本發(fā)明屬于高壓設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器振動監(jiān)測方法及裝置。
背景技術(shù)：
變壓器作為電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備一旦發(fā)生故障將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器鐵芯和繞組是發(fā)生故障的主要部件，當(dāng)繞組和鐵芯發(fā)生變形或松動時(shí)，磁致伸縮和漏磁引起的鐵芯疊片以及繞組之間的振動是引起變壓器箱體振動加劇的主要原因。同時(shí)，隨著我國交直流混合輸電模式逐漸形成，交直流系統(tǒng)相互干擾的問題也隨之出現(xiàn)。
振動監(jiān)測法靈敏度高、與電力系統(tǒng)無電氣連接，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)行中電力變壓器振動信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析診斷，獲得變壓器內(nèi)部鐵芯和繞組的壓緊狀況、位移及變形狀態(tài)等，阻止變壓器潛伏故障的發(fā)生，為電力變壓器狀態(tài)評估和狀態(tài)檢修提供重要依據(jù)，對積極促進(jìn)智能變電站的建設(shè)，提高高壓設(shè)備智能運(yùn)維水平，具有重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種變壓器振動監(jiān)測方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)通過振動信號對變壓器進(jìn)行直接的檢測和故障判斷。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種變壓器振動監(jiān)測方法，包括如下步驟：
1)采集變壓器待測振動信號；
2)將變壓器待測振動信號進(jìn)行預(yù)處理，得到時(shí)域波形；
3)將時(shí)域波形進(jìn)行時(shí)-頻轉(zhuǎn)換，得到變壓器待測振動信號的瞬時(shí)頻率特性波形以及三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖；
4)根據(jù)瞬時(shí)頻率波形以及時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取特征量，特征量為各種頻率下的幅值特性；
5)將變壓器振動數(shù)據(jù)的特征量與樣本庫中的每種故障類型的特征量逐一進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)的大小，識別出變壓器故障類型。
進(jìn)一步地，所述特征量還包括時(shí)域波形提取的峰峰值和有效值。
進(jìn)一步地，還包括將采集的變壓器振動信號經(jīng)調(diào)理、放大、A/D及光電轉(zhuǎn)換，以FT3格式輸出待測信號的振動時(shí)域波形，并對時(shí)域波形采用濾波算法進(jìn)行降噪處理，濾波效果采用均方根誤差：
來衡量，d越小越好。
進(jìn)一步地，所述相關(guān)性計(jì)算為Pearson相關(guān)性計(jì)算方法：
X為待識別變壓器數(shù)據(jù)對應(yīng)的特征向量，Y為樣本庫中某一故障類型的特征向量，ρX,Y為相關(guān)系數(shù)；ρX,Y的絕對值越大，相關(guān)性越強(qiáng)。
進(jìn)一步地，根據(jù)時(shí)間-頻率-幅值譜圖提取的特征量中，包括低于1000Hz的幅值特性和1000Hz以上的幅值特性，1000Hz以上頻率的幅值特性用于對直流偏磁故障的判斷。
本發(fā)明還提供一種變壓器振動監(jiān)測裝置，包括如下模塊：
1)用于采集變壓器待測振動信號的模塊；
2)用于將變壓器待測振動信號進(jìn)行預(yù)處理，得到時(shí)域波形的模塊；
3)用于將時(shí)域波形進(jìn)行時(shí)-頻轉(zhuǎn)換，得到變壓器待測振動信號的瞬時(shí)頻率特性波形以及三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖的模塊；
4)用于根據(jù)瞬時(shí)頻率波形以及時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取特征量，特征量為各種頻率下的幅值特性的模塊；
5)用于將變壓器振動數(shù)據(jù)的特征量與樣本庫中的每種故障類型的特征量逐一進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)的大小，識別出變壓器故障類型的模塊。
進(jìn)一步地，所述特征量還包括時(shí)域波形提取的峰峰值和有效值。
進(jìn)一步地，還包括用于將采集的變壓器振動信號經(jīng)調(diào)理、放大、A/D及光電轉(zhuǎn)換，以FT3格式輸出待測信號的振動時(shí)域波形，并對時(shí)域波形采用濾波算法進(jìn)行降噪處理的模塊，濾波效果采用均方根誤差：
來衡量，d越小越好。
進(jìn)一步地，所述相關(guān)性計(jì)算為Pearson相關(guān)性計(jì)算方法：
X為待識別變壓器數(shù)據(jù)對應(yīng)的特征向量，Y為樣本庫中某一故障類型的特征向量，ρX,Y為相關(guān)系數(shù)；ρX,Y的絕對值越大，相關(guān)性越強(qiáng)。
進(jìn)一步地，根據(jù)時(shí)間-頻率-幅值譜圖提取的特征量中，包括低于1000Hz的幅值特性和1000Hz以上的幅值特性，1000Hz以上頻率的幅值特性用于對直流偏磁故障的判斷。
本發(fā)明的有益效果是：對變壓器待測振動信號進(jìn)行預(yù)處理，得到振動信號的時(shí)域波形、瞬時(shí)頻率特性波形和三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取特征量，包括時(shí)域波形下振動信號的峰峰值和有效值，以及時(shí)間-頻率-幅值譜圖下變壓器振動數(shù)據(jù)的各種頻率下的幅值特性的特征量，將特征量與樣本庫中的每種故障類型的特征量逐一進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，能夠準(zhǔn)確識別出變壓器故障類型?；诖朔椒ɑ蜓b置，實(shí)現(xiàn)通過振動信號對變壓器進(jìn)行直接的檢測和故障判斷，提高了變壓器故障的識別效率。
附圖說明
圖1是變壓器振動監(jiān)測方法流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示為變壓器振動監(jiān)測方法流程圖。
1)在變壓器投入運(yùn)行后，采集變壓器在實(shí)際負(fù)載運(yùn)行工況下的振動信號。
2)將采集變壓器振動信號經(jīng)信號調(diào)理、放大、A/D及光電轉(zhuǎn)換，以FT3格式輸出原始及待測信號的振動時(shí)域波形。對振動數(shù)據(jù)時(shí)域波形進(jìn)行降噪處理，濾除隨機(jī)噪聲和尖峰脈沖干擾。例如，可以采用長度為7的直線結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行形態(tài)濾波(當(dāng)然也可以采用其他濾波方法)，濾波效果用均方根誤差：
來衡量，d越小越好，可根據(jù)需要設(shè)定d的閾值。若誤差較大，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)元素的長度進(jìn)行優(yōu)選。
3)根據(jù)濾波降噪后的時(shí)域波形圖獲取時(shí)域波形的特征值，包括峰峰值和有效值，作為比對特征輸入量。
4)對待測振動信號的時(shí)域波形進(jìn)行歸一化處理，將時(shí)域信號進(jìn)行時(shí)-頻轉(zhuǎn)換，得到待測振動信號的瞬時(shí)頻率特性波形以及三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖。
5)根據(jù)瞬時(shí)頻率譜圖以及時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取變壓器的特征量，特征量為各種頻率下的幅值特性。
在本實(shí)施例中，采樣頻率為10kHz，采樣持續(xù)1s，采樣時(shí)間間隔為10s。統(tǒng)計(jì)每一個(gè)通道每1s的振動數(shù)據(jù)，每通道為10000個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理單元對濾波處理后生成4*10000的二維數(shù)組，該數(shù)組包含通道編號和采樣時(shí)刻。對四個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將相同時(shí)序的采樣數(shù)據(jù)疊加到一個(gè)通道，進(jìn)行均值化處理，生成一個(gè)有10000個(gè)數(shù)據(jù)的一維數(shù)組。
對上述時(shí)序振動信號進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換，得到振動信號的瞬時(shí)頻率特性以及三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖。針對瞬時(shí)頻率譜圖以及時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取變壓器振動數(shù)據(jù)的23個(gè)特征量如表1所示；
表1
6)將變壓器振動數(shù)據(jù)的特征量與樣本庫中的每種故障類型的特征量逐一進(jìn)行Pearson相關(guān)性計(jì)算：
X為待識別變壓器數(shù)據(jù)對應(yīng)的特征向量，Y為樣本庫中某一故障類型的特征向量，ρX,Y為相關(guān)系數(shù)；ρX,Y的絕對值越大，相關(guān)性越強(qiáng)。根據(jù)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)的大小，識別出變壓器故障類型。作為其他實(shí)施方式，除了上述的Pearson相關(guān)性計(jì)算方法，也可以采用其他的驗(yàn)證相關(guān)程度的公式或算法。
在本實(shí)施例中，特征量包括兩種，一種是時(shí)域波形提取的峰峰值和有效值，在表1中體現(xiàn)為序號為1和2的特征量；另一種是頻域波形提取的各種頻率下的幅值特性的特征量，在表1中體現(xiàn)為序號3-23的特征量。作為其他實(shí)施方式，可以僅通過頻域波形提取的各種頻率下的幅值特性的特征量來進(jìn)行相關(guān)性的計(jì)算，進(jìn)而識別出故障類型。
在本實(shí)施例中，根據(jù)三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取變壓器的特征量，為各種頻率下的幅值特性。特征量包括低于1000Hz的幅值特性和1000Hz以上的幅值特性，其中，1000Hz以上頻率的幅值特性不能對變壓器機(jī)械故障進(jìn)行判斷，可以用于對直流偏磁故障的判斷。
在本實(shí)施例中，在變壓器初始投入運(yùn)行時(shí)，采集變壓器的基準(zhǔn)振動信號，即變壓器在空載、額定負(fù)載工況下的振動信號；然后將變壓器基準(zhǔn)信號時(shí)域波形下所計(jì)算得到的峰峰值和有效值存入樣本庫作為正常狀態(tài)的比對基準(zhǔn)。除此之外，樣本庫中還應(yīng)包括各種故障類型對應(yīng)的樣本作為故障狀態(tài)的比對基準(zhǔn)，比如鐵芯松動、繞組松動故障分別對應(yīng)的三維時(shí)間-頻率-幅值情況，這些故障樣本可以通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)或歷史數(shù)據(jù)獲取，正常狀態(tài)的比對基準(zhǔn)除了可以通過上述的初始投運(yùn)獲得，也可以由歷史數(shù)據(jù)中獲得。
本發(fā)明還提供一種變壓器振動監(jiān)測裝置，包括如下模塊：
1)用于采集變壓器待測振動信號的模塊；
2)用于將變壓器待測振動信號進(jìn)行預(yù)處理，得到時(shí)域波形的模塊；
3)用于將時(shí)域波形進(jìn)行時(shí)-頻轉(zhuǎn)換，得到變壓器待測振動信號的瞬時(shí)頻率特性波形以及三維時(shí)間-頻率-幅值譜圖的模塊；
4)用于根據(jù)瞬時(shí)頻率波形以及時(shí)間-頻率-幅值譜圖，提取特征量，特征量為各種頻率下的幅值特性的模塊；
5)用于將變壓器振動數(shù)據(jù)的特征量與樣本庫中的每種故障類型的特征量逐一進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)的大小，識別出變壓器故障類型的模塊。
上述變壓器振動監(jiān)測裝置，實(shí)際上是基于本發(fā)明方法流程的一種計(jì)算機(jī)解決方案，即一種軟件構(gòu)架，上述各種模塊即為與方法流程相對應(yīng)的各處理進(jìn)程或程序。由于對上述方法的介紹已經(jīng)足夠清楚完整，故不再對該裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。