基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，测得正常情况下10组变压器正面中间正对三个绕组的三个测点的振动信号作为标准信号，使用各振动信号100Hz‑1000Hz成分幅值的占比作为特征量构造特征矩阵，计算标准信号到特征向量中心的距离；然后用同样方法测得待识别信号并将其构造为特征矩阵，计算待识别信号到标准信号特征向量中心的距离；最后计算计算待识别信号与标准信号间的特征矩阵相似度并通过观察其大小进行故障诊断。

【技术实现步骤摘要】
基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法
本专利技术属于变压器故障诊断
，涉及一种基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法。
技术介绍
近年来基于变压器箱体振动信号的变压器机械故障诊断方法逐步成为研究的热点。该方法与变压器之间没有电气连接，对变压器机械结构故障反应灵敏，弥补了变压器机械故障在线检测技术的不足。目前，基于振动信号的变压器机械故障诊断多是通过对某个振动信号进行独立分析、提取特征量进行比较从而判定变压器故障与否，而变压器油箱表面不同位置测得的振动信号各不相同，仅对某个振动信号进行独立分析反映的变压器机械状态信息过于片面。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，可实现综合不同测试位置、多组振动信号的变压器机械故障诊断，对变压器机械状态的反映更为全面，且故障诊断中受负载条件影响较小。通过对
技术介绍
的研究发现，要更好地判断变压器状态，需要对变压器箱体表面多个位置进行振动信号采集并对信号进行综合分析。本方法是一种基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，可以实现综合变压器油箱表面不同测试位置、多组振动信号的变压器机械故障诊断。同时本方法在构造特征矩阵时使用了振动信号各频率幅值占比代替常规的各频率幅值大小作为特征量，可有效减小负载条件的影响，从而使负载条件改变时，特征矩阵相似度变化较小、不易发生故障误判。为实现上述专利技术目的，本申请提供了基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，包括：步骤1、将标准信号构造为特征矩阵。步骤1.1、在变压器正面中部，分别在正对A、B、C三相绕组的三个位置安装振动传感器，采集10组该变压器正常状态下各测试位置三个轴向共9个通道的振动信号作为标准信号。其中，选择变压器正面中部的目的是：变压器表面的振动信号主要由铁芯振动信号与绕组振动信号叠加而成，由于振动信号传播路径不同，变压器表面各处振动信号各不相同，各绕组振动信号传递到变压器正面正对绕组的位置的传播路径最短；同时，变压器中结构紧固件附近，振动信号易受影响而发生畸变，而变压器正面中部多为平板结构，结构紧固件等较少，振动信号不易受结构件影响，此处采集到的信号畸变较小。综上，变压器正面中部正对各绕组的位置采集到的振动信号更能反映变压器的机械状态。步骤1.2、对振动信号进行傅里叶变换，统计100Hz、200Hz、……、1000Hz成分的幅值大小并求和，分别计算各组信号各频率幅值的占比。步骤1.3、使用100Hz-1000Hz成分幅值的占比作为特征量分别构成如下特征矩阵：式中，为第i组振动信号jHz处的振动幅值在总幅值中的占比。可得到10个10×9的矩阵A1,A2,……,A10。步骤2、计算标准信号到特征向量中心的距离。步骤2.1、构造矩阵相似性判别函数Z(α)：式中，α为单位向量。步骤2.2、计算使Z(α)最大的单位向量αA，通过αA得到该类信号的特征向量中心X0：步骤2.3、计算标准信号到特征向量中心的距离DA：步骤3、将待识别信号构造为特征矩阵。步骤3.1、信号采集方式与步骤1相同，需采集1组振动信号。步骤3.2、特征矩阵构造方式与步骤1相同，可得10×9的特征矩阵B。步骤4、计算待识别信号到标准信号特征向量中心的距离。步骤4.1、计算待识别信号在向量αA上投影得到的特征向量XB为：XB＝BTαA(5)步骤4.2、计算识别信号特征向量到标准信号特征向量中心的距离DB为：DB＝||XB-X0||(6)步骤5、计算待识别信号与标准信号间的特征矩阵相似度并进行故障诊断。步骤5.1、计算待识别信号与标准信号特征矩阵相似度SA：步骤5.2、观察SA大小：SA均为大于0的量，SA越接近0，两类信号越相似，待识别信号越正常；当SA较大时可认为该信号为故障信号。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：可实现综合不同测试位置、多组振动信号的变压器机械故障诊断，对变压器机械状态的反映更为全面，且故障诊断中受负载条件影响较小。本方法变压器油箱表面不同位置测得的振动信号各不相同，仅对某个振动信号进行独立分析反映的变压器机械状态信息过于片面，本方法使用3个测试位置共9个通道的振动信号进行综合判断，反映的变压器机械状态信息更为全面。本方法使用振动信号100Hz-1000Hz成分幅值的占比作为特征量构造特征矩阵，受负载条件影响较小，当负载条件改变时，特征矩阵相似度变化较小、不易发生故障误判。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1为振动信号采集时传感器的三个测试位置；图2为不同故障前后不同负载率下特征矩阵相似度。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。一种基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法；可实现综合不同测试位置、多组振动信号的变压器机械故障诊断，对变压器机械状态的反映更为全面，且故障诊断中受负载条件影响较小；该方法包括如下步骤：步骤1、将标准信号构造为特征矩阵。步骤1.1、在变压器正面中部，分别在正对A、B、C三相绕组的三个位置安装振动传感器，采集10组该变压器正常状态下各测试位置三个轴向共9个通道的振动信号作为标准信号。步骤1.2、对振动信号进行傅里叶变换，统计100Hz、200Hz、……、1000Hz成分的幅值大小并求和，分别计算各组信号各频率幅值的占比。步骤1.3、使用100Hz～1000Hz成分幅值的占比作为特征量分别构成如下特征矩阵：式中，为第i组振动信号jHz处的振动幅值在总幅值中的占比。可得到10个10×9的矩阵A1,A2,……,A10。步骤2、计算标准信号到特征向量中心的距离。步骤2.1、构造矩阵相似性判别函数Z(α)：式中，α为单位向量。步骤2.2、计算使Z(α)最大的单位向量αA，通过αA得到该类信号的特征向量中心X0：步骤2.2、计算标准信号到特征向量中心的距离DA：步骤3、将待识别信号构造为特征矩阵。步骤3.1、信号采集方式与步骤1相同，需采集1组振动信号。步骤3.2、特征矩阵构造方式与步骤1相同，可得10×9的特征矩阵B。步骤4、计算待识别信号到标准信号特征向量中心的距离。步骤4.1、计算待识别信号在向量αA上投影得到的特征向量XB为：XB＝BTαA(5)步骤4.2、计算识别信号特征向量到标准信号特征向量中心的距离DB为：DB＝||XB-X0||(5)步骤5、计算待识别信号与标准信号间的特征矩阵相似度并进行故障诊断。步骤5.1、计算待识别信号与标准信号特征矩阵相似度SA：步骤5.2、观察SA大小：SA均为大于0的量，SA越接近0，两类信号越相似，待识别信号越正常；当SA较大时可认为该信号为故障信号。采用PCB356A16压电式加速度传感器以及NI9234数据采集仪采集了一台变压器的振动信号，所用变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：采集变压器正常状态下的振动信号作为标准信号，将标准信号构造为特征矩阵A；步骤2：计算标准信号到标准信号特征向量中心的距离DA；步骤3：采集变压器诊断状态下的振动信号作为待识别信号，将待识别信号构造为特征矩阵B；步骤4：计算待识别信号到标准信号特征向量中心的距离DB；步骤5：基于DA与DB获得待识别信号与标准信号特征矩阵相似度SA，基于待识别信号与标准信号间的特征矩阵相似度对变压器故障进行诊断。

【技术特征摘要】
1.基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：采集变压器正常状态下的振动信号作为标准信号，将标准信号构造为特征矩阵A；步骤2：计算标准信号到标准信号特征向量中心的距离DA；步骤3：采集变压器诊断状态下的振动信号作为待识别信号，将待识别信号构造为特征矩阵B；步骤4：计算待识别信号到标准信号特征向量中心的距离DB；步骤5：基于DA与DB获得待识别信号与标准信号特征矩阵相似度SA，基于待识别信号与标准信号间的特征矩阵相似度对变压器故障进行诊断。2.根据权利要求1所述的基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：步骤1.1、在变压器上安装振动传感器，采集10组该变压器正常状态下的振动信号作为标准信号；步骤1.2、对振动信号进行傅里叶变换，统计100Hz、200Hz、……、1000Hz成分的幅值大小并求和，分别计算各组信号各频率幅值的占比；步骤1.3、使用100Hz-1000Hz成分幅值的占比作为特征量分别构成如下特征矩阵：式中，为第i组振动信号jHz处的振动幅值在总幅值中的占比。3.根据权利要求2所述的基于振动信号特征矩阵相似度的变压器机械故障诊断方法，其特征在于，步骤1.1：在变压器正面中部，分别在正对A、B、C三相绕组的三个位置安装振动传感器，采集10组该变压器正常状态下各测试位置三个轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：武立平，马维青，贾志义，程胤章，赵莉华，王仲，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司阳泉供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14