專利名稱：一種基于電-振動(dòng)模型的電力變壓器故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電-振動(dòng)模型的電力變壓器故障診斷方法。
背景技術(shù)：
電力變壓器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，鐵芯的振動(dòng)主要來(lái)自鐵磁材料的磁致伸縮現(xiàn)象，而繞組的振動(dòng)則是由通電繞組在漏磁場(chǎng)中受到電磁力作用產(chǎn)生。繞組和鐵芯的振動(dòng)通過(guò)變壓器內(nèi)部連接固件傳遞和絕緣油傳遞兩種方式傳遞到變壓器油箱表面，在油箱表面產(chǎn)生振動(dòng)。因此，通過(guò)對(duì)變壓器油箱表面的振動(dòng)測(cè)量和分析處理可以監(jiān)測(cè)變壓器繞組和鐵芯的狀態(tài)和故障信息?；谡駝?dòng)分析法的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與整個(gè)電力系統(tǒng)沒(méi)有電氣連接，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒(méi)有任何影響，從而可以快速、安全、可靠地達(dá)到變壓器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的目的。將變壓器視作一個(gè)整體建立其電-振動(dòng)模型，利用模型監(jiān)測(cè)診斷變壓器狀態(tài)被認(rèn)為是振動(dòng)分析法的有效方法之一。這方面的研究工作最早可回溯到80年代MIT (麻神理工)的Lavalle的論文，他在文中根據(jù)繞組振動(dòng)特性提出了一種簡(jiǎn)化的繞組振動(dòng)模型，模型建立了振動(dòng)諧波成分與電流諧波成分平方的關(guān)系，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)變壓器進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量估計(jì)出模型系數(shù)，用建立的模型判斷繞組松動(dòng)故障。之后，MIT的McCarthy在Lavalle的工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了模型，將鐵芯振動(dòng)、鐵芯溫度、繞組溫度、系統(tǒng)相位信息等因素加入到了模型中，系數(shù)中還引入了各電流諧波成分在繞組不同溫度條件下對(duì)振動(dòng)輸出的影響。Garcia B.等在MIT模型基礎(chǔ)上，考慮繞組與鐵芯振動(dòng)機(jī)理和油溫對(duì)振動(dòng)模型的影響提出了基于變壓器油箱壁振動(dòng)基頻的繞組監(jiān)測(cè)模型。上述有代表性的電-振動(dòng)模型在變壓器繞組松動(dòng)監(jiān)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，但同時(shí)仍存在不少局限和不足，主要表現(xiàn)在模型的實(shí)用性、適用性和結(jié)果的準(zhǔn)確性方面。在MIT的模型中，只考慮了變壓器單一振動(dòng)源即繞組振動(dòng)，而實(shí)際測(cè)得的是油箱壁上的繞組、鐵芯等振動(dòng)的合成，而且模型中的鐵芯溫度、繞組溫度等參數(shù)不易直接獲取。Garcia B.的模型只是針對(duì)變壓器基頻振動(dòng)建模，而忽略了其它頻率成分的重要性，大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行變壓器振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，變壓器振動(dòng)中的其它諧波成分也是變壓器繞組振動(dòng)以及機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)改變的重要監(jiān)測(cè)參數(shù)，不容忽視。這些高次諧波也可以反映變壓器內(nèi)部的狀況，甚至有時(shí)候變壓器內(nèi)部的故障就是體現(xiàn)在振動(dòng)的高次諧波成分的變化上。例如變壓器在大負(fù)載時(shí)，由于繞組絕緣墊塊的非線性繞組振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)二次和三次及其以上的諧波成分。再者，變壓器油箱壁上的振動(dòng)受變壓器的機(jī)械結(jié)構(gòu)、振動(dòng)的傳遞途徑及油箱壁本身對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)等因素的影響，使得變壓器油箱壁表面的振動(dòng)信號(hào)相當(dāng)復(fù)雜，且不同位置的振動(dòng)各不相同。大量研究表明，僅僅簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)、分析油箱表面的單個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)難以很好的獲得變壓器內(nèi)部的振動(dòng)特征及故障信息，而Garcia B.的模型只針對(duì)一個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)獨(dú)立建模，這也是該模型準(zhǔn)確性和適用性難以提高的主要原因之一。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開了一種基于電-振動(dòng)模型的電力變壓器故障診斷方法，針對(duì)變壓器油箱壁表面振動(dòng)信號(hào)的復(fù)雜性，建立多測(cè)點(diǎn)多特征量的電-振動(dòng)模型，能夠提高故障診斷的準(zhǔn)確性，且具有實(shí)用性。
一種基于電-振動(dòng)模型的電力變壓器故障診斷方法，包括如下步驟:
建立電-振動(dòng)模型:
(I)采集電力變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下的輸出電壓信號(hào)、負(fù)載電流信號(hào)以及油溫信號(hào)；同時(shí)在變壓器油箱外表面上布置多個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，采集各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)；
(2)根據(jù)所述的振動(dòng)信號(hào)構(gòu)建振動(dòng)特征矩陣，并計(jì)算出輸出電壓信號(hào)的有效值、負(fù)載電流信號(hào)的有效值以及油溫信號(hào)的平均值；
(3)將步驟(2)中得到的振動(dòng)特征矩陣以及有效值和平均值代入以下關(guān)系式中，通過(guò)擬合計(jì)算出該關(guān)系式中的各階參數(shù)矩陣；進(jìn)而將各階參數(shù)矩陣反代入該關(guān)系式中得到電-振動(dòng)模型；
權(quán)利要求
1.一種基于電-振動(dòng)模型的電力變壓器故障診斷方法，包括如下步驟: 建立電-振動(dòng)模型: (1)采集電力變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下的輸出電壓信號(hào)、負(fù)載電流信號(hào)以及油溫信號(hào)；同時(shí)在變壓器油箱外表面上布置多個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，采集各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)； (2)根據(jù)所述的振動(dòng)信號(hào)構(gòu)建振動(dòng)特征矩陣，并計(jì)算出輸出電壓信號(hào)的有效值、負(fù)載電流信號(hào)的有效值以及油溫信號(hào)的平均值； (3)將步驟(2)中得到的振動(dòng)特征矩陣以及有效值和平均值代入以下關(guān)系式中，通過(guò)擬合計(jì)算出該關(guān)系式中的各階參數(shù)矩陣；進(jìn)而將各階參數(shù)矩陣反代入該關(guān)系式中得到電-振動(dòng)模型；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，構(gòu)建振動(dòng)特征矩陣的方法如下: 首先，對(duì)各振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到各振動(dòng)信號(hào)的頻譜； 然后，構(gòu)建各振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征向量如下: Vk — [Vk, 100，Vk,200，...，Vk,900] 其中:Vk為第k振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征向量，Vkj 200, Vkj 900分別為第k振動(dòng)信號(hào)頻譜中頻率為100Hz、200Hz和900Hz所對(duì)應(yīng)的幅值，k為振動(dòng)信號(hào)的序號(hào)； 最后，根據(jù)各振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)特征向量，構(gòu)建振動(dòng)特征矩陣如下: V= [V1；V2, -,VJ 其中:V為振動(dòng)特征矩陣，η為振動(dòng)信號(hào)的總個(gè)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于:所述的步驟(3)中，通過(guò)最小二乘法擬合計(jì)算出關(guān)系式中的各階參數(shù)矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于:所述的步驟(c)中，根據(jù)以下算式計(jì)算Vral與Vnrod的誤差:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變壓器故障診斷方法，其特征在于:所述的步驟(c)中，使VMal與Vmtxl的誤差與給定的誤差閾值進(jìn)行比較，若誤差大于誤差閾值，則判定電力變壓器處于故障狀態(tài)；否則，則表示電力變壓器處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電-振動(dòng)模型的電力變壓器故障診斷方法，其通過(guò)采集變壓器的電壓信號(hào)、電流信號(hào)、油溫信號(hào)以及多個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，訓(xùn)練建立出電-振動(dòng)模型，利用振動(dòng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與通過(guò)模型得到的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以對(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷。本發(fā)明振動(dòng)模型輸入和輸出都是和實(shí)際振動(dòng)相關(guān)、能夠測(cè)到或獲得的信號(hào)、變壓器參數(shù)等，具有很好的實(shí)用性；模型考慮了變壓器振動(dòng)的基頻分量還包含了高次諧波，可以發(fā)現(xiàn)一些基頻振動(dòng)所無(wú)法反映的故障；模型考慮了變壓器油箱壁多個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)，排除了單點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)對(duì)變壓器內(nèi)部振動(dòng)反映不靈敏或者不完整的可能性，提高了利用電-振動(dòng)模型進(jìn)行變壓器監(jiān)測(cè)診斷的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01R31/00GK103149476SQ20131004770
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者黃海, 陳祥獻(xiàn), 林土方, 郭才福, 王澤波, 林愛弟, 郭潔, 鄭婧, 潘成峰, 夏冰松, 李汶 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 溫嶺市電力公司