一种变压器绕组工作状态检测方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种变压器绕组工作状态检测方法及系统，通过对变压器绕组进行扫频激振试验能够准确地得到各个测点的当前振动频响曲线，并转换成矩阵的形式，综合考虑所有频率点数据，提高检测精度，而且变压器绕组的微小形变也能够反映在当前振动频响曲线中，具有很高的灵敏度；继而对振动频响矩阵进行归一化处理，实现数据无量纲化，提高计算效率；然后，对由历史振动频响曲线矩阵计算得到的协方差矩阵进行特征值分解，并确定主元个数；接着，对协方差矩阵进行主元分解，再根据分解得到的矩阵对当前振动频响曲线矩阵按列进行变换；最后，通过计算统计量的平均值和控制限，定量地判定所述变压器绕组是否发生变形等异常，具有极高准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号监测
，特别是涉及一种变压器绕组工作状态检测方法及系统。
技术介绍
电力变压器是电能传输的枢纽元件，直接决定电力系统运行的稳定性和可靠性。随着我国电网容量的不断增大，短路容量相应增加；变压器出口一旦形成短路，较大的短路电流流过变压器绕组，产生巨大的电磁作用力；在所述电磁作用力的作用下，变压器绕组很容易发生松动或变形，从而造成变压器故障，甚至导致电力系统崩溃。因此，对变压器绕组工作状态进行检测以及时发现绕组变形，是保障变压器安全运行的重要措施。目前，技术人员通常采用频响分析法对变压绕组状态进行检测。所述频响分析法是将根据电路的网络理论，将变压器绕组看作是由电阻、电感和电容元件组成的线性无源二端口网络，其特性在时域上可用单位冲激响应或在频域上用传递函数描述，传递函数是单位冲激响应的傅里叶变换。具体地，在所述频响分析法实施时，将一稳定的正弦扫描电压信号施加到变压器绕组的一端，同时记录该端和其他端点上的电压幅值及相角，从而获得所述变压器绕组的一组频响特性即得到所述传递函数；如果变压器绕组发生变形，所述传递函数会在某种程度上发生变化，通过对所述传递函数中得到的激励信号波形和响应信号波形进行分析，可以对变压器绕组的工作状态做出判断。所述频响分析法法具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点，广泛应用于变压器绕组状态检测领域。然而，在使用所述频响分析法检测变压器绕组状态时，所述频响分析法没有形成简明、可量化的判据，需要技术人员根据现场的波形通过经验进行判断，对技术人员的专业水平有很高的要求，实用性较差；而且，在所述频响分析法操作过程中，频响波形往往非常复杂，对变压器绕组工作状态的检测需要依赖于人的经验判断，很容易造成误判，准确性差。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种变压器绕组工作状态检测方法及系统，以解决现有技术中的变压器绕组工作状态检测实用性差和准确性差的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：本专利技术实施例公开了一种变压器绕组工作状态检测方法，包括以下步骤：对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线；根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵YN×M；将所述当前振动频响矩阵YN×M归一化；根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵XN×M，并根据所述归一化历史振动频响矩阵XN×M获得协方差矩阵S，对所述协方差矩阵S进行特征值分解，计算获得所述协方差矩阵S的特征值及特征向量；根据所述特征值，确定特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，并根据所述特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，确定主元个数；根据所述特征值、所述特征向量以及所述主元个数，对所述协方差矩阵进行主元分解，得到矩阵P、矩阵对角矩阵Λ以及对角矩阵根据所述矩阵P和所述矩阵将所述当前振动频响矩阵的每一列yj进行分解变换；根据矩阵P、对角矩阵Λ以及经分解变换后的向量yj，计算统计量、所述统计量的元素平均值和控制限；判断所述元素平均值与所述控制限的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述控制限，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述控制限，则判断变压器绕组正常。优选地，所述对变压器进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线，包括：在变压器箱壁上设置多个振动传感器；将变压器的低压绕组短接；向变压器的高压绕组注入恒流变频激励信号，并将所述恒流变频激励信号的频率从一预设初始频率扫频至一预设终止频率；根据所述振动传感器采集获取的振动信号，获得与所述振动传感器位置对应的当前振动频响曲线。优选地，将所述当前振动频响矩阵归一化，包括：通过如下归一化公式，对所述当前振动频响矩阵YN×M归一化：μi=1MΣj=1Myij]]>σi=1MΣj=1M(yij-μi)2]]>yij=yij-μiσi]]>其中，yij为所述当前振动频响矩阵YN×M的第i行第j列。优选地，所述根据所述特征值，确定特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，并根据所述特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，确定主元个数，包括：根据如下公式计算所述特征值方差贡献率ai：ai=λiΣi=1Nλi,i=1,2,...,N]]>其中，λi为第i个特征值；根据如下公式计算所述特征值累计方差贡献率Ak：Ak=Σi-1kai,k=1,2,...,N]]>判断Ak是否大于一预设累计方差贡献率阈值；如果所述Ak大于所述累计方差贡献率阈值，取所述Ak对应的最小的k值作为主元个数l。优选地，根据所述特征值、所述特征向量以及所述主元个数，对所述协方差矩阵进行主元分解，得到矩阵P、矩阵对角矩阵Λ以及对角矩阵包括：对所述协方差矩阵S进行主元分解，所述主元分解公式为：S=[PP~]Λ00Λ~PP~T]]>其中，矩阵P为N行l列矩阵，由矩阵S前l个特征值所对应的特征向量构成；矩阵为N行N-l列矩阵，由矩阵S后N-l个特征值所对应的特征向量构成；对角矩阵Λ的元素为矩阵S的前l个特征值；对角矩阵的元素为矩阵S的后N-l个特征值。优选地，根据所述矩阵P和所述矩阵对所述当前振动频响矩阵的每一列进行分解，并得到变换后的矩阵YN×M，包括：根据如下公式，将当前振动频响矩阵YN×M的每一列进行分解：yj=y^j+y~j]]>yj＝PPTyjyj=P~P~Tyj]]>式中，j＝1,2,...,M。优选地，根据矩阵P、对角矩阵Λ以及经分解变换后的向量yj，计算统计量T2、所述统计量的元素平均值和控制限，包括以下计算公式：Tj2＝yjTPΛ-1PTyjT‾=1MΣj=1MTj2]]>τ＝χα2(l)式中，Tj2为统计量T2的第j个元素，为χα2()为自由度α的卡方分布。本专利技术实施例还公开了一种变压器绕组工作状态检测系统，包括振动频响测试系统和变压器绕组工作状态检测装置，其中：所述振动频响测试系统，包括电流传感器、振动传感器、数据采集模块、测控分析模块、恒流变频激振电源、升压变压器和信号分析显示终端；所述恒流变频激振电源与测控分析模块相连接，设置恒流扫频电源的输出参数，并传送至升压变压器；所述升压变压器与待测变压器相连接，将恒流变频激励信号施加至变压器的高压绕组；所述电流传感器和所述终端传感器设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线；根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵YN×M；将所述当前振动频响矩阵YN×M归一化；根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响矩阵XN×M，并根据所述归一化历史振动频响矩阵XN×M获得协方差矩阵S，对所述协方差矩阵S进行特征值分解，计算获得所述协方差矩阵S的特征值及特征向量；根据所述特征值，确定特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，并根据所述特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，确定主元个数；根据所述特征值、所述特征向量以及所述主元个数，对所述协方差矩阵进行主元分解，得到矩阵P、矩阵对角矩阵Λ以及对角矩阵根据所述矩阵P和所述矩阵将所述当前振动频响矩阵YN×M的每一列yj进行分解变换；根据矩阵P、对角矩阵Λ以及经分解变换后的向量yj，计算统计量、所述统计量的元素平均值和控制限；判断所述元素平均值与所述控制限的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述控制限，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述控制限，则判断变压器绕组正常。...

【技术特征摘要】
1.一种变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线；
根据所述当前振动频响曲线，获取当前振动频响矩阵YN×M；
将所述当前振动频响矩阵YN×M归一化；
根据历史变压器绕组振动频响曲线，获得历史振动频响曲线的归一化历史振动频响
矩阵XN×M，并根据所述归一化历史振动频响矩阵XN×M获得协方差矩阵S，对所述协方
差矩阵S进行特征值分解，计算获得所述协方差矩阵S的特征值及特征向量；
根据所述特征值，确定特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，并根据所述特
征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，确定主元个数；
根据所述特征值、所述特征向量以及所述主元个数，对所述协方差矩阵进行主元分
解，得到矩阵P、矩阵对角矩阵Λ以及对角矩阵根据所述矩阵P和所述矩阵将所述当前振动频响矩阵YN×M的每一列yj进行分
解变换；
根据矩阵P、对角矩阵Λ以及经分解变换后的向量yj，计算统计量、所述统计量的
元素平均值和控制限；
判断所述元素平均值与所述控制限的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述控
制限，则判断变压器绕组异常；或者，如果所述元素平均值小于所述控制限，则判断变
压器绕组正常。
2.根据权利要求1所述的变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，所述对变压
器进行扫频激振试验，获取变压器绕组的当前振动频响曲线，包括：
在变压器箱壁上设置多个振动传感器；
将变压器的低压绕组短接；
向变压器的高压绕组注入恒流变频激励信号，并将所述恒流变频激励信号的频率从
一预设初始频率扫频至一预设终止频率；
根据所述振动传感器采集获取的振动信号，获得与所述振动传感器位置对应的当前
振动频响曲线。
3.根据权利要求1所述的变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，将所述当前
振动频响矩阵归一化，包括：
通过如下归一化公式，对所述当前振动频响矩阵YN×M归一化：
μi=1MΣj=1Myij]]>σi=1MΣj=1M(yij-μi)2]]>yij=yij-μiσi]]>其中，yij为所述当前振动频响矩阵YN×M的第i行第j列。
4.根据权利要求1所述的变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，所述根据所
述特征值，确定特征值方差贡献率和特征值累计方差贡献率，并根据所述特征值方差贡
献率和特征值累计方差贡献率，确定主元个数，包括：
根据如下公式计算所述特征值方差贡献率ai：
ai=λiΣi=1Nλi,i=1,2,...,N]]>其中，λi为第i个特征值；
根据如下公式计算所述特征值累计方差贡献率Ak：
Ak=Σi-1kai,k=1,2,...,N]]>判断Ak是否大于一预设累计方差贡献率阈值；如果所述Ak大于所述累计方差贡献率
阈值，取所述Ak对应的最小的k值作为主元个数l。
5.根据权利要求1所述的变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，根据所述特
征值、所述特征向量以及所述主元个数，对所述协方差矩阵进行主元分解，得到矩阵P、
矩阵对角矩阵Λ以及对角矩阵包括：
对所述协方差矩阵S进行主元分解，所述主元分解公式为：
S=PP~Λ00Λ~PP~T]]>其中，矩阵P为N行l列矩阵，由矩阵S前l个特征值所对应的特征向量构...

【专利技术属性】
技术研发人员：于虹，钱国超，李亚宁，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：云南;53