[发明专利]变压器短路时绕组工作状态诊断方法

摘要

本发明公开了一种变压器短路时绕组工作状态诊断方法，其包括下列步骤：(1)采集变压器发生短路时变压器箱壁的一段振动信号；(2)将一段振动信号的左端点和右端点进行延拓预处理；(3)将上述经过延拓的一段振动信号分解为若干个固有模式函数分量；(4)将分解得到的全部固有模式函数分量进行希尔伯特变换，得到振动信号的希尔伯特谱；(5)根据希尔伯特谱得到希尔伯特边际谱和希尔伯特能量；(6)根据希尔伯特边际谱和希尔伯特能量的变化对变压器绕组的状态进行判别。

主权项

一种变压器短路时绕组工作状态诊断方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)采集变压器发生短路时变压器箱壁的一段振动信号；(2)将所述一段振动信号的左端点按照下述步骤从左向右进行延拓，将所述一段振动信号的右端点按照下述步骤从右向左进行延拓：2a.设所述一段振动信号的端点数据为x(1)，所述端点数据为左端点数据或右端点数据，最先出现的信号极大值点为eb1，最先出现的信号极小值点为es1，所述一段振动信号内的全部信号极大值点ebi构成一信号极大值点集，所述一段振动信号内的全部信号极小值点esi构成一信号极小值点集，i＝1，2，3……n，将x(1)、eb1和es1构成的信号段xs1(t)作为所述一段振动信号的特征信号，若信号极大值点eb1先于信号极小值点es1出现，则以eb1作为特征点，若信号极小值点为es1先于信号极大值点为eb1出现，则以es1为特征点，根据所述特征信号和特征点在所述一段振动信号内找寻所有与信号段xs1(t)波形匹配且长度相同的信号段xsi(t)，得到信号段xsi(t)′＝xsi(t)+(eb1‑eb2)，计算信号段xsi(t)′与信号段xs1(t)的匹配度值ei＝∑(xs1(t)‑xsi(t)′)2，从所有信号段xsi(t)′中挑选出匹配度值最小的信号段xsi(t)″，其与信号段xs1(t)的匹配度值为emin；2b.将emin与一设定的阈值α进行比较，若emin＜α，则判断该信号段xsi(t)″为匹配段；若emin≥α，则判断xsi(t)″不是匹配段；2c.在所述一段振动信号内取匹配段xsi(t)″的信号极大值点ebi″之前的两个信号极大值点ebi‑1、ebi‑2以及两个信号极小值点esi‑1、esi‑2，在上述ebi‑1、ebi‑2、esi‑1、esi‑2上分别加上(eb1‑ebi″)，得到eb′i‑1、eb′i‑2、es′i‑1和es′i‑2，然后将其按照其在波形内对应的时间顺序添加到所述信号极大值点集与信号极小值点集的最端点处作为延拓，所述最端点处为最左端或最右端；(3)按照下述步骤将上述经过延拓的一段振动信号x(t)分解为若干个固有模式函数分量：3a.对振动信号x(t)求导，得到时间序列y(t)；3b.计算时间序列y(t)相邻两点的乘积pyi(t)＝yi(t)×yi‑1(t)其中，i＝2，3，L，n‑1，n为振动信号的点数；3c.根据乘积pyi(t)和时间序列y(t)的正负，依次找寻振动信号x(t)的所有局部极大值点eb(t)和所有局部极小值点es(t)：当pyi(t)＜0时：若pyi(t)＜0且yi‑1(t)＜0，则xi‑1(t)为局部极小值点；若pyi(t)＜0且yi‑1(t)＞0，则xi‑1(t)为局部极大值点；当pyi(t)＞0时，xi‑1(t)为非极值点；当pyi(t)＝0时，若yi‑1(t)＝0，计算两点yi(t)和yi‑2(t)的乘积，令pyi(t)′＝yi(t)×yi‑2(t)，若pyi(t)′＜0且yi‑2(t)＜0，则xi‑1(t)为局部极小值点；若pyi(t)′＜0且yi‑2(t)＞0，则xi‑1(t)为局部极大值点；若yi‑2(t)＝0，则xi‑1(t)为非极值点；3d.将所述所有局部极大值点eb(t)和所有局部极小值点es(t)用三次样条插值函数s(t)连接起来分别求出上包络线emax(t)和下包络线emin(t)，所述的三次样条插值函数s(t)是在振动信号x(t)的每一个小区间[ti，ti+1](i＝1，2，L，n‑1)上不超过三次的多项式，其表达式为 s ( t ) = m i ( t i + 1 - t ) 3 6 ( t i + 1 - t i ) + m i + 1 ( t - t i ) 3 6 ( t i + 1 - t i ) + x i + 1 ( t ) - x i ( t ) t i + 1 - t i - t i + 1 - t i 6 ( m i + 1 - m i ) + x i ( t ) - m i ( t i + 1 - t i ) 2 6 式中，mi和mi+1为三次样条插值函数s(t)在区间[ti，ti+1]两端点处的二阶导数值；3e.根据求得的上包络线emax(t)和下包络线emin(t)计算上、下包络线的均值m(t)＝(emax(t)+emin(t))/2，将振动信号x(t)减去m(t)，得到一个新的时间序列y1(t)；3f.判断上述时间序列y1(t)是否同时满足下述两个条件：A.在整个信号长度上，极值点和过零点的数目必须相等或者至多只相差一个；B.在任意时刻，由极大值点定义的上包络线和由极小值点定义的下包络线的平均值为零；若同时满足上述两个条件，则y1(t)为固有模式函数分量；若不能同 时满足上述两个条件，则将y1(t)作为一个原始分量，重复前述步骤3a～3e，直到时间序列y1(t)同时满足上述两个条件，将y1(t)记为ci(t)，则ci(t)为振动信号x(t)的一个固有模式函数分量，i＝1，2，L，n；3g.将ci(t)从振动信号x(t)中分离出来，得到差值信号ri(t)，将差值信号ri(t)作为待处理的振动信号x(t)ri(t)＝x(t)‑ci(t)3h.重复上述步骤3a～3g，直至满足迭代终止准则，得到全部n个固有模式函数分量，所述迭代终止准则为：得到的新的时间序列yi(t)为窄带信号；(4)将分解得到的全部固有模式函数分量进行希尔伯特变换，得到振动信号x(t)的希尔伯特谱H(ω，t)；(5)将上述希尔伯特谱H(ω，t)对时间进行积分得到希尔伯特边际谱，将上述希尔伯特谱H(ω，t)的平方对时间进行积分得到希尔伯特能量；(6)根据振动信号x(t)的希尔伯特边际谱和希尔伯特能量变化对变压器绕组状态进行判别：当希尔伯特能量以及希尔伯特边际谱中的高频分量均增大10倍以上时，则判定为变压器绕组发生松动或变形。