一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法,涉及变压器领域，包括以下步骤：建立振动信号快速滤波模型；采集变压器箱体不同位置的振动信号，利用振动信号快速滤波模型对各振动信号进行处理，使各振动信号由时域信号转换成频域信号；再将各频域信号100Hz分量下的振动加速度与预设值进行比较，若振动加速度大于预设值，依据变压器绕组电磁力与绕组匝电流的关系，判断出变压器不同位置的绕组是否发生匝间短路故障。可见，采用本发明专利技术的方法后，通过对变压器上振动信号的辨识，可快速诊断出何处绕组发生匝间短路，以便能够及时处理，避免故障扩大化，解决了通过绕组匝电流无法诊断匝间短路故障的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法
本专利技术涉及变压器
，尤其涉及一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，应用于电力变压器发生匝间短路时的快速判断。
技术介绍
变压器是电力系统中的关键设备，在不同等级电网互联和功率交换中起到枢纽作用，其运行状况不仅影响设备自身安全，而且影响整个电力系统的稳定性和可靠性。据资料显示，变压器绕组匝间短路故障占变压器内部故障的50％～60％。匝间短路一般由内部线圈之间的绝缘老化或破损所造成，具有电流增大、铁心及绕组振动加剧的特点。若变压器持续运行在此状态，则会引起(层)股短路和相间短路，进而造成设备烧毁乃至电网瘫痪，但是变压器绕组内部变化情况通常难以进行查看与辨识，导致变压器匝间短路故障难以及时判断，进而带来一系列问题。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，通过建立变压器绕组振动信号与变压器绕组电流的对应关系，以快速辨识变压器匝间短路故障。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，包括以下步骤：建立振动信号快速滤波模型；采集变压器箱体不同位置的振动信号，利用所述振动信号快速滤波模型对各振动信号进行处理，使各振动信号由时域信号转换成频域信号；将各频域信号100Hz分量下的振动加速度与预设值进行比较，若振动加速度大于预设值，依据变压器绕组电磁力Fe与绕组匝电流i的Fe∝i2关系，判断出变压器不同位置的绕组是否发生匝间短路故障。优选方式为，所述振动信号快速滤波模型采用SFFT算法对振动信号进行快速滤波处理，所述SFFT算法包括以下步骤：S10、初始化，设置变压器振动信号长度为m，稀疏度为k，窗口函数F的参数，定位运算和估值运算的次数L＝O(logn)；S11、进行L次傅里叶系数定位运算，获得L次运行结果Pτ(τ∈{1，…，L})，Pτ中包含频率；S12、计算Pτ中的每个频率在L次运算中出现的总次数；S13、保留总次数超过的频率成分，组成新的集合进行L次FFT系数估计计算，得到L个包含对应频率的幅值集合；S14、分别求出L个集合中相同频率对应幅值的中位数，作为傅里叶系数值，傅里叶系数值为频域信号各频率分量下的振动加速度。优选方式为，所述变压器绕组电磁力Fe与绕组匝电流i的Fe∝i2关系，由电磁-机械耦合计算获得，所述电磁-机械耦合计算方式为：变压器绕组电磁-机械耦合下的力动力学方程为：Ma+C∫adt+K∫|∫adt|dt＝∫Js×BdV(1)(1)式中，M、C、K分别为变压器绕组的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，a为绕组振动加速度，Js为绕组单元电流密度，B为穿过绕组单元的漏磁；设置变压器电流初始值为i0，基于矢量磁位A三维准静态场麦克斯韦方程为(2)式中，表示矢量旋度运算，A为矢量磁位，μ为磁导率，对公式(2)运用格林定理得到其伽辽金加权余量形式：(3)式中，Mn、Mm分别为基函数、权函数序列；m、n为序列通项编号；场量边界条件：在离铁芯，线圈足够远侧位置划出一闭合面，并设定闭合面上矢量磁位A：A＝0(4)通过对变压器磁场进行数值计算，求得磁感应强度B和磁场强度H；联立(1)、(2)、(3)、(4)计算得到相应绕组的电流密度，进而计算变压器绕组匝电流i：(5)式中，Js绕组单元电流密度，S为绕组纵向截面积，n为绕组匝数。优选方式为，振动信号通过设在变压器箱体不同位置的加速度传感器获得。采用上述技术方案后，本专利技术的有益效果是：由于本专利技术的基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，包括以下步骤：建立振动信号快速滤波模型；采集变压器箱体不同位置的振动信号，利用振动信号快速滤波模型对各振动信号进行处理，使各振动信号由时域信号转换成频域信号；再将各频域信号100Hz分量下的振动加速度与预设值进行比较，若振动加速度大于预设值，依据变压器绕组电磁力Fe与绕组匝电流i的Fe∝i2关系，判断出变压器不同位置的绕组是否发生匝间短路故障。可见，采用本专利技术的方法后，通过对变压器上不同位置振动信号的辨识，可快速诊断出何处绕组发生匝间短路，以便能够及时处理，避免故障扩大化，并解决了通过绕组匝电流无法诊断匝间短路故障的问题。附图说明图1是本专利技术中振动信号快速滤波模型的流程示意图；图2是首端匝间短路振动加速度时域信号图；图3是中部匝间短路振动加速度时域信号图；图4是首端匝间短路振动加速度频谱图；图5是中部匝间短路振动加速度频谱图；图6是首端匝间短路电流图；图7是中部匝间短路电流图；图8是不同运行状态实验量测电流图；图9是试验案例中变压器的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，包括以下步骤：步骤一、建立振动信号快速滤波模型；步骤二、采集变压器箱体不同位置的振动信号，利用振动信号快速滤波模型对各振动信号进行处理，使各振动信号由时域信号转换成频域信号；其中振动信号通过设在变压器箱体不同位置的加速度传感器获得；步骤三、将各频域信号100Hz分量下的振动加速度与预设值进行比较，若振动加速度大于预设值，依据变压器绕组电磁力Fe与绕组匝电流i的Fe∝i2关系，判断出变压器不同位置的绕组是否发生匝间短路故障，其中预设值为各变压器各运行状态的，不发生匝间短路故障时正常振动加速度。本专利技术的方法，通过搭建振动信号快速滤波模型，利用该模型对变压器箱体不同位置的振动信号进行快速滤波，将不同位置振动信号100Hz分量下的振动加速度与正常振动加速度进行比匹配，若不匹配出现异常，则根据Fe∝i2关系，可快速诊断出该位置的绕组发生匝间短路，以便能够及时处理，避免故障扩大化，解决了通过绕组匝电流无法诊断匝间短路故障的问题；且本专利技术信号采集和处理均快速、准确，使变压器绕组匝间短路故障判断简单易实施。如图1所示，振动信号快速滤波模型采用SFFT(中文为稀疏傅里叶变换)算法对振动信号进行快速滤波处理，SFFT算法包括以下步骤：S10、初始化，设置变压器振动信号长度为m，稀疏度为k，窗口函数F的参数，定位运算和估值运算的次数L＝O(logn)；S11、进行L次傅里叶系数定位运算，获得L次运行结果Pτ(τ∈{1，…，L})，Pτ中包含频率；S12、计算Pτ中的每个频率在L次运算中出现的总次数；S13、保留总次数超过的频率成分，组成新的集合进行L次FFT(英文为FastFourierTransformation，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，其特征在于,包括以下步骤：/n建立振动信号快速滤波模型；/n采集变压器箱体不同位置的振动信号，利用所述振动信号快速滤波模型对各振动信号进行处理，使各振动信号由时域信号转换成频域信号；/n将各频域信号100Hz分量下的振动加速度与预设值进行比较，若振动加速度大于预设值，依据变压器绕组电磁力F

【技术特征摘要】
1.一种基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，其特征在于,包括以下步骤：
建立振动信号快速滤波模型；
采集变压器箱体不同位置的振动信号，利用所述振动信号快速滤波模型对各振动信号进行处理，使各振动信号由时域信号转换成频域信号；
将各频域信号100Hz分量下的振动加速度与预设值进行比较，若振动加速度大于预设值，依据变压器绕组电磁力Fe与绕组匝电流i的Fe∝i2关系，判断出变压器不同位置的绕组是否发生匝间短路故障。


2.根据权利要求1所述的基于振动信号辨识的变压器匝间短路快速诊断方法，其特征在于，所述振动信号快速滤波模型采用SFFT算法对振动信号进行快速滤波处理，所述SFFT算法包括以下步骤：
S10、初始化，设置变压器振动信号长度为m，稀疏度为k，窗口函数F的参数，定位运算和估值运算的次数L＝O(logn)；
S11、进行L次傅里叶系数定位运算，获得L次运行结果Pτ(τ∈{1，…，L})，Pτ中包含频率；
S12、计算Pτ中的每个频率在L次运算中出现的总次数；
S13、保留总次数超过的频率成分，
组成新的集合进行L次FFT系数估计计算，得到L个包含对应频率的幅值集合；
S14、分别求出L个集合中相同频率对应幅值的中位数，作为傅里叶系数值，傅里叶系数值为频域信号各频率分量下的振动加速度。


3.根据权利要求1所述的基于振动信号辨识的变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，李巍，刘博，李秀国，苏同斐，王吉庆，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司滨州供电公司，
类型：发明
国别省市：山东;37