一种变压器振动噪声源定位系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变压器振动噪声源定位系统和方法，涉及振动噪声源定位方法，所述系统包括螺旋阵列传感器、导轨、信号处理器、计算机、牵引电机。所述螺旋阵列传感器采用波束成形算法和近场声全息算法对变压器振动噪声源进行识别，同时光学摄像机拍下变压器实时图像。路径传递分析模块内置有各电压等级变压器的典型传递函数数据库，并包含串扰消除模块，能够对传递路径的耦合进行求解。最终结果以数据报表以及声像图形式存储在计算机。本发明专利技术能够应用于各电压等级、各运行工况下的变压器。

A positioning system and method for transformer vibration and noise source

The invention discloses a system for locating vibration and noise sources of transformers and relates to a method for locating vibration and noise sources. The system comprises a spiral array sensor, a guide rail, a signal processor, a computer and a traction motor. The spiral array sensor uses beam forming algorithm and near-field acoustic holography algorithm to identify the vibration and noise sources of transformer. At the same time, the optical camera takes real-time image of transformer. Path transfer analysis module has built-in typical transfer function database of transformers of different voltage levels, and includes crosstalk elimination module, which can solve the coupling of transfer paths. The final result is stored in the form of data report and audiograph. The invention can be applied to transformers with various voltage levels and operation conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种变压器振动噪声源定位系统和方法
本专利技术及振动噪声源定位方法，尤其涉及一种变压器振动噪声源定位系统和方法。
技术介绍
变压器是电力系统中最重要的设备之一，其价格昂贵但作用大且牵涉面广。作为大型电力设备，一旦发生故障，其维修周期长、难度大，耗费大量人力物力，对电力系统的安全稳定运行造成严重影响。变压器体积庞大，结构复杂，振动噪声频谱分布广，对变压器的振动噪声进行监测有助于及早发现变压器故障。现有技术中，《采用振速测量和局部近场生全息法的噪声源识别方法》（专利号201210157595.2）采用近场声全息算法进行噪声源识别，对体积小频率低的噪声源有较好的效果，《基于波束形成声像模式识别的故障检测装置及其检测方法》（专利号：201010204582.7）采用波数成形算法对噪声源进行识别，对于频率高的噪声源具有较理想的识别效果，但是，变压器噪声频谱分布广，单是依靠近场声全息算法或者波束成形算法难以识别变压器的全部振动噪声源。同时，由于变压器体积庞大，近场声全息测量面要求要有足够的尺寸，为了减少传感器的数量，和节约成本，近场声全息算法需要考虑采用补零外推，以达到消除误差的目的。《基于波束形成和传递路径的室内噪声源定位方法》（专利号：201110379622.6）结合了波束形成和传递路径的分析方法进行噪声源进行定位，TPA计算量小，定位精确，同时找到贡献度最大的噪声源。但是该方法只是对高频噪声源识别良好，没有考虑低频噪声。另外，由于变压器结构复杂，振动噪声经固体、液体、气体传递到传感器，传递路径函数复杂，子结构噪声传递解耦难度大。一个可行性的解决思路是采用新兴的声学阵列传感器，通过选取合适的算法识别变压器振动噪声源，并结合传递路径模块分析振动，噪声源的贡献度，找到变压器最大的振动噪声源位置，但是受限于技术还不成熟及变压器结构复杂等因素，开展变压器振动噪声源识别方法研究具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种变压器振动噪声源定位系统和方法。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种变压器振动噪声源定位系统，所述系统包括螺旋阵列传感器、导轨、信号处理器、计算机、牵引电机；所述螺旋阵列传感器中心设有光学摄像机；所述螺旋阵列传感器与所述信号处理器连接，所述信号处理器和所述光学摄像机分别与所述计算机连接，所述牵引电机连接螺旋阵列传感器，并牵引所述螺旋阵列传感器在导轨上按照预定的线路移动；所述螺旋阵列传感器，用于变压器振动噪声监测获取声压信号；所述信号处理器，用于同步采集多通道螺旋阵列传感器的信号，并将采集的信号划分为低频和高频；所述计算机，用于设置输入测量参数和分析参数；对所述信号处理器传输的数据和光学摄像机获取的图像进行处理，得到变压器振动噪声源声像图，并进行显示。进一步的，所述牵引电机是单独的，是一个匀速运动的电机，和信号处理器及计算机没有连接，在导轨上移动。进一步的，所述信号处理器对螺旋阵列传感器采集的声压信号以350Hz为频率边界进行划分，小于350Hz的为低频噪声信号，大于350Hz的为高频噪声信号。一种变压器振动噪声源定位方法，包括以下步骤：（1）设定输入测量参数和分析参数；（2）螺旋阵列传感器对变压器进行声压信号采集、光学摄像机获取变压器的实时图像；（3）信号处理器对采集到的声压信号进行频域划分，分为低频噪声和高频噪声；（4）对高频噪声和低频噪声进行识别，并初步找到高频噪声和低频噪声的噪声源的位置；（5）通过传统路径分析方法测量各噪声源到目标位置的路径信息和贡献度；（6）将所述步骤（5）测量的路径信息与实际测量的噪声源到目标位置的路径信息进行对比分析，得到误差，判断该误差是否超过设定的阈值，若是，则执行步骤（7），若为否，则执行步骤（8）；（7）找到被忽略的噪声源，并通过传统路径分析方法计算该噪声源到目标位置的贡献度；（8）比较各噪声源到目标位置的贡献度，找到贡献度最大的噪声源；（9）结合光学摄像机获取的实时图像，对所述步骤（4）和步骤（7）中的变压器振动噪声源识别结果叠加合并形成变压器振动噪声源声像图，并进行显示。进一步的，所述步骤（2）中声压信号的采集采用扫描采集方式，所述扫描采集方式为连续式或步距式扫描。进一步的，所述步骤（4）中高频噪声识别算法包括：波束成形算法、特征值优化波束成形算法、最小方差无畸变相应波数成形算法、正交波束成形算法、旋转波束成形算法；低频噪声识别算法包括：统计最优近场声全息算法、正交共形结构近场声全息算法、等效源算法的近场声全息算法、基于波叠加的局部近场声全息算法。进一步的，所述步骤（4）中采用波束成形算法对高频噪声进行识别，采用近场声全息算法对低频噪声进行识别。进一步的，所述步骤（5）的传统路径分析方法内置有各电压等级变压器的典型传递函数数据库和串扰消除模块，对传递路径的耦合进行求解，得到独立的传递路径贡献度。进一步的，所述步骤（7）采用波束成形算法和近场声全息算法找到被忽略的噪声源。与现有技术相比，本专利技术所提供的一种变压器振动噪声源定位系统和方法，具有以下效益：1、螺旋阵列传感器采用波束成形算法和近场声全息算法识别变压器振动噪声源，较为精确的识别变压器高频和低频噪声源，并通过传统路径分析方法分析各声源贡献度，确定变压器的主要振动噪声源。2、结果以声像图和报表的形式存储，便于直观的判断变压器振动噪声源的位置。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一种变压器振动噪声源定位系统的结构示意图。图2是本专利技术的导轨示意图。图3是本专利技术一种变压器振动噪声源定位方法的流程框图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，本专利技术所提供的一种变压器振动噪声源定位系统，包括螺旋阵列传感器、导轨、信号处理器、计算机、牵引电机；螺旋阵列传感器中心设有光学摄像机；螺旋阵列传感器与信号处理器通过信号线连接，信号处理器和光学摄像机分别与计算机通过信号线连接，牵引电机连接螺旋阵列传感器，并牵引螺旋阵列传感器在导轨上按照预定的线路移动。螺旋阵列传感器，用于变压器振动噪声监测获取声压信号；信号处理器，用于同步采集多通道螺旋阵列传感器的信号，并将采集的信号划分为低频和高频；计算机，用于设置输入测量参数和分析参数；对信号处理器传输的数据和光学摄像机获取的图像进行处理，将变压器振动噪声源分布绘制为二维云图形式，并将变压器振动噪声源识别结果与光学摄像机的成像结果叠加，得到变压器振动噪声源声像图，并进行显示，包括图像、数据表格等。计算机上部署有PAK噪声振动分析软件，通过软件内置的波束成形算法和近场声全息算法对高低频噪声信号进行识别和定位，并找到被忽略的噪声源，再通过传统路径分析方法测量各噪声源到目标位置的路径信息和贡献度，并将该路径信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器振动噪声源定位系统，其特征在于：所述系统包括螺旋阵列传感器、导轨、信号处理器、计算机、牵引电机；所述螺旋阵列传感器中心设有光学摄像机；所述螺旋阵列传感器与所述信号处理器连接，所述信号处理器和所述光学摄像机分别与所述计算机连接，所述牵引电机连接螺旋阵列传感器，并牵引所述螺旋阵列传感器在导轨上按照预定的线路移动。

【技术特征摘要】
1.一种变压器振动噪声源定位系统，其特征在于：所述系统包括螺旋阵列传感器、导轨、信号处理器、计算机、牵引电机；所述螺旋阵列传感器中心设有光学摄像机；所述螺旋阵列传感器与所述信号处理器连接，所述信号处理器和所述光学摄像机分别与所述计算机连接，所述牵引电机连接螺旋阵列传感器，并牵引所述螺旋阵列传感器在导轨上按照预定的线路移动。2.根据权利要求1所述的变压器振动噪声源定位系统，其特征在于：所述螺旋阵列传感器为树叶型螺旋阵列传感器，共5瓣树叶，每瓣树叶上分布有15个传感器，整个阵列共105个传感器。3.根据权利要求1所述的变压器振动噪声源定位系统，其特征在于：所述信号处理器对螺旋阵列传感器采集的声压信号以350Hz为频率边界进行划分，小于350Hz的为低频噪声信号，大于350Hz的为高频噪声信号。4.一种变压器振动噪声源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）设定输入测量参数和分析参数；（2）螺旋阵列传感器对变压器进行声压信号采集、光学摄像机获取变压器的实时图像；（3）信号处理器对采集到的声压信号进行频域划分，分为低频噪声和高频噪声；（4）对高频噪声和低频噪声进行识别，并初步找到高频噪声和低频噪声的噪声源的位置；（5）通过传统路径分析方法测量各噪声源到目标位置的路径信息和贡献度；（6）将所述步骤（5）测量的路径信息与实际测量的噪声源到目标位置的路径信息进行对比分析，得到误差，判断该误差是否超过设定的阈值，若是，则执行步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎大健，余长厅，陈梁远，张玉波，张磊，赵坚，颜海俊，贺德华，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45