[发明专利]基于改进EMD和谱峭度法变压器振动故障特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及油浸式电力变压器故障检测领域，特别涉及一种基于改进EMD和谱峭度法变压 器振动故障特征提取方法。

背景技术

110kV电力变压器自身健康状况的变化直接影响到电力系统的稳定性，长期带负荷运行的 变压器一直工作在恶劣的环境中，变压器本身处于亚健康状态，因此就需要对变压器的健康状 况进行实时监测与评价。变压器铁芯及绕组故障是主要影响其健康状况的原因之一，变压器铁 芯或绕组发生故障时，振动信号会通过其内部介质传导到器身表面，故障引起的变压器器身表 面振动信号的异常为在线监测变压器提供了方法，通过采集器身表面振动信号提取其故障特征 频率进行信号分析处理，从而对变压器运行状况进行综合评价，但如何准确提取振动信号中的 故障特征成为变压器故障诊断关键。

基于振动信号分析的电力变压器在线监测方法在近年来已取得一定的研究成果。振动信号 分析法不仅可以同时对铁芯和绕组状况进行诊断，同时与整个电力系统无直接的电气连接，可 以安全可靠的实现带电检测。汲胜昌等使用小波包分析方法以频段能量的变化为依据对铁芯故 障信号进行了判定；谢坡岸等采用有限元方法对不同预紧力作用下的变压器短路时的振动进行 分析；Bartoletti等利用铁芯和绕组的声音和振动数据，用谐波加权等方法构建参数对不同状态 的变压器分类；Garci等对不同电压下的大型变压器铁芯振动进行了较为全面的的测试，分析了 其振动的影响因素，为构建基于傅里叶分析的数学模型奠定了基础；熊卫华等以希尔伯特-黄变 换能量谱的变化为依据对铁芯故障状态进行判定；郭洁等采用经验模态分解(EMD)方法对铁 芯振动的高频分量调制冲击特性进行分析，引入谱峰度、基于小波的峰度等方法对铁芯振动冲 击特性进行测量。

变压器器身表面振动信号具有暂态、突变等非平稳随机的特点，为了能够得到准确表征故 障的特征频率，应用HHT(Hilbert-HTransform，希尔伯特-黄变换)对振动信号进行有效的分析。 HHT通过传统经验模态分解(empiricalmodedecomposition，EMD)方法将故障振动信号分解为 一系列互相独立的本征模态函数(intrinsicmodefunction，IMF)分量，包含信号局部特性的IMF 分量含有原始信号的重要信息，表征了信号的内在特征，能更加有效的提取机械振动信号特征 参数。与其他分析方法对比，EMD是一种不需要任何先验知识的自适应时频分析方法，具有自 适应的信号分解能力。

Dwyer最早提出谱峭度(Spectralkurtosis，SK)法，谱峭度作为一个频域统计工具对信号 中的非高斯成分进行度量，有效解决了提取信号中瞬态现象的问题，即谱峭度法能够对强噪声 背景中瞬态冲击成分进行有效的分析与定位。

Antoni等对谱峭度进行深入研究，并基于四阶谱累积量给出了谱峭度的正式定义，并将其 成功的应用于实际机械故障诊断中。

例如1：与此相关的中国专利申请号201210277746.8公开了一种基于振动分析的电力变压 器绕组变形检测方法，包括：(1)布置振动测点，实时监测负载电流及各测点的振动信号；(2) 采集冲击跳变振动信号，判别电力变压器的跳闸形态；(3)根据提取固有频率对第一电力变压 器进行绕组变形诊断；(4)根据非线性程度的变化对第二电力变压器进行绕组变形诊断。

例如2：与此相关的中国专利申请号201320535591.3公开了一种基于小波变换的变压器故 障诊断系统，包括变压器负载电流采集传感器、电压采集传感器、冷却风扇压力传感器、温度 传感器、器身振动信号传感器、多个采集模块及后台控制中心，变压器负载电流采集传感器、 电压采集传感器、冷却风扇压力传感器、温度传感器、器身振动信号传感器通过相应的采集模 块与后台控制中心连接。

例如3：与此相关的中国专利申请号201310457097.4公开了一种基于振动数据融合和图像 识别的变压器故障诊断方法，在变压器油箱外表面布置多个振动测点测取振动数据，由此得到 变压器各种典型故障下的振动数据。

例如4：与此相关的中国专利申请号201210474084.3公开了一种基于优化方法的多特征选 择多层次变压器故障诊断方法，用于提高故障诊断模型的准确率。