁，V₁₂，……，V_1j]，各个通道的振动包络相关性报警系数为[V₂₁，V₂₂，……，V_2j]，各个通道的振动能量占比报警系数为[V₃₁，V₃₂，……，V_3j]；在步骤S3中，若各个通道的振动特征值报警系数[V₁₁，V₁₂，……，V_1j]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动特征值报警系数小于0.5，则振动特征值诊断为异常；若各个通道的振动包络相关性报警系数[V₂₁，V₂₂，……，V_2j]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动包络相关性报警系数小于0.5，则振动包络相关性诊断为异常；若各个通道的振动能量占比报警系数 [V₃₁，V₃₂，……，V_3j] 的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动能量占比小于0.5，则振动能量占比诊断为异常；若出现任一异常，则步骤S4中振动综合诊断为异常并报警。

进一步，振动特征值综合报警系数V_C的计算公式为：

（5）

振动包络相关性综合报警系数V_e的计算公式为：

（6）

振动能量占比综合报警系数V_p的计算公式为：

（7）。

进一步，在步骤S4中，所述振动故障程度包括振动重大故障、振动严重故障、振动一般故障和正常运行，其诊断方法为：若V_C、V_e和 V_p均小于0.5，则诊断为振动重大故障；若V_C、V_e或 V_p中任意两个小于0.5，则诊断为振动严重故障；若V_C、V_e或 V_p中只有一个小于0.5，则诊断为振动一般故障；若V_C、V_e和 V_p均不小于0.5，则诊断为正常运行。

一种OLTC振动综合诊断报警系统，其特征在于：包括

振动加速度传感器，用于采集OLTC开关切换时的振动信号；

振动特征值诊断模块，用于根据振动信号计算振动特征值和振动特征值报警系数，并基于振动特征值报警系数诊断振动特征值的异常情况；

振动包络相关性报警模块：用于根据振动信号计算振动包络相关性和振动包络相关性报警系数，并基于振动包络相关性报警系数诊断振动包络相关性的异常情况；

振动能量占比报警模块：用于根据振动信号计算振动能量占比和振动能量占比报警系数；并基于振动能量占比报警系数诊断振动能量占比的异常情况；

振动综合诊断报警模块：用于接收振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比综合报警系数，并进行振动综合异常诊断和振动故障程度综合诊断。

进一步，所述振动加速度传感器的数量大于或等于一个。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：

本发明所提供的诊断报警策略能够有效地将振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比三项振动指标相互结合，从而从多维度地对OLTC振动异常状态进行综合诊断和评估，克服了现有技术仅能从单个维度进行振动异常诊断的不足，从根本上提高了诊断结果的准确性和可靠性，具有算法简单，通用性强等优点。

附图说明

图1为本发明中振动综合异常诊断的逻辑示意图。

图2为本发明中振动故障程度综合诊断的逻辑示意图。

图3为本发明中OLTC振动综合诊断报警系统的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

参照图1和图2，一种OLTC振动综合诊断报警策略，包括如下步骤：

S1、设定OLTC的振动特征值标准样本、振动包络相关性标准样本和振动能量占比标准样本数据。在该步骤中，振动相关指标的标准样本数据可由测试人员依据现场数据及经验进行选定。

S2、通过振动加速度传感器采集OLTC开关切换时的振动信号，并通过计算获取OLTC的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据。在该步骤中，本发明通过若干振动加速度传感器实现多通道振动信号采集，并分别计算各个通道的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据。设振动加速度传感器的数量为j，即通道的数量为j，并且j≥1，振动加速度传感器的安装部位根据实际需求而定，一般是安装于OLTC的侧壁、顶部和齿轮盒等位置。而振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比均采用常规算法获取，在此不进行赘述。

S3、采用互相关系数计算方法分别获取振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数；并分别依据振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数诊断振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比是否异常。

该步骤实际上是通过评价振动的各项指标的实时数据与标准样本数据的相关度来评价振动的故障情况，即以相关系数来表征报警系数，具体地，以标准样本数据作为数组x，以实时数据作为数组y，则所述互相关系数的计算公式为：

（1）

式中：r_xy表示样本相关系数，即报警系数；S_xy表示样本协方差；S_x表示数组x的样本标准差；S_y表示数组y的样本标准差。

在公式（1）中，样本协方差S_xy的计算公式为：

（2）

样本标准差S_x的计算公式为：

（3）

样本标准差S_y的计算公式：

（4）

其中：

和

分别表示数组x和y的平均值，n表示波形的数据点数。

由于本发明设有j个振动采集通道，因此应基于上述算法分别计算出各个通道的振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数。经上述算法所求得的各个通道的振动特征值报警系数分别记为[V₁₁，V₁₂，……，V_1j]，各个通道的振动包络相关性报警系数记为[V₂₁，V₂₂，……，V_2j]，各个通道的振动能量占比报警系数记为[V₃₁，V₃₂，……，V_3j]。

如图1所示，振动的各项指标的异常诊断方法为：若各个通道的振动特征值报警系数[V₁₁，V₁₂，……，V_1j]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动特征值报警系数小于0.5，则振动特征值诊断为异常；若各个通道的振动包络相关性报警系数[V₂₁，V₂₂，……，V_2j]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动包络相关性报警系数小于0.5，则振动包络相关性诊断为异常；若各个通道的振动能量占比报警系数 [V₃₁，V₃₂，……，V_3j] 的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动能量占比小于0.5，则振动能量占比诊断为异常。在此过程中，三种诊断模式相互独立，互补干扰的，确保诊断结果准确可靠。

为了便于下一步进行振动故障程度综合诊断，此处还需要计算振动特征值综合报警系数、振动包络相关性综合报警系数和振动能量占比综合报警系数，具体计算方式为：

振动特征值综合报警系数V_C的计算公式为：

（5）

式中：

表示各个通道的振动特征值报警系数的平均值。

振动包络相关性综合报警系数V_e的计算公式为：

（6）

式中：

表示各个通道的振动包络相关性报警系数的平均值。

振动能量占比综合报警系数V_p的计算公式为：

（7）

式中：

表示各个通道的振动能量占比报警系数的平均值。

取振动的各项指标的最小报警系数作为综合报警系数，能够准确、敏感地反映振动信号的异常情况，充分确保报警策略的安全性和可靠性。

S4、根据振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比的诊断结果进行振动综合异常诊断，并结合各报警系数进行振动故障程度综合诊断。

当步骤S3中出现任一诊断异常，则振动综合诊断为异常并报警。需要说明的是，在综合诊断模式中并未具体体现是哪项振动指标出现异常，而是提示振动综合异常，这样设计主要是便于给用户呈现出清晰简洁且便于理解的故障信息。而专业工程师在维护或检修时，可以根据各报警系数清晰准确地获取异常的振动指标，以便于迅速准确地作出相关的应对策略。

如图2所示，振动故障程度包括振动重大故障、振动严重故障、振动一般故障和正常运行，具体的诊断方法为：若V_C、V_e和 V_p均小于0.5，则诊断为振动重大故障；若V_C、V_e或 V_p中任意两个小于0.5，则诊断为振动严重故障；若V_C、V_e或 V_p中只有一个小于0.5，则诊断为振动一般故障；若V_C、V_e和 V_p均不小于0.5，则诊断为正常运行。如此设计可使得用户清晰准确地了解OLTC的振动故障程度，并有利于专业工程师迅速准确地作出相关的应对策略。

参照图3，基于上述OLTC振动综合诊断报警策略，本发明还提供了一种OLTC振动综合诊断报警系统，包括相互连接的振动加速度传感器、振动特征值诊断模块、振动包络相关性诊断模块、振动能量占比诊断模块和振动综合诊断报警模块。

参照图3，具体地，振动加速度传感器用于采集OLTC开关切换时的振动信号。振动特征值诊断模块用于根据振动信号计算振动特征值和振动特征值报警系数，并基于振动特征值报警系数诊断振动特征值的异常情况。振动包络相关性诊断模块用于根据振动信号计算振动包络相关性和振动包络相关性报警系数，并基于振动包络相关性报警系数诊断振动特征值的异常情况。振动能量占比诊断模块用于根据振动信号计算振动能量占比和振动能量占比报警系数，并基于振动能量占比报警系数诊断振动能量占比的异常情况。振动综合诊断报警模块用于接收振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数，并进行振动综合异常诊断和振动故障程度综合诊断。

更具体地，振动特征值综合报警系数、振动包络相关性综合报警系数和振动能量占比综合报警系数均由各个诊断模块单独运算，并汇总至振动综合诊断报警模块进行振动故障程度综合诊断。

在诊断过程中，振动特征值诊断模块、振动包络相关性诊断模块和振动能量占比诊断模块独立运行，互不干扰。振动综合诊断报警模块同时接收各诊断模块的诊断结果，从而综合振动信号的各项指标从多个维度进行综合诊断和报警，由此克服了现有技术仅能从单个维度进行振动异常诊断的不足，从根本上提高了诊断结果的准确性和可靠性。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：包括如下步骤：

S1、设定OLTC的振动特征值标准样本、振动包络相关性标准样本和振动能量占比标准样本数据；

S2、通过振动加速度传感器采集OLTC开关切换时的振动信号，并通过计算获取OLTC的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据；

S3、采用互相关系数计算方法分别获取振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数；并分别依据振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数诊断振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比是否异常；

S4、根据振动特征值、振动包络相关性和振动能量占比的诊断结果进行振动综合异常诊断，并结合各报警系数进行振动故障程度综合诊断。

2.如权利要求1所述的一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：在步骤S3中，以标准样本数据作为数组x，以实时数据作为数组y，则所述互相关系数的计算公式为：

（1）

式中：r_xy表示样本相关系数，即报警系数；S_xy表示样本协方差；S_x表示数组x的样本标准差；S_y表示数组y的样本标准差。

3.如权利要求2所述的一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：在公式（1）中，样本协方差S_xy的计算公式为：

（2）

样本标准差S_x的计算公式为：

（3）

样本标准差S_y的计算公式：

（4）

其中：

和

分别表示数组x和y的平均值，n表示波形的数据点数。

4.如权利要求1所述的一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：在步骤S2中，通过若干振动加速度传感器实现多通道振动信号采集，并分别计算各个通道的振动特征值实时数据、振动包络相关性实时数据和振动能量占比实时数据；在步骤S3中，首先采用互相关系数计算方法分别计算各个通道的振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比报警系数，再基于实时数据特征求取振动特征值综合报警系数、振动包络相关性综合报警系数和振动能量占比综合报警系数；在步骤S4中，结合各综合报警系数进行振动故障程度综合诊断。

5.如权利要求4所述的一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：设通道的数量为j，各个通道的振动特征值报警系数分别为[V₁₁，V₁₂，……，V_1j]，各个通道的振动包络相关性报警系数为[V₂₁，V₂₂，……，V_2j]，各个通道的振动能量占比报警系数为[V₃₁，V₃₂，……，V_3j]；在步骤S3中，若各个通道的振动特征值报警系数[V₁₁，V₁₂，……，V_1j]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动特征值报警系数小于0.5，则振动特征值诊断为异常；若各个通道的振动包络相关性报警系数[V₂₁，V₂₂，……，V_2j] 的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动包络相关性报警系数小于0.5，则振动包络相关性诊断为异常；若各个通道的振动能量占比报警系数 [V₃₁，V₃₂，……，V_3j] 的平均值小于0.7，或者任意单个通道的振动能量占比小于0.5，则振动能量占比诊断为异常；若出现任一异常，则步骤S4中振动综合诊断为异常并报警。

6.如权利要求5所述的一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：振动特征值综合报警系数V_C的计算公式为：

（5）

振动包络相关性综合报警系数V_e的计算公式为：

（6）

振动能量占比综合报警系数V_p的计算公式为：

（7）。

7.如权利要求6所述的一种OLTC振动综合诊断报警策略，其特征在于：在步骤S4中，所述振动故障程度包括振动重大故障、振动严重故障、振动一般故障和正常运行，其诊断方法为：若V_C、V_e和 V_p均小于0.5，则诊断为振动重大故障；若V_C、V_e或 V_p中任意两个小于0.5，则诊断为振动严重故障；若V_C、V_e或 V_p中只有一个小于0.5，则诊断为振动一般故障；若V_C、V_e和V_p均不小于0.5，则诊断为正常运行。

8.一种OLTC振动综合诊断报警系统，其特征在于：包括

振动加速度传感器，用于采集OLTC开关切换时的振动信号；

振动特征值诊断模块，用于根据振动信号计算振动特征值和振动特征值报警系数，并基于振动特征值报警系数诊断振动特征值的异常情况；

振动包络相关性报警模块：用于根据振动信号计算振动包络相关性和振动包络相关性报警系数，并基于振动包络相关性报警系数诊断振动包络相关性的异常情况；

振动能量占比报警模块：用于根据振动信号计算振动能量占比和振动能量占比报警系数；并基于振动能量占比报警系数诊断振动能量占比的异常情况；

振动综合诊断报警模块：用于接收振动特征值报警系数、振动包络相关性报警系数和振动能量占比综合报警系数，并进行振动综合异常诊断和振动故障程度综合诊断。

9.如权利要求8所述的一种OLTC振动综合诊断报警系统，其特征在于：所述振动加速度传感器的数量大于或等于一个。

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