本發(fā)明屬于電力信息檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多信息融合的電力變壓器繞組變形診斷方法。

背景技術(shù)：

隨著改革開放和我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，用戶對電力的需求急劇增長，迫切要求我國電網(wǎng)為用戶提供安全可靠的電力。電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的輸變電設(shè)備之一，連接多個電壓等級，在電網(wǎng)中處于樞紐地位。其運行的安全可靠性直接影響電網(wǎng)的運行安全，提高電力變壓器的運行可靠性，對整個電網(wǎng)的安全可靠運行具有十分重要的意義。而變壓器檢修則是保證電力變壓器正常運行的基礎(chǔ)，是目前電力設(shè)備檢修工作的重點內(nèi)容之一。

變壓器的內(nèi)部故障從變壓器結(jié)構(gòu)上來分，包括繞組、鐵心(即磁路)以及附件故障，從故障類型來分，包括機(jī)械故障，絕緣故障，過熱故障等，從變壓器以往的故障診斷案例來看，變壓器的故障多數(shù)不是絕緣問題，而是機(jī)械性能問題導(dǎo)致電氣故障，機(jī)械性能故障中以繞組與鐵心占據(jù)較多，對變壓器穩(wěn)定運行影響最大。有關(guān)變壓器的故障分析表明，繞組是發(fā)生故障較多的部件之一，據(jù)不完全統(tǒng)計1999-2003年期間，我國110kV以上電壓等級的變壓器，因遭受短路故障電流沖擊直接導(dǎo)致的損壞事故約為72臺，占總事故臺數(shù)的27.5％。我國2005年220kV及以上變壓器非計劃停運按故障部位的分類情況顯示：220kV等級變壓器中由于繞組引起的非計劃停運時間占總非計劃停運時間的79.49％，330kV等級占72.31％，500kV等級占98.92％；因此為了能保證變壓器運行的安全可靠性，開展變壓器繞組變形在線檢測研究具有十分重要的意義。

電力變壓器退出運行吊罩檢修事關(guān)重大，因此在線診斷結(jié)果需要盡可能準(zhǔn)確。在目前的研究狀況下，通過單一信息對繞組變形狀況進(jìn)行判斷限制頗多，診斷可靠性與可信度不高。通過多類信息的融合可以有效的提高檢測的可靠性與可信度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于多信息融合的電力變壓器繞組變形診斷方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于多信息融合的電力變壓器繞組變形診斷方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取N組歷史電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量和待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量；

步驟1.1：采集電力變壓器一次側(cè)繞組三相電壓值、二次側(cè)繞組三相電壓值、電力變壓器一次側(cè)繞組三相電流值、二次側(cè)繞組三相電流值、電力變壓器振動信號、電力變壓器繞組特征金屬含量值；

步驟1.2：通過采集到的電力變壓器一次側(cè)繞組三相電壓值、二次側(cè)繞組三相電壓值、電力變壓器一次側(cè)繞組三相電流值、二次側(cè)繞組三相電流值計算得到電力變壓器的短路電抗值，從而得到電力變壓器的短路電抗變化率；

步驟1.3：采用小波包分解法對采集的電力變壓器振動信號進(jìn)行三層小波包分解，得到電力變壓器的振動信號特征值；

步驟1.4：將電力變壓器的短路電抗變化率、振動信號特征值和繞組特征金屬含量值構(gòu)成電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量；

步驟2：設(shè)定基準(zhǔn)向量，計算N組歷史電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角，得到電力變壓器正常繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍、電力變壓器變形故障繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍；

步驟3：計算待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角，根據(jù)待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小判定待檢測的電力變壓器繞組是否具有變形故障。

可選地，所述電力變壓器一次側(cè)繞組三相電壓值和二次側(cè)繞組三相電壓值通過電壓互感器獲取，所述電力變壓器一次側(cè)繞組三相電流值和二次側(cè)繞組三相電流值通過電流互感器獲取。

可選地，所述電力變壓器振動信號通過加速度傳感器獲取被測點的振動信號，所述被測點為電力變壓器繞組正對的低壓側(cè)油箱壁上。

可選地，所述電力變壓器繞組特征金屬含量值的獲取方法為：通過X射線采集電力變壓器繞組特征金屬含量的X射線譜，通過電力變壓器繞組特征金屬含量的X射線譜得到電力變壓器繞組特征金屬含量值。

可選地，所述采用小波包分解法對采集的電力變壓器振動信號進(jìn)行三層小波包分解，得到電力變壓器的振動信號特征值具體方法為：

采用小波包分解法對采集的電力變壓器振動信號進(jìn)行三層小波包分解，得到不同頻率段的子信號，將得到的最低頻段子信號的能量熵或者最低頻段子信號在總信號中的能量占比作為電力變壓器的振動信號特征值。

可選地，所述根據(jù)待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小判定待檢測的電力變壓器繞組是否具有變形故障的具體方法為：

若待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小處于電力變壓器正常繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍，則判定待檢測的電力變壓器繞組正常，若待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小處于電力變壓器變形故障繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍，則判定待檢測的電力變壓器繞組具有變形故障。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出一種基于多信息融合的電力變壓器繞組變形診斷方法，本發(fā)明方法針對在線運行的電力變壓器進(jìn)行檢測，可以彌補離線檢測的不足，本方法能夠更加全面的反應(yīng)繞組變形的狀況，增加檢測的可信度與可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式中基于多信息融合的電力變壓器繞組變形診斷方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明具體實施方式中獲取電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量的流程圖；

圖3為本發(fā)明具體實施方式中電力變壓器繞組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實施方式中電力變壓器內(nèi)部振動傳播途徑的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式加以詳細(xì)的說明。

一種基于多信息融合的電力變壓器繞組變形診斷方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟1：獲取N組歷史電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量和待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量，如圖2所示。一般需要采集正常繞組、受短路沖擊后繞組、模擬故障繞組的聯(lián)合特征向量，每類繞組至少試驗一次，本次說明中取N為60，每類繞組進(jìn)行20次試驗測試。

步驟1.1：采集電力變壓器一次側(cè)繞組三相電壓值、二次側(cè)繞組三相電壓值、電力變壓器一次側(cè)繞組三相電流值、二次側(cè)繞組三相電流值、電力變壓器振動信號、電力變壓器繞組特征金屬含量值。

本實施方式中，電力變壓器繞組結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中，a₁為鐵芯到低壓繞組內(nèi)側(cè)的距離，a₂為鐵芯到高壓繞組外側(cè)的距離，a₁₂為低壓繞組與高壓繞組的間隙距離，ΔL₁、ΔL₂分別為低壓繞組及高壓繞組線圈的寬度，r₁為鐵芯到低壓繞組線圈中線的距離，r₁₂為鐵芯到雙繞組間隙中線的距離，r₂為鐵芯到高壓繞組線圈中線的距離。由圖3可知，漏磁的等效面積會隨著電力變壓器繞組變形發(fā)生改變，導(dǎo)致繞組短路電抗發(fā)生改變，因此電力變壓器繞組短路電抗可以用于診斷繞組變形。電力變壓器一次側(cè)繞組三相電壓值和二次側(cè)繞組三相電壓值通過電壓互感器獲取，電力變壓器一次側(cè)繞組三相電流值和二次側(cè)繞組三相電流值通過電流互感器獲取，經(jīng)過信號放大電路調(diào)理器進(jìn)行信號調(diào)理，通過DPS(TMS220F28335)傳輸至計算機(jī)。

本實施方式中，電力變壓器內(nèi)部振動傳播途徑如圖4所示，電力變壓器繞組狀態(tài)的變化導(dǎo)致其自身結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能發(fā)生改變，這種改變導(dǎo)致其機(jī)械振動產(chǎn)生變化。電力變壓器繞組的壓緊會隨著變形松動，使高、低壓繞組間高度差逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致電力變壓器安匝不平衡加劇，使漏磁造成的軸向力增大，從而使繞組的振動加劇。電力變壓器振動通過變壓器絕緣油傳播至電力變壓器箱體，可以通過對電力變壓器油箱外壁的振動信號分析來診斷變壓器繞組的狀態(tài)。電力變壓器振動信號通過加速度傳感器獲取被測點的振動信號，被測點為電力變壓器繞組正對的低壓側(cè)油箱壁上，避免加強(qiáng)筋等測試效果不佳的位置，可多個加速度傳感器同時采集，加速度傳感器的采集精度及采集頻率應(yīng)以能包含變壓器振動的有效信息為準(zhǔn)。

本實施方式中，電力變壓器繞組特征金屬含量值的獲取方法為：通過X射線采集電力變壓器繞組特征金屬含量的X射線譜，通過電力變壓器繞組特征金屬含量的X射線譜得到電力變壓器繞組特征金屬含量值。

步驟1.2：通過采集到的電力變壓器一次側(cè)繞組三相電壓值、二次側(cè)繞組三相電壓值、電力變壓器一次側(cè)繞組三相電流值、二次側(cè)繞組三相電流值計算得到電力變壓器的短路電抗值，從而得到電力變壓器的短路電抗變化率。

步驟1.3：采用三層小波包分解法對采集的電力變壓器振動信號進(jìn)行三層小波包分解，得到電力變壓器的振動信號特征值。

本實施方式中，采用三層小波包分解法對采集的電力變壓器振動信號進(jìn)行三層小波包分解，得到不同頻率段的子信號，將得到的最低頻段子信號的能量熵或者最低頻段子信號在總信號中的能量占比作為電力變壓器的振動信號特征值。

步驟1.4：將電力變壓器的短路電抗變化率、振動信號特征值和繞組特征金屬含量值作為電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量，表征變壓器繞組的變形狀態(tài)。

步驟2：設(shè)定基準(zhǔn)向量，計算60組歷史電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角；得到電力變壓器正常繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍、電力變壓器變形故障繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍。

本實施方式中，得到的電力變壓器正常繞組聯(lián)合特征向量為[0.05，0.95，0.8]、[0.08，0.91，0.81]、[0.09，0.89，0.82]、[0.03，0.88，0.79]、[0.08，0.91，0.83]，電力變壓器變形故障繞組聯(lián)合特征向量為[0.33，0.72，0.66]、[0.29，0.72，0.68]、[0.3，0.75，0.71]、[0.28，0.79，0.72]、[0.32，0.75，0.67]。

得到的電力變壓器正常繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍為0～10度電力變壓器變形故障繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍15度。

步驟3：計算待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角，根據(jù)待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小判定待檢測的電力變壓器繞組是否具有變形故障。

本實施方式中，若待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小處于電力變壓器正常繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍，則判定待檢測的電力變壓器繞組正常，若待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角的大小處于電力變壓器變形故障繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角范圍，則判定待檢測的電力變壓器繞組具有變形故障。

本實施方式中，設(shè)定基準(zhǔn)向量為[0，1，1]，得到的待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量為[0.3，0.7，0.68]，待檢測的電力變壓器繞組聯(lián)合特征向量與基準(zhǔn)向量的夾角為17.11度，待檢測的電力變壓器繞組為變形繞組。