一种电抗器匝间绝缘状态监测方法、系统及应用技术方案

本公开提供了一种电抗器匝间绝缘状态监测方法、系统及应用，建立电力电抗器线圈振动仿真模型，获取电抗器线圈振动信号，得到对应线圈应力、位移和加速度；采用变分模态分解将电抗器线圈不同状态下振动信号分解为多个有限带宽本征模态函数，完成信号频带的自适应分割；计算每个有限带宽本征模态函数分量与原始信号的相对熵，相对熵乘上权重系数，得到权重散度，表征电抗器线圈机械振动信号的时频分布特征；利用模式识别算法建立权重散度与电抗器线圈匝间绝缘状态之间的关系，对所述关系进行寻优求解，直到满足设定条件，输出此时的电抗器线圈匝间绝缘状态。

【技术实现步骤摘要】
一种电抗器匝间绝缘状态监测方法、系统及应用
本公开涉及一种电抗器匝间绝缘状态监测方法、系统及应用。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，多发生干式空心电抗器烧毁事故，分析其原因，匝间绝缘缺陷引发的匝间短路故障占主要部分。然而，据专利技术人了解，目前的电抗器匝间绝缘缺陷检测方法主要有漏磁场检测法和雷电冲击试验法，其中，漏磁场检测法只适用于直接短路故障，不能检测出隐形匝间故障；雷电冲击试验法的过程中由于雷电冲击电压施加到被检测装置上，时间不长，所以检测的效果不太理想。综上，现有的干式空心电抗器匝间绝缘状态确定过程存在着离线判断、诊断方法效率较低，诊断结果准确性欠佳等问题。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种电抗器匝间绝缘状态监测方法、系统及应用，本公开基于振动分析法实现电抗器匝间绝缘状态监测。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，包括以下步骤：建立电力电抗器线圈振动仿真模型，获取电抗器线圈振动信号；采用变分模态分解将电抗器线圈不同状态下振动信号分解为多个有限带宽本征模态函数，完成信号频带的自适应分割；计算每个有限带宽本征模态函数分量与原始信号的相对熵，相对熵乘上权重系数，得到权重散度，表征电抗器线圈机械振动信号的时频分布特征；利用模式识别算法建立权重散度与电抗器线圈匝间绝缘状态之间的关系，对所述关系进行寻优求解，直到满足设定条件，输出此时的电抗器线圈匝间绝缘状态。作为进一步的限定，建立电抗器线圈振动仿真模型，进行电路、磁场和结构力场的多场耦合仿真，在结构场模块中，将电磁场耦合求解出的变量带入结构场求解域方程中，实现电磁场与结构力场的耦合，通过耦合计算得到对应线圈应力、位移和加速度。作为进一步的限定，进行信号频带的自适应分割过程中，具体包括：将电抗器振动信号分解为多个本征模态函数，构造带约束条件的变分模型，搜寻模型的最优解来实现信号的自适应分离。作为进一步的限定，电抗器振动信号的相对熵求解过程包括：确定电抗器线圈原始振动信号和有限带宽本征模态函数分量的概率分布函数，基于两个概率分布函数，分别计算概率分布函数的核密度估计，进而计算两个信号的K-L距离，进而得到相对熵。作为进一步的限定，权重系数为相应的有限带宽本征模态函数分量主频的1/104的倒数。作为进一步的限定，利用相关向量机进行电抗器的匝间绝缘故障诊断。作为进一步的限定，利用和声搜索算法，对相关向量机核函数参数选择进行优化，以选择最佳的核函数参数。具体过程包括：(1)定义适应度值函数与和声维数，优化目标是相关向量机的核函数参数，定义该模型的分类准确度的平均值为适应度值函数；(2)参数初始化，设置和声记忆库容量、记忆库取值概率、音调微调概率、音调微调宽带和最大迭代次数；(3)初始化和声库，产生多个和声，构成初始的和声库，调用相关向量机计算原始记忆库中的各个体适应度值；(4)生成新和声，计算新和声对应的分类准确度，如果新解优于和声库内的最差解，则用新解替换该最差解，更新和声记忆库；(5)若满足最大迭代次数则算法终止，获取最优的核函数参数，输出核函数参数下的运行结果；否则，算法转到步骤(4)继续执行。一种电抗器匝间绝缘状态监测系统，运行于处理器或存储器上，被配置为执行以下指令：建立电力电抗器线圈振动仿真模型，获取电抗器线圈振动信号；采用变分模态分解将电抗器线圈不同状态下振动信号分解为多个有限带宽本征模态函数，完成信号频带的自适应分割；计算每个有限带宽本征模态函数分量与原始信号的相对熵，相对熵乘上权重系数，得到权重散度，表征电抗器线圈机械振动信号的时频分布特征；利用模式识别算法建立权重散度与电抗器线圈匝间绝缘状态之间的关系，对所述关系进行寻优求解，直到满足设定条件，输出此时的电抗器线圈匝间绝缘状态。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开从电抗器机械及电气特性机理出发，建立电力电抗器线圈振动仿真模型，进行电路、磁场和结构力场的多场耦合仿真。从理论角度分析了电抗器稳态运行时线圈的受力情况，通过电抗器实际参量建立多种不同运行工况下的电抗器线圈振动仿真模型，获取大量电抗器线圈振动数据。本公开在电抗器绕组振动特性理论研究基础上提出了基于变分模态分解与权重散度的电抗器线圈振动信号的特征提取方法，并应用于电抗器绕组振动信号分析中，引入相关向量机，构建电抗器线圈匝间绝缘故障分类模型；与电抗器无电气连接，且能够实时监测电抗器匝间绝缘状态，具有实时性。建立了和声搜索优化相关向量机的模式识别模型，通过模式识别算法建立权重散度与电抗器线圈匝间绝缘状态之间的关系，能够准确有效区分电抗器匝间短路故障与正常工况下的机械振动信号，识别准确率较高，应用性良好。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本实施例中耦合仿真等效电路图；图2是本实施例中电抗器线圈匝间绝缘故障分类模型；图3是本实施例中故障分类算法流程图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
中所述的，电抗器匝间绝缘状态监测是电抗器状态检修管理机制的重要核心部分，当今的电抗器匝间绝缘状态诊断方法及导则存在着离线判断、诊断方法效率较低，诊断结果准确性欠佳等问题。为此，本实施例提出基于振动分析法实现电抗器匝间绝缘状态监测方法，具体包括以下部分：(1)电抗器线圈振动特性分析。从电抗器机械及电气特性机理出发，采用COMSOL软件建立电力电抗器线圈振动仿真模型，进行电路、磁场和结构力场的多场耦合仿真。从理论角度分析了电抗器稳态运行时线圈的受力情况，通过电抗器实际参量建立多种不同运行工况下的电抗器线圈振动仿真模型，获取大量电抗器线圈振动数据。(2)电抗器线圈振动信号特征提取算法。在电抗器绕组振动特性理论研究基础上提出了基于变分模态分解(Variationalmodedecomposition，VMD)与权重散度的电抗器线圈振动信号的特征提取方法，并应用于电抗器绕组振动信号分析中。(3)电抗器线圈匝间绝缘状态监测算法。在电抗器线圈匝间绝缘状态特征提取算法基础之上，引入相关向量机，构建电抗器线圈匝间绝缘故障分类模型。建立了和声搜索优化相关向量机的模式识别模型，通过模式识别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：包括以下步骤：建立电力电抗器线圈振动仿真模型，获取电抗器线圈振动信号；采用变分模态分解将电抗器线圈不同状态下振动信号分解为多个有限带宽本征模态函数，完成信号频带的自适应分割；计算每个有限带宽本征模态函数分量与原始信号的相对熵，相对熵乘上权重系数，得到权重散度，表征电抗器线圈机械振动信号的时频分布特征；利用模式识别算法建立权重散度与电抗器线圈匝间绝缘状态之间的关系，对所述关系进行寻优求解，直到满足设定条件，输出此时的电抗器线圈匝间绝缘状态。

【技术特征摘要】
1.一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：包括以下步骤：建立电力电抗器线圈振动仿真模型，获取电抗器线圈振动信号；采用变分模态分解将电抗器线圈不同状态下振动信号分解为多个有限带宽本征模态函数，完成信号频带的自适应分割；计算每个有限带宽本征模态函数分量与原始信号的相对熵，相对熵乘上权重系数，得到权重散度，表征电抗器线圈机械振动信号的时频分布特征；利用模式识别算法建立权重散度与电抗器线圈匝间绝缘状态之间的关系，对所述关系进行寻优求解，直到满足设定条件，输出此时的电抗器线圈匝间绝缘状态。2.如权利要求1所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：建立电抗器线圈振动仿真模型，进行电路、磁场和结构力场的多场耦合仿真，在结构场模块中，将电磁场耦合求解出的变量带入结构场求解域方程中，实现电磁场与结构力场的耦合，通过耦合计算得到对应线圈应力、位移和加速度。3.如权利要求1所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：进行信号频带的自适应分割过程中，具体包括：将电抗器振动信号分解为多个本征模态函数，构造带约束条件的变分模型，搜寻模型的最优解来实现信号的自适应分离。4.如权利要求1所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：电抗器振动信号的相对熵求解过程包括：确定电抗器线圈原始振动信号和有限带宽本征模态函数分量的概率分布函数，基于两个概率分布函数，分别计算概率分布函数的核密度估计，进而计算两个信号的K-L距离，进而得到相对熵。5.如权利要求1所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：权重系数为相应的有限带宽本征模态函数分量主频的1/104的倒数。6.如权利要求1所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其特征是：利用相关向量机进行电抗器的匝间绝缘故障诊断。7.如权利要求1所述的一种电抗器匝间绝缘状态监测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高兆丽，李鑫，吕晓平，刘昭，康庆奎，李钦柱，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济南供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37