[发明专利]一种直流偏磁条件下电力变压器运行状态的在线监测方法

摘要

本发明公开了一种直流偏磁条件下电力变压器运行状态的在线监测方法，包括下列步骤采集变压器箱壁的振动信号、变压器三相电压信号、变压器三相电流信号和中性点直流电流；基于K‑means聚类分析法建立变压器振动聚类模型；将测得的变压器箱壁振动信号100Hz分量的幅值与变压器振动聚类模型的输出量进行比较，若二者的相对误差小于一阈值，则判断变压器运行状态正常；若二者的相对误差大于等于该阈值，则判断变压器运行状态异常。该方法能有效地、高灵敏度地在线监测出直流偏磁条件下变压器的运行状态，从而可及时采取有效的变压器直流偏磁有效措施或检修变压器，避免大的故障的发生。

主权项

一种直流偏磁条件下电力变压器运行状态的在线监测方法，其特征在于：包括以下几个步骤：(1)：通过将振动传感器设置在变压器的箱壁上，实时采集变压器箱壁的振动信号；通过电压互感器和电流互感器分别采集变压器的三相电压信号和三相电流信号；通过直流电流互感器采集变压器中性点的直流电流；(2)：将步骤(1)中采集到的振动信号进行抗混迭数字滤波和高速缓存，然后与电压互感器、电流互感器和直流电流互感器分别采集到的变压器的三相电压信号、三相电流信号和中性点直流电流一起通过高速总线传输至数据分析模块；(3)：数据分析模块对接收到的信号数据通过K‑means聚类分析法建立变压器振动聚类模型；所述的通过K‑means聚类分析法建立变压器振动聚类模型具体包括以下几个步骤：3a：通过下列公式对中性点电流为某一定值时的振动信号、三相电压信号和三相电流信号分别进行归一化处理：xnorm(t)=x(t)xmax(t),unorm(t)=u(t)-umax(t)umax(t)-umin(t),inorm(t)=i(t)-imax(t)imax(t)-imin(t)]]>式中，x(t)、u(t)和i(t)分别为振动信号、三相电压信号和三相电流信号；xnorm(t)、unorm(t)和inorm(t)为归一化后的振动信号、三相电压信号和三相电流信号；xmax(t)为振动信号的最大值；umax(t)和umin(t)分别为三相电压信号的最大值和最小值；imax(t)和imin(t)分别为三相电流信号的最大值和最小值；3b：在归一化后的三相电压信号、三相电流信号和振动信号100Hz在Z轴分量构成的三维空间中任选KC1个振动信号作为初始聚类中心，KC1个类集的初始聚类中心在三维空间的位置分别为X0(i,j,k)，其中1<i,j,k≤N，，此处N为三相电压信号或三相电流信号的长度；计算其余振动信号与这KC1个振动信号的欧氏距离，按照距离最近的原则将其余振动信号归入到这KC1个类集中；3c：计算KC1个类集中所有振动信号的平均中心位置，作为KC1个类集的在三维空间的新的聚类中心，记新的聚类中心为X'0(i,j,k)，其中1<i,j,k≤N；3d：利用下述公式计算新的聚类中心X'0(i,j,k)相对于原有聚类中心X0(i,j,k)的偏移比例BP(Bias Proportion)，当偏移比例BP小于1％时，可认为类集的位置中心X'0(i,j,k)是稳定的；当偏移比例BP大于1％时，可认为类集的位置中心X'0(i,j,k)是不稳定的，重复步骤3a、步骤3b和步骤3c，直至得到KC1个稳定的新的聚类中心位置；偏移比例BP的计算公式为:3e：根据确定的KC1个新的聚类中心X'0(i,j,k)，重新计算其余振动信号相对于KC1个类集的聚类中心X'0(i,j,k)的欧氏距离，按照距离最近的原则将其余振动信号归入到这KC1个聚类中；3f：计算每个聚类的总体距离；3g：令KC＝KC1+1，重复步骤3a～步骤3f，得到KC个聚类的总体距离，记为J'(C)；计算KC个聚类的总体距离的减小速率(Decreasing Rate,DRKC)，当减小速率小于5％时，可认为总体距离的减小速率基本稳定，此时即为所求的聚类中心的数目，X'0(i,j,k)即为KC个聚类中心的位置坐标其中1<i,j,k<KC；否则重复步骤3a～步骤3f，直至总体距离的减小速率基本稳定，此时对应的KC即为所求的聚类中心的数目；所述的减小速率的计算公式为:其中J(C)为该聚类的总体距离；(4)：在采集的变压器箱壁上的振动信号中选取与变压器振动聚类模型的输出量Y时间相对应的振动信号，对此振动信号进行傅里叶变换，得到该振动信号的100Hz分量的幅值Y'；(5)：将Y'与变压器振动聚类模型的输出量Y进行比较，若二者的相对误差小于15％，则判断变压器运行状态正常；若二者的相对误差大于等于15％，则判断变压器运行状态异常。