一种基于声音频谱的变压器故障检测方法技术

本发明专利技术涉及变压器故障检测技术领域，特别是涉及一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，包括以下步骤：频谱分析模块分析对比多个声音检测信号之间的频幅差值，且根据对比结果对多个声音传感器的安装位置进行调节；频谱分析模块将每组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱进行对比分析，根据对比结果控制预警发送模块向后台显示终端发送不同等级的预警信号；频谱分析模块将预设故障工况矩阵中多个特征声音频谱与多组声音检测降噪信号进行对比分析，根据对比结果控制预警发送模块向后台显示终端发送对应的故障工况及其概率值信号。本发明专利技术能够判别变压器发生故障的严重程度等级，且能够提示发生故障的种类及其概率值。且能够提示发生故障的种类及其概率值。且能够提示发生故障的种类及其概率值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声音频谱的变压器故障检测方法


[0001]本专利技术涉及变压器检测
，特别是涉及一种基于声音频谱的变压器故障检测方法。

技术介绍

[0002]现电力系统中变压器不计其数，且分布较为分散，长期运行过程中难免出现共振、绝缘老化放电等故障，人员就地巡检由于频次不足以对变压器运行状态做到全覆盖，难免会出现故障发现不及时而导致的线路失电事故。现众多变压器均有重瓦斯、轻瓦斯、超温、过流保护等在线监测装置，而对绝缘老化、绝缘击穿放电一类故障基本依靠人员就地巡检来发现并确认故障。变压器绝缘老化、绝缘击穿放电故障的在线监测较少，不能够对变压器异常运行做到实时监测，造成小事故扩大化。现有技术采用声音传感器对变压器因绝缘老化或绝缘脏污造成的放电或击穿等事故做到实时监测，及时发现、及时处理。
[0003]变压器运行故障有多重情况，根据不同的故障工况发出的声音均不相同，例如(1)变压器正常运行发出均匀的“嗡嗡”声，但如果有较高且沉闷的“嗡嗡”声，可能是过负荷运行、电流大、铁芯振动力增大引起，应临视变压器负荷变化。(2)变压器内部有短时的“哇哇”声，可能是大动力设备启动，负荷突然增大，产生高次谐波；也可能是电网中发生过电压和雷电波侵入或穿越性短路等。(3)变压器内部有间隙的“哼哼”声，忽粗忽细、忽高忽低，可能是系统中铁磁谐振，或有断线、接地故障。(4)变压器有“噼啪”和“嗤嗤”的放电声，若声音沉闷可能是内部发生局部放电；若声音清脆可能是套管裂纹、破损或污染严重、设备线卡接触不良放电。(5)变压器若有“咕噜”、“咕噜”的沸腾声，可能是绕组发生短路故障或接头接触不良引起严重过热。(6)变压器有爆裂声，可能是变压器内部绝缘击穿严重放电。(7)变压器内部有“叮当叮当”锤击声及“呼呼”刮大风声，可能是铁芯夹金件松动或个别零件松动。
[0004]现有技术的变压器检测手段通过采集变压器的声音信号进行降噪处理，并对降噪信号进行判别得出变压器是否发生故障的结论；但现有技术的对变压器故障的检测方法并不能显示故障情况发生的严重程度等级，维修人员只能对判别故障的多个变压器逐个随机进行维修，对于有多个变压器的监测场合，维修人员对故障严重的变压器不能得到信息进行快速维修造成严重后果；同时现有技术的变压器检测方法不能对变压器发生何种故障做出合理预测，不便于维修人员提前根据可能发生的故障做好维修准备，只能通过经验判别或者现场判别，造成维修周期的延长和维修工作的不便。
[0005]因此，针对上述现有技术存在的问题，如何提供一种能够判别变压器故障的严重程度等级，且能够显示发生何种故障及其概率的基于声音频谱的变压器故障检测方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，能够判别变压器发生故障的严重程度等级，且能够提示发生故障的种类及其概率值。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0008]一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，包括以下步骤：
[0009]步骤a：在变压器四周对称预安装多个声音传感器，且每两个对称布置的声音传感器组成一组声音传感器组；采集模块采集多个声音传感器的声音检测信号并传输至频谱分析模块，频谱分析模块分析对比多个声音检测信号之间的频幅差值，且根据对比结果对多个声音传感器的安装位置进行调节；
[0010]步骤b：频谱分析模块内设定有变压器预设正常工况声音频谱，频谱分析模块将每组声音传感器组的声音检测信号进行采样、降噪处理得到一组声音检测降噪信号，且将每组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱进行对比分析，根据对比结果控制预警发送模块向后台显示终端发送不同等级的预警信号；
[0011]步骤c：频谱分析模块对变压器多个原始故障工况声音频谱进行特征提取生成预设故障工况声音频谱矩阵，预设故障工况声音频谱矩阵包括多个对应变压器不同故障的特征声音频谱；
[0012]步骤d：频谱分析模块将预设故障工况矩阵中多个特征声音频谱与多组声音检测降噪信号进行对比分析，根据对比结果控制预警发送模块向后台显示终端发送对应的故障工况及其概率值信号；
[0013]在所述步骤a中，频谱分析模块内设定有预设标准频谱差值范围，根据对比结果控制预警发送模块向现场显示终端发送调节信号，根据调节信号调节多个声音传感器的安装位置，直到多个声音检测信号之间的频幅差值在预设标准频谱差值范围内时完成多个声音传感器的调节安装；
[0014]在所述步骤b中，频谱分析模块内设定有预设标准频幅差值和预设频幅差值矩阵B；频谱分析模块分析对比得到每组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱的单组频幅差值，且根据多个单组频幅差值大于预设标准频谱差值的个数L，以及L个单组频幅差值总和APL与预设频幅差值矩阵B的对应关系，预警发送模块向后台显示终端发送不同等级的预警信号；
[0015]在所述步骤d中，频谱分析模块内设定有预设标准概率值；频谱分析模块分析对比得到对应不同故障工况的故障概率值矩阵，且筛选概率值矩阵内大于预设标准概率值的故障工况，预警发送模块向后台显示终端发送对应的故障工况及其概率值信号。
[0016]本专利技术的有益效果是：在现场安装过程中，针对多个声音检测信号对变压器声源的距离进行调节，通过检测多个声音检测信号之间的对应频率振幅信息，将多个声音检测信号的对变压器声源的振幅调整到一致，此时多个声音检测信号的相位值也基本一致，将对比结果显示在现场显示终端中，现场安装人员根据显示结果调整相应的声音传感器，保证多个声音传感器对变压器声源的检测信号的振幅和相位的一致性；每组声音传感器组包括两个对称布置的声音传感器且对变压器声源检测信号相位一致，而对于外围声源信号的相位不一致，从而每组声音传感器的两个检测信号能够在后续叠加对外围信号进行降噪处理；并且频谱分析模块能够将多组声音检测降噪信号以预设正常工况声音频谱为基准进行比对，根据对比结果向后台显示终端发送不同等级的预警信息，便于维修人员根据预警信号的等级不同优先处理故障严重的变压器；并且频谱分析模块预先提取有对应变压器不同故障的特征声音频谱，当检测发生故障的同时，对比多组声音检测降噪信号是否包含预设
不同故障工况的声音频谱并分析其概率，根据对比结果向后台显示终端发送对应的故障工况和概率值信息，从而维修人员能够提前针对发生故障的概率情况准备相应的维修工具，便于提高维修效率。
[0017]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0018]进一步，在所述步骤a中，频谱分析模块分析对比多个声音检测信号之间的频幅差值，包括：频谱分析模块内设定有预设变压器声源信号频段，频谱分析模块在比对多个声音检测信号前进行滤波处理，过滤掉声音检测信号中小于预设变压器声源信号频段最小值的低频成分和大于预设变压器声源信号频段最大值的高频成分；频谱分析模块对多个声音检测信号进行傅里叶变换，得到每个声音检测信号的频率－振幅信息nω－An，其中nω倍频为声音检测信号中频率信息，An为nω本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：在变压器四周对称预安装多个声音传感器，且每两个对称布置的声音传感器组成一组声音传感器组；采集模块采集多个声音传感器的声音检测信号并传输至频谱分析模块，频谱分析模块分析对比多个声音检测信号之间的频幅差值，且根据对比结果对多个声音传感器的安装位置进行调节；步骤b：频谱分析模块内设定有变压器预设正常工况声音频谱，频谱分析模块将每组声音传感器组的声音检测信号进行采样、降噪处理得到一组声音检测降噪信号，且将每组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱进行对比分析，根据对比结果控制预警发送模块向后台显示终端发送不同等级的预警信号；步骤c：频谱分析模块对变压器多个原始故障工况声音频谱进行特征提取生成预设故障工况声音频谱矩阵，预设故障工况声音频谱矩阵包括多个对应变压器不同故障的特征声音频谱；步骤d：频谱分析模块将预设故障工况矩阵中多个特征声音频谱与多组声音检测降噪信号进行对比分析，根据对比结果控制预警发送模块向后台显示终端发送对应的故障工况及其概率值信号；在所述步骤a中，频谱分析模块内设定有预设标准频谱差值范围，根据对比结果控制预警发送模块向现场显示终端发送调节信号，根据调节信号调节多个声音传感器的安装位置，直到多个声音检测信号之间的频幅差值在预设标准频谱差值范围内时完成多个声音传感器的调节安装；在所述步骤b中，频谱分析模块内设定有预设标准频幅差值和预设频幅差值矩阵B；频谱分析模块分析对比得到每组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱的单组频幅差值，且根据多个单组频幅差值大于预设标准频谱差值的个数L，以及L个单组频幅差值总和APL与预设频幅差值矩阵B的对应关系，预警发送模块向后台显示终端发送不同等级的预警信号；在所述步骤d中，频谱分析模块内设定有预设标准概率值；频谱分析模块分析对比得到对应不同故障工况的故障概率值矩阵，且筛选概率值矩阵内大于预设标准概率值的故障工况，预警发送模块向后台显示终端发送对应的故障工况及其概率值信号。2.根据权利要求1所述一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，其特征在于，在所述步骤a中，频谱分析模块分析对比多个声音检测信号之间的频幅差值，包括：频谱分析模块内设定有预设变压器声源信号频段，频谱分析模块在比对多个声音检测信号前进行滤波处理，过滤掉声音检测信号中小于预设变压器声源信号频段最小值的低频成分和大于预设变压器声源信号频段最大值的高频成分；频谱分析模块对多个声音检测信号进行傅里叶变换，得到每个声音检测信号的频率－振幅信息nω－An，其中nω倍频为声音检测信号中频率信息，An为nω倍频对应的振幅信息，n＝1，2，
…
，N；选定一个声音检测信号为标定信号，分析其余声音检测信号与标定信号之间的频率－振幅差值A
m
，计算公式如下：其中A
标n
为标定信号对应nω倍频的振幅，A
mn
为第m个声音检测信号对
应nω倍频的振幅，N为倍频总数，m＝1，2，
…
，M。3.根据权利要求2所述一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，其特征在于，在所述步骤a中，根据对比结果控制预警发送模块向现场显示终端发送调节信号，包括：频谱分析模块内设定有预设标准幅值差值范围(A
01
，A
02
)，其中A
01
＜0＜A
02
，且根据A
m
与预设标准幅值差值范围的对应关系，对第m个声音传感器的安装位置进行调节；当A
01
≤A
m
≤A
02
时，预警发送模块向现场显示终端发送第m声音传感器安装完成信号；当A
m
＜A
01
时，预警发送模块向现场显示终端发送第m声音传感器向靠近变压器方向调节的信号；当A
m
＞A
02
时，预警发送模块向现场显示终端发送第m声音传感器向远离变压器方向调节的信号。4.根据权利要求1所述一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，其特征在于，在所述步骤b中，频谱分析模块将每组声音传感器组的声音检测信号进行采样、降噪处理得到一组声音检测降噪信号，包括：每组声音传感器组包括对称布置的两个声音传感器且其的声音检测信号分别为第一检测信号和第二检测信号，频谱分析模块对第一检测信号和第二检测信号进行采样，采样周期为奈奎斯特采样周期，然后通过加法电路将第一检测信号和第二检测信号的采样信号进行相加，再经过衰减电路将相加后的检测信号衰减至1/2倍，得到一组声音检测降噪信号，计算公式如下：S
(n)
＝(S1
(n)
+S2
(n)
)/2其中S1
(n)
为第一检测信号，S2
(n)
为第二检测信号，S
(n)
为降噪处理后的一组声音检测降噪信号。5.根据权利要求4所述一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，其特征在于，在所述步骤b中，频谱分析模块分析对比得到每组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱的单组频幅差值，包括：频谱分析模块对预设正常工况声音频谱进行傅里叶变换得到变压器正常工况声音频谱的频率－振幅信息n1ω－A0n1，n1＝1，2，
…
，N1；第i组声音检测降噪信号进行傅里叶变换得到的频率－振幅信息为jω－Aij，其中，j＝1，2，
…
，J；则第i组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱的单组频幅差值APi计算公式如下：其中，X为第i组声音检测降噪信号与预设正常工况声音频谱的相同频率的个数，其中，i＝1，2，
…
，I；k1为频率比值权重系数，k2为振幅差值权重系数，k1＞k2；A
ix
为第i组声音检测降噪信号对应第x个相同频率的幅值，A
0x
为预设正常工况声音频谱对应第x个相同频率的幅值；其中，x＝1，2，
…
，X。6.根据权利要求5所述一种基于声音频谱的变压器故障检测方法，其特征在于，频谱分析模块内设定有预设标准频幅差值AP
标
，频谱分析模块统计多个单组频幅差值(AP1，AP2，
…
，API)中大于AP
标
的个数L；
当L＝0时，预警发送模块向后台显示终端发送检测正...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超群，洪兵，安彬，华明昊，王实林，高翔，
申请(专利权)人：华能灌云清洁能源发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：