一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法和系统，包括建立基于电磁

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及变压器铁芯检测
，更具体的说是涉及一种基于磁力声的变压器铁芯健康状态评估方法及系统。

技术介绍

[0002]电力变压器作为电力系统中实现电能传输及分配的重要枢纽设备，其运行状态的可靠性影响着整个电网的安全稳定，据统计，约60％的变压器事故由铁芯振动引起，主要原因为磁致伸缩、直流偏磁、电磁力。由于变压器铁芯状态的改变会引起振动信号的改变，因此现有铁芯检测方法均是基于铁芯的振动机理与传播特性。
[0003]目前，沈阳工业大学张学斌等分析了基于固—液耦合方法，变压器在不同预紧力下铁芯的振动位移状态，并建立了范围气体场加强仿真真实性，通过分析得出在绕组松动的情况下，变压器的铁芯振动会显著增强。结合模态仿真计算数据与变压器自身结构特性可知，对于大型电力变压器要更加注意低频振动的危害性。然而，上述方法并不能根据铁芯振动，实现对变压器健康状态的准确评估。
[0004]而且，当诸多磁致伸缩、多阻尼等非线性的影响因素变强时，基于线性理论推导出的研究结论误差会越来越大，无法解释多频响应的现象。
[0005]因此，如何充分研究铁芯的振动机理与传播特性，提供一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法及系统，以提高变压器状态评估及识别的准确性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法及系统，旨在建立基于电磁
‑
应力
‑r/>声学耦合的变压器仿真模型，从以上三方面解释多频响应的现象；同时，基于该模型提出了变压器健康评估方法及系统，从而提高变压器状态评估及识别的准确性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术公开了一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法，包括，
[0009]建立基于电磁
‑
应力
‑
声学的铁芯振动数学模型，根据所述数学模型建立变压器铁芯振动仿真模型；
[0010]获取变压器的振动数据，将所述振动数据输入至所述变压器铁芯振动仿真模型，得到仿真效果图，根据所述仿真效果图生成振动信号；
[0011]根据所述振动信号，计算频率分量f的谐波比以及频率分量复杂度，根据所述谐波比和所述频率分量复杂度对所述变压器的健康状态进行评估。
[0012]较佳的，所述基于电磁
‑
应力
‑
声学的铁芯振动数学模型表达式为：
[0013][0014]式中，K为结构应力矩阵；K
A
为电磁矩阵；M为应力振动矩阵；M
A
铁芯电磁对应力产生的附加振动矩阵；u，为结构应力加速度和位移矢量。
[0015]较佳的，所述铁芯电磁对应力产生的附加振动矩阵，根据如下公式获得，
[0016][M
A
]＝[Λ][X]‑1[0017]其中，Λ是单位矩阵，X是位移矢量矩阵。
[0018]较佳的，所述振动数据为变压器在空载、负载和负载两相短路的状态下，采集的数据。
[0019]较佳的，根据所述仿真效果图，解释多频响应现象。
[0020]较佳的，所述谐波比的计算公式为：
[0021][0022]式中，f为50Hz～1000Hz内50Hz整数倍，W
f
为频率的权重系数；A
f
为频率的振动谐波幅值。
[0023]较佳的，所述W
f
为：
[0024][0025]其中，f
max
为频率分量中的最大频率。
[0026]较佳的，所述频率分量复杂度的计算公式为：
[0027][0028]另一方面，本专利技术还公开了一种基于磁力声的变压器健康状态评估系统，包括，变压器、加速度传感器和计算机，其中，所述计算机内存储有如上所述的一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法，
[0029]所述变压器，用于产生不同工作状态下的振动数据；
[0030]所述加速度传感器，用于将所述振动数据传输至所述计算机；
[0031]所述计算机，用于根据所述振动数据生成振动信号，并根据所述振动信号计算谐波比以及频率分量复杂度。
[0032]较佳的，所述振动数据在传输至所述计算机之前，先进行归类集成。
[0033]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开了一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法及系统。首先，考虑变压器铁芯机械振动与电磁、声学之间的相互耦合作用，建立了变压器铁芯振动仿真模型，通过对该模型生成的振动信号进行分析，能够解释由多物理场耦合作用下所引起的铁芯振动现象；同时，分析结论对变压器铁芯机械故障诊断、内部机械损伤检定以及铁芯减振降噪设计具有一定的指导意义。
[0034]另一方面，本专利技术基于该模型公开了一种变压器健康状态评估方法及系统，通过对由多试验条件、多测点的振动数据生成的振动信号进行频谱分析，即计算谐波比以及频率分量复杂度，进而识别其表征的变压器内部机械状态的特征信息，从而对变压器的健康状态进行评估。本专利技术基于考虑电磁、声学、应力相互耦合关联生成的振动信号进行频谱分
析，通过计算谐波能量占比以及频率分量复杂度，能够去除谐波频率，提供准确的振动信号，进而提取表征变压器内部机械系统状态的微弱差异，有效提高对变压器健康评估的准确性。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术提供的基于磁力声的变压器健康状态评估方法流程图；
[0037]图2为本专利技术提供的变压器不同运行状态铁芯和绕组磁通密度分布图；
[0038]图3为本专利技术提供的变压器不同运行状态铁芯和绕组应力分布图；
[0039]图4为本专利技术提供的负载两相短路时铁芯加速度与二次侧绕组应力分布图；
[0040]图5为本专利技术提供的空载运行时铁芯与绕组加速度仿真结果图；
[0041]图6为本专利技术提供的变压器不同运行状态振动声学特征分布图；
[0042]图7为本专利技术提供的变压器不同运行状态xoy平面基频振动声压辐射方向图；
[0043]图8为本专利技术提供的变压器不同运行状态xoy平面高频振动声压辐射方向图；
[0044]图9为本专利技术提供的变压器振动信号采集试验平台结构示意图；
[0045]图10为本专利技术提供的状态一与状态二不同测点原始振动信号图；
[0046]图11为本专利技术提供的状态三与正常状态不同测点原始振动信号图；
[0047]图12为本专利技术提供的状态一不同测点原始振动信号频谱分析图；
[0048]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法，其特征在于，包括，建立基于电磁
‑
应力
‑
声学的铁芯振动数学模型，根据所述数学模型建立变压器铁芯振动仿真模型；获取变压器的振动数据，将所述振动数据输入至所述变压器铁芯振动仿真模型，得到仿真效果图，根据所述仿真效果图生成振动信号；根据所述振动信号，计算频率分量f的谐波比以及频率分量复杂度，根据所述谐波比和所述频率分量复杂度对所述变压器的健康状态进行评估。2.根据权利要求1所述的一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法，其特征在于，所述基于电磁
‑
应力
‑
声学的铁芯振动数学模型的表达式为：式中，K为结构应力矩阵；K
A
为电磁矩阵；M为应力振动矩阵；M
A
铁芯电磁对应力产生的附加振动矩阵；u，为结构应力加速度和位移矢量。3.根据权利要求2所述的一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法，其特征在于，所述铁芯电磁对应力产生的附加振动矩阵，根据如下公式获得，[M
A
]＝[Λ][X]
‑1其中，Λ是单位矩阵，X是位移矢量矩阵。4.根据权利要求1所述的一种基于磁力声的变压器健康状态评估方法，其特征在于，所述振动数据为变压器在空载、负载和负载两相短路的状态下，采集的数据。5.根据权利要求1所述的一种基于磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：包艳艳，陈伟，裴喜平，李恒杰，王琨，韩松涛，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：