一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法，该方法基于绕组振动产生机理，更好地反映了绕组的机械结构状态，将绕组故障与特征量直接进行关联，为故障诊断的有效性与科学性提供依据。此外，本发明专利技术具体实现与变压器无任何电气连接，且无需对变压器进行断电，对整个电力系统的运行影响很小。

An evaluation method of power transformer winding state based on system delay order estimation

The invention discloses an assessment method of power transformer winding system delay order estimation based on the method of generating mechanism based on the winding vibration, to better reflect the mechanical structure of state winding, winding fault and will feature directly related to fault diagnosis, the effectiveness and scientific of. In addition, the invention has no electrical connection with the transformer, and does not need to break the power of the transformer, and has little influence on the operation of the whole power system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法
本专利技术属于电力变压器安全故障检测
，具体涉及一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法。
技术介绍
大型电力变压器作为电力系统中十分重要的一环，其安全运行对保证电网安全、可靠供电举足轻重。在电力变压器故障中，绕组的故障比例高达46.4％，为变压器故障的最主要部件，且在电动力作用下绕组发生机械变形而导致的严重故障占绕组总故障的70％。即便是绕组的轻微变形，也会引发绕组机械性能恶化、绝缘强度与抗短路能力降低等问题，带来极大的安全隐患。因此，在变压器带电监测中实现对其主要故障部件绕组的状态监测与评估，是十分必要且重要的。振动分析法通过对采集到的油箱壁振动信号进行分析，获取变压器内部部件状态信息。当变压器内部机械结构发生改变时，势必导致振动系统的系统响应发生改变。因此，可构建输入电磁力与输出绕组振动响应的关系模型，并通过提取该模型的系统特性反映变压器绕组的机械结构状态。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法，能够在线检测出电力变压器绕组机械结构状态。一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法，包括如下步骤：(1)在电力变压器油箱表面对应绕组位置分散地布置多个振动传感器，记录电力变压器在低电压负载运行条件下各振动传感器的振动信号，并同步采集电力变压器的一次侧电流；(2)对所述振动信号以及电流信号进行预处理，其中包括对电流信号的去磁滞化处理；(3)对于任一振动传感器，通过构建电流与绕组振动的关系模型，并根据该振动传感器预处理后的振动信号以及电流信号估算出模型的延迟阶数n作为系统特性的特征量，n＝Na+Nb，Na和Nb分别为系统输出和输入的实际线性延迟阶数，Na和Nb均为自然数且Na＝Nb或Na＝Nb+1；进而依据n、Na和Nb判断基于该振动传感器数据情况下电力变压器绕组的机械结构状态；(4)根据步骤(3)遍历所有振动传感器，当基于一定比例的振动传感器判断出绕组机械结构状态为正常，则最终判定电力变压器绕组正常，否则判定电力变压器绕组异常。进一步地，所述步骤(2)中对振动信号以及电流信号进行预处理的具体过程为：首先，对振动信号和电流信号进行归一化处理；然后，根据以下公式对归一化后的电流信号进行非线性变换：其中：i(t)为归一化后的电流信号，t为时刻，ip(t)为非线性变换后的电流信号。进一步地，所述步骤(3)中估算模型延迟阶数n的具体过程如下：3.1根据以下公式计算延迟阶数为n情况下关系模型中所有采样点组合的Lipschitz系数：其中：lij(n)表示延迟阶数为n情况下关系模型中第i采样点与第j采样点组合的Lipschitz系数，i和j均为采样点序号；当n为偶数时，γ1(i)～γn(i)对应等于y(i-1),x(i-1),y(i-2),x(i-2),...,y(i-Na),x(i-Nb)，γ1(j)～γn(j)对应等于y(j-1),x(j-1),y(j-2),x(j-2),...,y(j-Na),x(j-Nb)；当n为奇数时，γ1(i)～γn(i)对应等于y(i-1),x(i-1),y(i-2),x(i-2),...,y(i-Nb),x(i-Nb),y(i-Na)，γ1(j)～γn(j)对应等于y(j-1),x(j-1),y(j-2),x(j-2),...,y(j-Nb),x(j-Nb),y(j-Na)；y(i)和y(j)分别为振动传感器预处理后的振动信号中对应第i采样点和第j采样点的信号值，y(i-1)和y(j-1)分别为振动传感器预处理后的振动信号中对应第i-1采样点和第j-1采样点的信号值，y(i-2)和y(j-2)分别为振动传感器预处理后的振动信号中对应第i-2采样点和第j-2采样点的信号值，y(i-Na)和y(j-Na)分别为振动传感器预处理后的振动信号中对应第i-Na采样点和第j-Na采样点的信号值，y(i-Nb)和y(j-Nb)分别为振动传感器预处理后的振动信号中对应第i-Nb采样点和第j-Nb采样点的信号值，x(i-1)和x(j-1)分别为处理后的电流信号中对应第i-1采样点和第j-1采样点的信号值，x(i-2)和x(j-2)分别为处理后的电流信号中对应第i-2采样点和第j-2采样点的信号值，x(i-Nb)和x(j-Nb)分别为处理后的电流信号中对应第i-Nb采样点和第j-Nb采样点的信号值；3.2将步骤3.1中计算得到的所有Lipschitz系数从大到小排序并截取前m个Lipschitz系数，进而根据以下公式计算延迟阶数为n情况下关系模型的Lipschitz平均系数：其中：l(n)表示延迟阶数为n情况下关系模型的Lipschitz平均系数，l(n)(z)为从大到小排序后的第z个Lipschitz系数，m通常取0.01Nset，Nset为采样点总数；3.3根据步骤3.1和3.2，使延迟阶数n从1开始累加遍历，当满足以下条件时输出对应的模型延迟阶数n作为系统特性的特征量；其中：l(n+1)表示延迟阶数为n+1情况下关系模型的Lipschitz平均系数，ε为设定的收敛阈值。进一步地，所述步骤(3)中判断电力变压器绕组机械结构状态的具体过程为：首先，在确保电力变压器绕组正常情况下根据步骤(1)至(3)过程计算出模型的延迟阶数n以及Na和Nb；然后，使步骤(3)中基于当前振动传感器数据情况下实际测算得到的n、Na和Nb与电力变压器绕组正常情况下的n、Na和Nb进行比对，若两者数据吻合，则判定基于当前振动传感器数据情况下电力变压器绕组的机械结构状态为正常；若两者数据不吻合，则判定基于当前振动传感器数据情况下电力变压器绕组的机械结构状态为异常。本专利技术的有益技术效果如下：1.本专利技术具体实现与变压器无任何电气连接，且无需对变压器进行断电，对整个电力系统的运行影响很小。2.本专利技术方法基于绕组振动产生机理，更好地反映了绕组的机械结构状态，将绕组故障与特征量直接进行关联，为故障诊断的有效性与科学性提供依据。附图说明图1为本专利技术方法的步骤流程示意图。图2为电力变压器油箱表面测点布置图。图3为输入电流i(t)与振动分量的关系曲线图。图4为经去磁滞变换后的输入电流ip(t)与振动分量的关系曲线图。图5为输入电流ip(t)与以振动分量为输出的延迟阶数估计结果图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本实施方式的具体实验对象为一台110kV三相油浸式电力变压器，为了验证本专利技术方法的有效性，特意对比了同一个绕组在正常情况下和故障情况下的振动特征。故障绕组是正常绕组通过短路冲击人为损坏实现，变压器短路实验是一种专门针对绕组的测试方法，通过低压端短路，在高压端施加电压，能够让变压器绕组电流达到额定值。在进行诊断时，为了便于不失真的获取不同幅值的振动信号，须选用灵敏度较高的振动传感器；为了保证传感器在采样滤波频带之内的振动响应，将振动传感器固定在油箱侧壁上应采用磁座吸附或胶水粘接的方式。振动采样装置包括前置放大、抗混叠滤波、AD采样等主要模块，其中AD采样位数至少12位，抗混叠滤波器截止频率为2000Hz；进行振动信号采样时，采样频率至少为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法，包括如下步骤：(1)在电力变压器油箱表面对应绕组位置分散地布置多个振动传感器，记录电力变压器在低电压负载运行条件下各振动传感器的振动信号，并同步采集电力变压器的一次侧电流；(2)对所述振动信号以及电流信号进行预处理，其中包括对电流信号的去磁滞化处理；(3)对于任一振动传感器，通过构建电流与绕组振动的关系模型，并根据该振动传感器预处理后的振动信号以及电流信号估算出模型的延迟阶数n作为系统特性的特征量，n＝Na+Nb，Na和Nb分别为系统输出和输入的实际线性延迟阶数，Na和Nb均为自然数且Na＝Nb或Na＝Nb+1；进而依据n、Na和Nb判断基于该振动传感器数据情况下电力变压器绕组的机械结构状态；(4)根据步骤(3)遍历所有振动传感器，当基于一定比例的振动传感器判断出绕组机械结构状态为正常，则最终判定电力变压器绕组正常，否则判定电力变压器绕组异常。

【技术特征摘要】
1.一种基于系统延迟阶数估计的电力变压器绕组状态评估方法，包括如下步骤：(1)在电力变压器油箱表面对应绕组位置分散地布置多个振动传感器，记录电力变压器在低电压负载运行条件下各振动传感器的振动信号，并同步采集电力变压器的一次侧电流；(2)对所述振动信号以及电流信号进行预处理，其中包括对电流信号的去磁滞化处理；(3)对于任一振动传感器，通过构建电流与绕组振动的关系模型，并根据该振动传感器预处理后的振动信号以及电流信号估算出模型的延迟阶数n作为系统特性的特征量，n＝Na+Nb，Na和Nb分别为系统输出和输入的实际线性延迟阶数，Na和Nb均为自然数且Na＝Nb或Na＝Nb+1；进而依据n、Na和Nb判断基于该振动传感器数据情况下电力变压器绕组的机械结构状态；(4)根据步骤(3)遍历所有振动传感器，当基于一定比例的振动传感器判断出绕组机械结构状态为正常，则最终判定电力变压器绕组正常，否则判定电力变压器绕组异常。2.根据权利要求1所述的电力变压器绕组状态评估方法，其特征在于：所述步骤(2)中对振动信号以及电流信号进行预处理的具体过程为：首先，对振动信号和电流信号进行归一化处理；然后，根据以下公式对归一化后的电流信号进行非线性变换：其中：i(t)为归一化后的电流信号，t为时刻，ip(t)为非线性变换后的电流信号。3.根据权利要求1所述的电力变压器绕组状态评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中估算模型延迟阶数n的具体过程如下：3.1根据以下公式计算延迟阶数为n情况下关系模型中所有采样点组合的Lipschitz系数：其中：lij(n)表示延迟阶数为n情况下关系模型中第i采样点与第j采样点组合的Lipschitz系数，i和j均为采样点序号；当n为偶数时，γ1(i)～γn(i)对应等于y(i-1),x(i-1),y(i-2),x(i-2),...,y(i-Na),x(i-Nb)，γ1(j)～γn(j)对应等于y(j-1),x(j-1),y(j-2),x(j-2),...,y(j-Na),x(j-Nb)；当n为奇数时，γ1(i)～γn(i)对应等于y(i-1),x(i-1),y(i-2),x(i-2),......

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婧，黄海，潘杰，李灵至，胡异炜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33