[发明专利]基于改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测成像方法

说明书

本发明涉及一种基于改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测成像方法，属于变压器绕组的形变检测方法。首先，对目标信号进行CEEMD分解得到多阶IMF分量，然后计算IMF分量的相关系数，对相关系数较低的高频分量进行改进小波阈值处理，最后将去噪分量、低频分量及剩余分量重构得到去噪后的信号。本发明在保留低幅值有效信息及高频有效信息的同时压制了大部分噪声，去噪效果较为理想。在超声检测三维成像系统中，去噪后的变压器绕组状态图视觉效果更好，故障位置更为清晰，说明本发明具有较好的去噪效果。

技术领域

本发明属于变压器绕组的形变检测方法，尤其是指一种去噪的变压器绕组超声检测三维成像方法。

背景技术

电力变压器作为重要的变电设备，运行中遭受短路故障时，其内部绕组受电动力影响，极易发生绕组形变。随变压器使用寿命的增长，形变因积累效应而加剧，如不及时检测排除险情，将会对电网稳定性造成巨大威胁。因此，变压器绕组形变检测是保障变压器可靠运行的有效措施。

近年来，常用的绕组形变检测手段主要以离线方式为主，主要有短路阻抗法、低压脉冲法、频率响应分析法等。上述检测方法，需在变压器停运的条件下进行，不仅耗费大量人力物力，还会造成一定程度的经济损失。为了克服离线检测的缺陷，振动分析法得到了较快的发展，通过分析振动信号来判断变压器内部的绕组状态，实现了带电检测，但该方法难以判断绕组变形的位置及变形的状态。因此，可通过超声检测三维成像技术实现变压器绕组形变的在线检测，该方法以超声测距原理为基础，将距离形变量以三维图像的形式进行展示。

在进行超声检测时，回波信号具有非平稳性，在不同介质中传播会产生一定的衰减效应，信号较为微弱。此外，环境中不可避免的噪声会污染微弱的超声回波信号，检测精度会受到一定程度的影响。因此，在进行信号分析之前可经多种手段降噪。小波变换因具有多分解尺度、去相关性等优势，在随机噪声过滤上具有较大优势，但却存在阈值函数选取困难，分解层数多变等缺陷；经验模态分解(Empirical Mode Decomposotion,EMD)在非平稳信号处理方面具有较强的优势，但极易发生模态混叠效应，分解过程较不稳定，去噪能力较差，容易滤除低幅值有用信息。

已知变压器外壳由钢铁等金属材料构成，内部为变压器绕组，剩余空间用变压器绝缘油填充。在用超声波进行变压器绕组检测时，将超声波发射换能器阵列紧贴变压器外壳间，并在两者间填充超声波耦合剂。在进行检测时，由超声探头阵列发出的超声波信号经耦合剂进入箱体，由于超声波在绝缘油中的衰减率较低，因此，声波可在绝缘油中进行远距离传播并产生回波信号。当声波信号遇绕组表面时会发生反射，反射回波经变压器油及变压器外壳最终被超声探头阵列接收，检测原理如图1所示。该过程中，由于变压器外壳厚度远小于声波传播路径，声波在外壳与绝缘油中的传播速率近似，因此，忽略上述变量带来的影响。

发明内容

本发明提供一种基于改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测成像方法。

本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：

(1)采用超声检测成像系统

1)在进行超声检测时，超声阵列探头的数量可根据需要进行灵活调整，假设第n个探头测到的超声波在变压器油中的传播速度为已知量v,超声波在箱体表面与绕组表面之间传播往返所需时间为t,则可计算出超声探头至绕组之间的距离为：

式中,L为超声波探头至绕组表面的距离；

如果考虑变压器箱体钢板的厚度，则(1)式可改写为

式中,ΔL为变压器箱体钢板厚度。

2)超声波距离转换算法