本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種變壓器短路時(shí)繞組工作狀態(tài)診斷方法，其包括下列步驟：(1)采集變壓器發(fā)生短路時(shí)變壓器箱壁的一段振動(dòng)信號(hào)；(2)將一段振動(dòng)信號(hào)的左端點(diǎn)和右端點(diǎn)進(jìn)行延拓預(yù)處理；(3)將上述經(jīng)過(guò)延拓的一段振動(dòng)信號(hào)分解為若干個(gè)固有模式函數(shù)分量；(4)將分解得到的全部固有模式函數(shù)分量進(jìn)行希爾伯特變換，得到振動(dòng)信號(hào)的希爾伯特譜；(5)根據(jù)希爾伯特譜得到希爾伯特邊際譜和希爾伯特能量；(6)根據(jù)希爾伯特邊際譜和希爾伯特能量的變化對(duì)變壓器繞組的狀態(tài)進(jìn)行判別。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種信號(hào)監(jiān)測(cè)方法，尤其涉及一種變壓器發(fā)生短路時(shí)繞組工作狀態(tài)的診斷方法。
技術(shù)介紹
變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)電力系統(tǒng)安全影響重大。隨著我國(guó)電網(wǎng)容量的日益增大，短路容量亦隨之不斷增大，變壓器出口短路形成的沖擊電流產(chǎn)生的巨大電磁作用力對(duì)變壓器繞組的機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。目前變電站設(shè)備及線路的運(yùn)行環(huán)境始終不容樂(lè)觀，因外部短路造成變壓器繞組受沖擊而引發(fā)的變形，是變壓器運(yùn)行過(guò)程中較為常見的故障，其對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了很大的威脅。變壓器遭受突發(fā)短路后，其繞組可能首先發(fā)生松動(dòng)或輕微變形，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究分析變壓器繞組變形具有累積效應(yīng)，如果對(duì)于松動(dòng)或變形不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，那么在變壓器的松動(dòng)或變形累積到一定程度后會(huì)使變壓器的抗短路能力大幅下降而在遭受較小的沖擊電流下也會(huì)弓I發(fā)大的事故發(fā)生。繞組的變形一方面會(huì)導(dǎo)致機(jī)械抗短路電流沖擊能力的下降，另一方面也會(huì)導(dǎo)致線圈內(nèi)部局部絕緣距離發(fā)生變化，使局部出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)，當(dāng)遇到過(guò)電壓作用時(shí)，繞組有可能發(fā)生餅間或匝間短路導(dǎo)致變壓器絕緣擊穿事故，或者由于局部場(chǎng)強(qiáng)增大而引起局部放電，絕緣損傷部位會(huì)逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致變壓器發(fā)生絕緣擊穿事故而引發(fā)進(jìn)一步的事態(tài)擴(kuò)大。因此，在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)變壓器經(jīng)歷了外部短路事故后或運(yùn)行一段時(shí)間后的常規(guī)檢修中，如何有效地檢測(cè)出變壓器繞組是否存在松動(dòng)和變形，從而判斷變壓器是否需要檢修處理顯得十分重要，是保障變壓器安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段，因此變壓器繞組變形的檢測(cè)是目前變壓器常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目之一。目前實(shí)際應(yīng)用的對(duì)變壓器繞組狀態(tài)的檢測(cè)方法主要有以下三種1、短路阻抗法變壓器短路阻抗是當(dāng)負(fù)載阻抗為零時(shí)變壓器內(nèi)部的等效阻抗，短路阻抗是變壓器繞組的漏抗和電阻的矢量和，由于變壓器直流電阻相對(duì)于漏抗數(shù)值很小，因此變壓器的短路阻抗反映的主要是變壓器繞組的漏抗。由變壓器的理論分析可知，變壓器漏抗值是由繞組的幾何尺寸所決定的，或者說(shuō)是由繞組的結(jié)構(gòu)決定的，一旦變壓器繞組發(fā)生變形，從理論上來(lái)說(shuō)變壓器的漏抗相應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化，因此通過(guò)對(duì)變壓器短路阻抗的檢測(cè)可以間接地反映變壓器繞組內(nèi)部是否發(fā)生了變形。一般情況下，運(yùn)行中的變壓器受到了短路電流的沖擊后，或在定期常規(guī)檢查時(shí)要將測(cè)得的短路阻抗值與原有的記錄進(jìn)行比較來(lái)判斷繞組是否發(fā)生了變形，如果短路阻抗值變化較大，例如國(guó)標(biāo)中設(shè)定為變化超過(guò)3%，則可確認(rèn)繞組有顯著變形。按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變壓器在短路阻抗測(cè)試試驗(yàn)中，要求測(cè)量每一相的短路阻抗，并把試驗(yàn)后所測(cè)量的短路阻抗值與以往試驗(yàn)的數(shù)據(jù)加以比較，根據(jù)其變化的程度，作為判斷被試變壓器繞組是否合格的重要依據(jù)之一。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，短路阻抗法在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中已建立了標(biāo)準(zhǔn)，判據(jù)較為明確，在國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60076-5和GB1095-85中均明確給出了線圈變形程度的判據(jù)。但很多情況下這種方法的靈敏度很低，故障的檢出率較低，只有在線圈整體變形情況較為嚴(yán)重時(shí)才能夠得到較明確的反映。2、頻響分析法頻響分析法的基本原理是將變壓器繞組視為一個(gè)分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，它由對(duì)地電容C、縱向電容K、電感L等分布參數(shù)構(gòu)成一無(wú)源線性雙端口網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的特性在頻域上可以用傳遞函數(shù)H(jco)來(lái)描述。繞組發(fā)生局部機(jī)械變形后，其內(nèi)部的分布電感L、縱向電容K和對(duì)地電容C等分布參數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而在網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)H(jco)上得到反映。因此分析變壓器繞組的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)曲線的變化情況就可以分析內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)電參數(shù)是否發(fā)生變化，從而推斷相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變形，這是頻響分析法測(cè)試變壓器繞組變形的依據(jù)和基礎(chǔ)。 頻響法測(cè)試首先將一穩(wěn)定的正弦掃頻電壓信號(hào)Vi施加到被試變壓器繞組的一端， 然后同時(shí)記錄該端口 Vi和其它輸出端口上的電壓V。，從而得到該被試?yán)@組的一組頻響特性曲線，其表達(dá)式為H(j ω) = V0Ai頻響法的測(cè)試靈敏度較短路阻抗法高，但由于其頻響波形的復(fù)雜性，對(duì)繞組狀況的判別需要較多的經(jīng)驗(yàn)，較難形成明確的定量判據(jù)，因此至今沒(méi)有形成判別標(biāo)準(zhǔn)。上述兩種方法是目前判別變壓器繞組狀況最常用的，兩種方法都是采用電測(cè)方法，出發(fā)點(diǎn)都是基于變壓器繞組發(fā)生明顯變形的狀況下模型中對(duì)應(yīng)的元件電參數(shù)發(fā)生變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量判別，這對(duì)變壓器繞組發(fā)生較明顯的變形情況較為適宜，但對(duì)繞組發(fā)生輕微變形，尤其是對(duì)變壓器繞組存在的相對(duì)松動(dòng)和扭曲變形的狀態(tài)不能給出較明確的判斷，因?yàn)檫@些情況下反映在等效電路模型中的電參數(shù)幾乎沒(méi)有變化，其傳遞函數(shù)的變化也就非常小。然而變壓器繞組松動(dòng)或扭曲變形對(duì)其抗短路能力有很大的影響，因此研究繞組的狀況需有靈敏度更高的方法來(lái)進(jìn)行判別。3、振動(dòng)分析法振動(dòng)分析法的基本原理是把變壓器繞組看作一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)體，則當(dāng)繞組結(jié)構(gòu)或受力發(fā)生任何變化時(shí)，都可以從它的機(jī)械振動(dòng)特性變化上得到反映。繞組的振動(dòng)通過(guò)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接件傳遞到變壓器箱體，所以變壓器箱體表面檢測(cè)得到的振動(dòng)信號(hào)與變壓器的繞組振動(dòng)特性有密切的關(guān)系，因此，變壓器箱體表面的振動(dòng)信號(hào)分析可以作為變壓器繞組故障診斷的一個(gè)途徑。與前述電氣測(cè)量法相比較，振動(dòng)分析法的最大優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)吸附在變壓器箱壁上的振動(dòng)傳感器來(lái)獲得變壓器的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)分析其振動(dòng)特性的變化來(lái)判斷繞組狀態(tài)的變化情況，只要繞組的機(jī)械特性(如結(jié)構(gòu)變形、預(yù)緊力松動(dòng)等)發(fā)生變化，都可以從它的機(jī)械振動(dòng)特性變化上得到反映，從而大大提高了檢測(cè)的靈敏度。此外，將振動(dòng)傳感器置于箱壁上的振動(dòng)檢測(cè)與整個(gè)強(qiáng)電系統(tǒng)沒(méi)有直接的連接，對(duì)于整個(gè)電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒(méi)有任何影響，因此，可發(fā)展成為一種較準(zhǔn)確、便捷、安全的在線監(jiān)測(cè)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種，該方法通過(guò)在線監(jiān)測(cè)變壓器在突發(fā)短路時(shí)振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)時(shí)變性和非平穩(wěn)性，而對(duì)變壓器在突發(fā)短路時(shí)的繞組工作狀態(tài)進(jìn)行判別。為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供了一種，其包括下列步驟(I)采集變壓器發(fā)生短路時(shí)變壓器箱壁的一段振動(dòng)信號(hào)；(2)將所述一段振動(dòng)信號(hào)的左端點(diǎn)按照下述步驟從左向右進(jìn)行延拓，將所述一段振動(dòng)信號(hào)的右端點(diǎn)按照下述步驟從右向左進(jìn)行延拓2a.設(shè)所述一段振動(dòng)信號(hào)的端點(diǎn)數(shù)據(jù)為X(I)，所述端點(diǎn)數(shù)據(jù)為左 端點(diǎn)數(shù)據(jù)或右端點(diǎn)數(shù)據(jù)，最先出現(xiàn)的信號(hào)極大值點(diǎn)為，最先出現(xiàn)的信號(hào)極小值點(diǎn)為eSl，所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)的全部信號(hào)極大值點(diǎn)eh構(gòu)成一信號(hào)極大值點(diǎn)集，所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)的全部信號(hào)極小值點(diǎn)eSi構(gòu)成一信號(hào)極小值點(diǎn)集，i = 1,2,3……njfx(l)、A1和eSl構(gòu)成的信號(hào)段Xs1 (t)作為所述一段振動(dòng)信號(hào)的特征信號(hào)，若信號(hào)極大值點(diǎn)eh先于信號(hào)極小值點(diǎn)eSl出現(xiàn)，則以作為特征點(diǎn)，若信號(hào)極小值點(diǎn)為eSl先于信號(hào)極大值點(diǎn)為出現(xiàn)，則以eSl為特征點(diǎn)，根據(jù)所述特征信號(hào)和特征點(diǎn)在所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)找尋所有與信號(hào)段Xs1 (t)波形匹配且長(zhǎng)度相同的信號(hào)段Xsi (t)，得到信號(hào)段Xsi (t) ' = Xsi (t) + (ebreb2)，計(jì)算信號(hào)段XSiU)'與信號(hào)段xSl(t)的匹配度值&=Σ (XSl(t)-XSi(t)' )2，從所有信號(hào)段Xsi (t)'中挑選出匹配度值最小的信號(hào)段XSi (t)"，其與信號(hào)段XSl(t)的匹配度值為emin;2b.將emin與一設(shè)定的閾值α進(jìn)行比較，若emin< α，則判斷該信號(hào)段XSi⑴"為匹配段；若efflin ^ α，則判斷xs, (本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種變壓器短路時(shí)繞組工作狀態(tài)診斷方法，其特征在于，包括下列步驟：(1)采集變壓器發(fā)生短路時(shí)變壓器箱壁的一段振動(dòng)信號(hào)；(2)將所述一段振動(dòng)信號(hào)的左端點(diǎn)按照下述步驟從左向右進(jìn)行延拓，將所述一段振動(dòng)信號(hào)的右端點(diǎn)按照下述步驟從右向左進(jìn)行延拓：2a.設(shè)所述一段振動(dòng)信號(hào)的端點(diǎn)數(shù)據(jù)為x(1)，所述端點(diǎn)數(shù)據(jù)為左端點(diǎn)數(shù)據(jù)或右端點(diǎn)數(shù)據(jù)，最先出現(xiàn)的信號(hào)極大值點(diǎn)為eb1，最先出現(xiàn)的信號(hào)極小值點(diǎn)為es1，所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)的全部信號(hào)極大值點(diǎn)ebi構(gòu)成一信號(hào)極大值點(diǎn)集，所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)的全部信號(hào)極小值點(diǎn)esi構(gòu)成一信號(hào)極小值點(diǎn)集，i＝1，2，3……n，將x(1)、eb1和es1構(gòu)成的信號(hào)段xs1(t)作為所述一段振動(dòng)信號(hào)的特征信號(hào)，若信號(hào)極大值點(diǎn)eb1先于信號(hào)極小值點(diǎn)es1出現(xiàn)，則以eb1作為特征點(diǎn)，若信號(hào)極小值點(diǎn)為es1先于信號(hào)極大值點(diǎn)為eb1出現(xiàn)，則以es1為特征點(diǎn)，根據(jù)所述特征信號(hào)和特征點(diǎn)在所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)找尋所有與信號(hào)段xs1(t)波形匹配且長(zhǎng)度相同的信號(hào)段xsi(t)，得到信號(hào)段xsi(t)′＝xsi(t)+(eb1?eb2)，計(jì)算信號(hào)段xsi(t)′與信號(hào)段xs1(t)的匹配度值ei＝∑(xs1(t)?xsi(t)′)2，從所有信號(hào)段xsi(t)′中挑選出匹配度值最小的信號(hào)段xsi(t)″，其與信號(hào)段xs1(t)的匹配度值為emin；2b.將emin與一設(shè)定的閾值α進(jìn)行比較，若emin＜α，則判斷該信號(hào)段xsi(t)″為匹配段；若emin≥α，則判斷xsi(t)″不是匹配段；2c.在所述一段振動(dòng)信號(hào)內(nèi)取匹配段xsi(t)″的信號(hào)極大值點(diǎn)ebi″之前的兩個(gè)信號(hào)極大值點(diǎn)ebi?1、ebi?2以及兩個(gè)信號(hào)極小值點(diǎn)esi?1、esi?2，在上述ebi?1、ebi?2、esi?1、esi?2上分別加上(eb1?ebi″)，得到eb′i?1、eb′i?2、es′i?1和es′i?2，然后將其按照其在波形內(nèi)對(duì)應(yīng)的時(shí)間順序添加到所述信號(hào)極大值點(diǎn)集與信號(hào)極小值點(diǎn)集的最端點(diǎn)處作為延拓，所述最端點(diǎn)處為最左端或最右端；(3)按照下述步驟將上述經(jīng)過(guò)延拓的一段振動(dòng)信號(hào)x(t)分解為若干個(gè)固有模式函數(shù)分量：3a.對(duì)振動(dòng)信號(hào)x(t)求導(dǎo)，得到時(shí)間序列y(t)；3b.計(jì)算時(shí)間序列y(t)相鄰兩點(diǎn)的乘積pyi(t)＝y(tǒng)i(t)×yi?1(t)其中，i＝2，3，L，n?1，n為振動(dòng)信號(hào)的點(diǎn)數(shù)；3c.根據(jù)乘積pyi(t)和時(shí)間序列y(t)的正負(fù)，依次找尋振動(dòng)信號(hào)x(t)的所有局部極大值點(diǎn)eb(t)和所有局部極小值點(diǎn)es(t)：當(dāng)pyi(t)＜0時(shí)：若pyi(t)＜0且yi?1(t)＜0，則xi?1(t)為局部極小值點(diǎn)；若pyi(t)＜0且yi?1(t)＞0，則xi?1(t)為局部極大值點(diǎn)；當(dāng)pyi(t)＞0時(shí)，xi?1(t)為非極值點(diǎn)；當(dāng)pyi(t)＝0時(shí)，若yi?1(t)＝0，計(jì)算兩點(diǎn)yi(t)和yi?2(t)的乘積，令pyi(t)′＝y(tǒng)i(t)×yi?2(t)，若pyi(t)′＜0且yi?2(t)＜0，則xi?1(t)為局部極小值點(diǎn)；若pyi(t)′＜0且yi?2(t)＞0，則xi?1(t)為局部極大值點(diǎn)；若yi?2(t)＝0，則xi?1(t)為非極值點(diǎn)；3d.將所述所有局部極大值點(diǎn)eb(t)和所有局部極小值點(diǎn)es(t)用三次樣條插值函數(shù)s(t)連接起來(lái)分別求出上包絡(luò)線emax(t)和下包絡(luò)線emin(t)，所述的三次樣條插值函數(shù)s(t)是在振動(dòng)信號(hào)x(t)的每一個(gè)小區(qū)間[ti，ti+1](i＝1，2，L，n?1)上不超過(guò)三次的多項(xiàng)式，其表達(dá)式為s(t)=mi(ti+1-t)36(ti+1-ti)+mi+1(t-ti)36(ti+1-ti)+xi+1(t)-xi(t)ti+1-ti-ti+1-ti6(mi+1-mi)+xi(t)-mi(ti+1-ti)26式中，mi和mi+1為三次樣條插值函數(shù)s(t)在區(qū)間[ti，ti+1]兩端點(diǎn)處的二階導(dǎo)數(shù)值；3e.根據(jù)求得的上包絡(luò)線emax(t)和下包絡(luò)線emin(t)計(jì)算上、下包絡(luò)線的均值m(t)＝(emax(t)+emin(t))/2，將振動(dòng)信號(hào)x(t)減去m(t)，得到一個(gè)新的時(shí)間序列y1(t)；3f.判斷上述時(shí)間序列y1(t)是否同時(shí)滿足下述兩個(gè)條件：A.在整個(gè)信號(hào)長(zhǎng)度上，極值點(diǎn)和過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目必須相等或者至多只相差一個(gè)；B.在任意時(shí)刻，由極大值點(diǎn)定義的上包絡(luò)線和由極小值點(diǎn)定義的下包絡(luò)線的平均值為零；若同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則y1(t)為固有模式函數(shù)分量；若不能同 時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則將y1(t)作為一個(gè)原始分量，重復(fù)前述步驟...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李清，蔡開穗，王豐華，金之儉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南電力試驗(yàn)研究院，上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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