CN117009896A - 变压器异常状态分析以及判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了变压器异常状态分析以及判定方法，属于变压器诊断技术领域，包括：在变压器正常状态下采集内部各构件的振动值，采集变压器的噪声并确定出标准频谱，在标准频谱的基础上确定出变压器内各构件的频率影响范围。获取当前状态下变压器的时域噪声以及变压器内各构件的振动情况。求取时域噪声的频谱图，将频谱图与标准频谱进行对比，并结合构件的振动情况，最终判断出变压器的运行状况。本发明提供的变压器异常状态分析以及判定方法通过之前确定的频率影响范围从而锁定状态出现异常的构件，通过频率分析，提高了对变压器的异常状态的分析能力，并且识别的准确度较高。

Description

变压器异常状态分析以及判定方法

技术领域

本发明属于变压器诊断技术领域，更具体地说，是涉及变压器异常状态分析以及判定方法。

背景技术

一般来说，在城区在地下或者混合建立的变电站，其噪声能沿着空气传播，除了空气传播之外，还会因为设备结构振动由固体进行传播。变电站内变压器等设备的振动产生的噪声具有低频性，长时间不间断等特点，使得有关变电站结构振动与固体噪声传播等方面的研究愈发得到广泛学者关注。

传统的变压器振动噪声仿真方法存在计算量过大，难以求解以及简化过度仿真结果与实际差异较大等问题，最终出现了对工程实际的参考价值较小的技术缺陷。

变压器内各构件的振动会产生噪声，现有的变压器的诊断多通过对变压器的噪声进行分析，但是由于影响变压器噪声的原因有多方面，最终就导致对变压器故障诊断的精度较低，识别的准确度较差。

发明内容

本发明的目的在于提供变压器异常状态分析以及判定方法，旨在解决浮盘上需要加工的区域较多，所需安装的构件较多，不便于维修并且集成化水平较低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供变压器异常状态分析以及判定方法，包括：

在变压器正常状态下采集内部各构件的振动值，采集所述变压器的噪声并确定出标准频谱，在所述标准频谱的基础上确定出所述变压器内各所述构件的频率影响范围；

获取当前状态下所述变压器的时域噪声以及所述变压器内各构件的振动情况；

求取所述时域噪声的频谱图，将所述频谱图与所述标准频谱进行对比，并结合所述构件的振动情况，最终判断出所述变压器的运行状况。

在一种可能的实现方式中，所述在变压器正常状态下采集噪声并确定出标准频谱包括：

在不同输入参数的情况下，分别确定所述振动情况以及所述标准频谱；

将所述振动情况与所述标准频谱进行记录并进行对比。

在一种可能的实现方式中，所述将所述振动情况与所述标准频谱进行记录并进行对比包括：

确定出所述构件在不同输入参数的条件下振动的变化情况以及频率影响范围的变化，从而进行后续的分析与对比。

在一种可能的实现方式中，所述将所述振动情况与所述标准频谱进行记录并进行对比包括：

将不同的输入参数设定为对应的节点，将相邻的两个所述节点的所述振动情况和频率变化进行分析与对比，并确定变化的幅度。

在一种可能的实现方式中，所述将相邻的两个所述节点的所述振动情况和频率变化进行分析与对比包括：

确定出所述振动情况变化与频率变化之间的影响关系，从而便于后续的故障预测。

在一种可能的实现方式中，所述最终判断出所述变压器的运行状况包括：

在所述频谱图上划定与所述构件相对应的区域，分析各构件对所述时域噪声的影响程度。

在一种可能的实现方式中，所述确定出所述振动情况变化与频率变化之间的影响关系包括：

确定出所述标准频谱与所述频谱图之间的差别，并根据差别确定出起主要因素的所述构件。

在一种可能的实现方式中，所述确定出所述标准频谱与所述频谱图之间的差别包括：

在变压器正常状态下模拟并确定出各所述构件在不同故障的情况下所对应的噪声频率图。

在一种可能的实现方式中，所述在变压器正常状态下模拟并确定出各所述构件在不同故障的情况下所对应的噪声频率图包括：

将所述频谱图与所述时域噪声频率图进行对比，分析当前出现异常的所述构件。

在一种可能的实现方式中，所述分析当前出现异常的所述构件包括：

逐个计算相同的频率值下的对应幅度的差异，将最接近的所述时域噪声频率图所对应的问题作为所述构件目前出现的故障。

本发明提供的变压器异常状态分析以及判定方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明变压器异常状态分析以及判定方法中首先在正常状态下采集变压器的噪声以及变压器内各构件的振动值，通过正常状态的噪声确定出标准频谱，同时在标准频谱的基础上确定出变压器内各构件的频率影响范围。当需要进行实际测量时，获取当前状态变压器的时域噪声以及各构件的振动情况，根据所述时域噪声所对应的频谱图，将频谱图与标准频谱进行对比，同时根据构件的振动情况，对变压器的运行状况进行判断。

本申请中通过在标准频谱上确定出各构件的频率影响范围，对当前状态的变压器的构件进行测量之后，通过之前确定的频率影响范围从而锁定状态出现异常的构件，通过频率分析，提高了对变压器的异常状态的分析能力，并且识别的准确度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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为本发明实施例提供的变压器异常状态分析以及判定方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的变压器异常状态分析以及判定方法进行说明。变压器异常状态分析以及判定方法，包括：

在变压器正常状态下采集内部各构件的振动值，采集变压器的噪声并确定出标准频谱，在标准频谱的基础上确定出变压器内各构件的频率影响范围。

获取当前状态下变压器的时域噪声以及变压器内各构件的振动情况。

求取时域噪声的频谱图，将频谱图与标准频谱进行对比，并结合构件的振动情况，最终判断出变压器的运行状况。

本发明提供的变压器异常状态分析以及判定方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明变压器异常状态分析以及判定方法中首先在正常状态下采集变压器的噪声以及变压器内各构件的振动值，通过正常状态的噪声确定出标准频谱，同时在标准频谱的基础上确定出变压器内各构件的频率影响范围。当需要进行实际测量时，获取当前状态变压器的时域噪声以及各构件的振动情况，根据时域噪声所对应的频谱图，将频谱图与标准频谱进行对比，同时根据构件的振动情况，对变压器的运行状况进行判断。

本申请中通过在标准频谱上确定出各构件的频率影响范围，对当前状态的变压器的构件进行测量之后，通过之前确定的频率影响范围从而锁定状态出现异常的构件，通过频率分析，提高了对变压器的异常状态的分析能力，并且识别的准确度较高。

随着科学和经济的持续快速发展人民生活水平不断提高，现代社会发展给人类带来了诸多便捷。与此同时，对环境的要求也比较严格。人们总希望生活环境优美，安静舒适的氛围中。但是由于社会的发展，出现了很多之前没有的新问题，例如噪声污染等，噪声污染引起了人们的广泛的关注，我国城市化发展迅速，过去在农村及郊区的变电站逐渐进入市区，其带来的噪声问题也尤为明显，越来越的市民进行投诉。

当前，由于城市土地资源紧张，变电站的建立难以选址，大部分采用的是户内变电站与附近的办公楼或者居民楼进行合建或者采用地下建设等，这些已经成为城市内变电站建设的重要形式。选址问题解决之后，大量的不同等级的(10KV、110KV、220kV甚至更高等级的电压)变电站建成。变电站等级水平越高，其振动产生的噪声越大。噪声难以达到声功能区排放标准的问题也越来越受到人们广泛关注。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，在变压器正常状态下采集噪声并确定出标准频谱包括：

在不同输入参数的情况下，分别确定振动情况以及标准频谱。

将振动情况与标准频谱进行记录并进行对比。

当变压器运行的状态以及参数不同时，那么相应的振动的程度以及噪声的情况就会不同，为了能够对变压器进行更加深层次的分析，就需要在变压器不同的输入功率下的运行情况进行分析和统计，最终根据统计的结果，对变压器内各构件的情况进行深层次的判定。

为此需要在变压器的进线侧和出线侧分别安装计量装置，通过该计量装置就能够判断出变压器的进线侧的电压以及电流情况，同时能够判断出变压器出线侧的电压以及电流的情况，当上述情况确定之后，变压器能量的损耗就能够计算出，而能量的损耗多为热量散失、振动和噪声等形式存在，通过计算变压器能量损失的类型，在一定程度上为变压器内各构件的状态进行辅助判断，如果构件振动加剧，那么必然会有能量的损失，变压器的效率也就降低。

并且需要指出的是，在变压器不同的运行情况下需要确定出变压器内各构件的振动情况，因为运行情况不同，构件振动的频率和幅度也会发生相应的变化，通过建立振动与噪声之间的关系，来对变压器的运行情况，以及影响噪声的因素进行分析和判断。

随着现代工业的发展城市化进程的加快，电力负荷不断攀升，新建或扩建的变电站数量不断增加，变压器在工作时产生较大的振动与噪声，不可避免地对建筑内居民的生活环境和生活品质产生了不利影响，甚至引起人体不适，此外变压器在工作时产生的振动噪声会严重干扰变压器的正常工作及相关传感器的使用，变压器的剧烈振动会引起结构的加速老化，影响变压器的使用寿命，同时因振动引起的结构破坏会引起变压器内部零件出现松动，严重时甚至会使得变压器产生故障。

在铁心的固有振动特性研究方面通过采用有限元仿真的方式，对铁心整体进行仿真分析，计算铁心的振动模态，然而铁心的多层叠片结构使铁心的力学特性呈现出显著的各向异性，最终在对铁心整体模型进行分析时会使铁心在弯曲方向上的固有振动频率远大于实际频率，不能很好的反映铁心的实际振动特性。

并且，在对不同叠片数量下的硅钢叠片振动特性进行研究后，认为硅钢片振动的固有频率基本不随硅钢片层叠数量发生改变，现有技术建立的硅钢片层叠模型能够反映铁心层叠结构下的固有振动特性，但存在计算量过大，难以求解及简化过度，这就存在仿真结果与实际差异较大的问题，对工程实际的参考价值较小等问题。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，将振动情况与标准频谱进行记录并进行对比包括：

确定出构件在不同输入参数的条件下振动的变化情况以及频率影响范围的变化，从而进行后续的分析与对比。

本申请中需要在不同的运行的情况下对噪声的情况进行分析和统计，如果仅采集时域的波形，虽然在一定程度上能够分析出噪声的变化情况，但是无法准确的判断出噪声频率等的变化，因此在采集到时域的波形图之后，需要在上位机内进行傅里叶变化，从而得到频谱图。

当得到当前变压器运行情况的噪声频谱图之后，如果仅单纯的分析一张图，那么很难对影响噪声的构件进行有效的分析和判断，基于上述原因，需要将变压器的运行情况分为连续的几个阶段，然后分别确定出当前情况下的噪声频谱图，由于变压器从第一个阶段至最后一个阶段是连续变化的，因此频谱图上频率的变化同样有一定的规律，阶段可以理解为不同的运行参数。

通过将变压器的运行情况、各构件的振动情况与噪声频率的分布范围进行对应以及匹配，从而才能够对变压器的情况进行了深层次的判断。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，将振动情况与标准频谱进行记录并进行对比包括：

将不同的输入参数设定为对应的节点，将相邻的两个节点的振动情况和频率变化进行分析与对比，并确定变化的幅度。

为了更加详细的进行说明，首先将变压器不同的运行参数也即运行情况划分为多个区间或者多个节点，然后在每个节点的情况下均确定出当前噪声的频谱图，变压器从第一个节点至最后一个节点的变化过程中，在频谱图上会部分频率可能会提高或者降低，而其他频率可能会保持不变。

在实际应用时，将相邻两个节点的频谱图进行对比，那么就在频谱图上显示出了不同频率下所对应的幅值情况。以前一个节点的频谱图为基准，在前一个节点频谱图的情况下减去下一个节点所对应的频谱图，在做差的过程中，需要保证两个频谱图位于同一个坐标系内，做差后的结果可视为频率差，然后将频率差与前一个频谱图上的对应的频率幅值进行相除，从而得到频率幅值的变化程度。

造成节点不同噪声不同的部分原因是变压器内各构件振动的情况发生了变化，也即构件振动频率和幅度不同时那么变压器总的噪声就会发生相应的变化，因此需要将振动与噪声频率综合进行分析。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，将相邻的两个节点的振动情况和频率变化进行分析与对比包括：

确定出振动情况变化与频率变化之间的影响关系，从而便于后续的故障预测。

相邻的两个节点变压器运行情况不同，由于运行参数的不同那么变压器内各构件的运行情况不同，构件运行情况不同，那么相应的振动情况以及在变压器构件自身振动所产生的噪声情况也就不同。

为了更加详细的进行说明，本申请中节点所对应的噪声是在变压器外部采集和确定的，而变压器外部的噪声产生的部分原因是因为变压器内各构件振动所产生的噪声透过变压器的外壳而形成。

为了进行更直接且直观的进行分析和判断，通过在变压器内各构件上安装的传感器等能够确定出各构件的振动参数，然后在每个节点均需要确定出当前各构件的振动参数，当上述的振动参数确定之后，将两个相邻节点的振动参数进行对比，从而能够直观的判断出各构件振动情况变化的多少，各构件振动情况的变化最终使得产生的噪声不同，那么相应的频谱图上对应频率的幅值就会发生对应的变化。

最后建立振动差值与频率差值之间的分析关系，从而为变压器的运行情况做出系统的分析和判断。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，最终判断出变压器的运行状况包括：

在频谱图上划定与构件相对应的区域，分析各构件对时域噪声的影响程度。

需要特别指出的是，各变压器内各构件的种类以及位置不同，那么在同一个节点的情况下，各构件所产生的振动的幅度以及频率均会不同，各构件在不同的节点情况下，振动的情况也会发生一定的变化，此时在频谱图表示为部分频率幅值的增加或者减少。

基于上述原因，就需要建立构件振动与频率之间的关系，最终的目的是根据变压器特定位置所采集到的频谱图，并且根据当前变压器在不同节点的情况下相应频谱图的变化，从而判断出影响变压器噪声的主要因素，以及各构件在产生噪声方面所占的比重，最终在不需要将变压器进行拆卸的情况下就能够对变压器的运行情况作出一定的推测。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，确定出振动情况变化与频率变化之间的影响关系包括：

确定出标准频谱与频谱图之间的差别，并根据差别确定出起主要因素的构件。

变压器噪声的主要原因是变压器内各构件的振动，构件的振动会产生噪声，多个构件所产生的噪声相互叠加，最终为在变压器外所检测到的噪声。构件结构以及位置不同，使得在相应的情况下，各构件振动的频率和幅度也不同，基于上述原因，构件所产生的噪声最终会反应在确定的频谱图上部分的频率区间内，也即频谱图上一部分频率可能受变压器内一个构件振动的影响，而另一部分频率受另一个构件振动的影响。

但是随着变压器使用时间的增长，构件的老化以及构件上附着的杂质等原因，均会导致频谱图上特定的频率发生变化，基于上述原因，在变压器投入使用之前，就需要在各种节点的情况下对变压器噪声的情况进行测试，然后分别记录在不同节点时所对应的频谱图。

此时变压器内干扰因素较低，因此通过频谱图以及相关的经验就能够确定出不同构件所对应的频率区域，也即构件如果发生故障那么会影响到的频率范围。同时不同节点的模拟下，在频谱图上代表各构件的频率范围可能会存在相应的变化。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，确定出标准频谱与频谱图之间的差别包括：

在变压器正常状态下模拟并确定出各构件在不同故障的情况下所对应的噪声频率图。

由于相同的变压器在未投入使用前就进行了在不同节点情况下的测试，通过上述测试就能够确定出一个构件在不同振动参数的情况下，在频谱图中所对应的位置以及范围。

当上述情况确定之后，在同一个变压器内进行故障模拟，也即通过将目标的构件进行替换或者故障模拟，就使得替换后的构件有一个特定的故障，该故障可能为断裂或者简单的为附着有杂质。

在实际应用时，通过模拟不同的故障在频谱图上的变化，从而通过对比就能够确定出正常状态与故障状态下频谱图中频率的变化，然后根据上述频谱图中的变化与模拟的故障进行对应和记录，从而方便后续的检定。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，在变压器正常状态下模拟并确定出各构件在不同故障的情况下所对应的噪声频率图包括：

将频谱图与时域噪声频率图进行对比，分析当前出现异常的构件。

当在频谱图上标定出各构件所对应的区间之后，可将该变压器投入使用，在使用一段时间后，需要重新在相同的位置获取当前的噪声情况同时采集当前情况下变压器内各构件的振动情况。

此时在相同节点条件的基础上，变压器前后振动的频率可能会存在差异，构件振动的情况不同那么相应的噪声产生的情况也就会发生变化，在实际应用时，通过确定当前情况下所采集到的噪声，确定出当前的频谱图，然后将当前的频谱图与标准情况下的频谱图进行对比，然后将各构件振动情况以及各频率的幅值进行对比。

同时结合之前所模拟的故障的情况，将实际频谱图中变化的情况与各故障的频谱图进行对比，通过逐个的比对，最终确定出当前变压器可能存在的故障。

在本申请提供的变压器异常状态分析以及判定方法的一些实施例中，分析当前出现异常的构件包括：

逐个计算相同的频率值下的对应幅度的差异，将最接近的时域噪声频率图所对应的问题作为构件目前出现的故障。

此时需要以频率值为单位，将逐个频率值所对应的大小进行对比，并分析出可能发生的问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，包括：

在变压器正常状态下采集内部各构件的振动值，采集所述变压器的噪声并确定出标准频谱，在所述标准频谱的基础上确定出所述变压器内各所述构件的频率影响范围；

获取当前状态下所述变压器的时域噪声以及所述变压器内各构件的振动情况；

求取所述时域噪声的频谱图，将所述频谱图与所述标准频谱进行对比，并结合所述构件的振动情况，最终判断出所述变压器的运行状况。

2.如权利要求1所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述在变压器正常状态下采集噪声并确定出标准频谱包括：

在不同输入参数的情况下，分别确定所述振动情况以及所述标准频谱；

将所述振动情况与所述标准频谱进行记录并进行对比。

3.如权利要求2所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述将所述振动情况与所述标准频谱进行记录并进行对比包括：

确定出所述构件在不同输入参数的条件下振动的变化情况以及频率影响范围的变化，从而进行后续的分析与对比。

4.如权利要求3所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述将所述振动情况与所述标准频谱进行记录并进行对比包括：

将不同的输入参数设定为对应的节点，将相邻的两个所述节点的所述振动情况和频率变化进行分析与对比，并确定变化的幅度。

5.如权利要求4所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述将相邻的两个所述节点的所述振动情况和频率变化进行分析与对比包括：

确定出所述振动情况变化与频率变化之间的影响关系，从而便于后续的故障预测。

6.如权利要求2所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述最终判断出所述变压器的运行状况包括：

在所述频谱图上划定与所述构件相对应的区域，分析各构件对所述时域噪声的影响程度。

7.如权利要求6所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述确定出所述振动情况变化与频率变化之间的影响关系包括：

确定出所述标准频谱与所述频谱图之间的差别，并根据差别确定出起主要因素的所述构件。

8.如权利要求7所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述确定出所述标准频谱与所述频谱图之间的差别包括：

在变压器正常状态下模拟并确定出各所述构件在不同故障的情况下所对应的噪声频率图。

9.如权利要求8所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述在变压器正常状态下模拟并确定出各所述构件在不同故障的情况下所对应的噪声频率图包括：

将所述频谱图与所述时域噪声频率图进行对比，分析当前出现异常的所述构件。

10.如权利要求9所述的变压器异常状态分析以及判定方法，其特征在于，所述分析当前出现异常的所述构件包括：

逐个计算相同的频率值下的对应幅度的差异，将最接近的所述时域噪声频率图所对应的问题作为所述构件目前出现的故障。