[发明专利]一种基于声传感器阵列的变压器故障检测系统

说明书

本发明涉及故障检测技术领域，公开了一种基于声传感器阵列的变压器故障检测系统，包括振动噪声特性分析模块、噪声特征信号增强模块、异响信号定位模块、故障诊断模块、故障监测与预警模块；利用耦合分析软件，建立变压器绕组振动的三维仿真模型，基于二维离散傅里叶变换DFT的NAH重构实现期望方向故障噪声信号增强，基于远场模型多声传感阵元的空间立体阵列进行性能分析与评估，对异响位置进行定位；基于信号处理算法，建立变压器噪声的模式识别模型。本发明通过传感器阵列测量变压器的辐射声场，获得其声学图像，对设备的机械状况进行评估，避免了传统离线检测技术的缺点，能够实现变压器运行状况的非介入式带电检测。

技术领域

本发明涉及故障检测技术领域，具体为一种基于声传感器阵列的变压器故障检测系统。

背景技术

电力变压器运行环境复杂、造价昂贵并且对电力系统的稳定运行起到决定性作用，一旦因故障而损坏，波及范围极广，可能造成人员伤亡及重大经济损失。因此，变压器运行状态的评估及故障诊断技术一直是国内外研究的热点。根据相关部门的统计，2000-2015年期间我国发生事故的变压器中，70%以上为机械故障，其中又以在电磁力或机械力作用下绕组结构发生如绕组松动、翘曲、鼓包和错位等不可恢复地改变为主，还包括了铁芯松动、存在异物机械振动及异常声响等情况。因此开展电力变压器的机械状态检测对于保障电网安全可靠运行、提高设备维护水平具有非常重要的意义。

目前，常用的变压器机械状态监测方法可以分为以频率响应法和短路电抗法为代表的离线检测方法和以振动声学信号分析法为代表的带电检测方法。离线检测方法不受运行环境的影响，不同相之间的试验数据不仅可以进行横向对比，也可以和纵向历史数据对比，准确率较高，主要针对的是绕组部件的机械状态检测。而声学信号及其形成图像分析法以其与被测变压器无电气连接、测试过程不影响变压器运行以及声学信号中包含更加丰富的变压器机械状态等优点受到了广泛的关注，利用振动信号对绕组机械状态进行诊断的方法也得到了现场的应用，但仍存在定位困难的缺点。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于声传感器阵列的变压器故障检测系统，通过传感器阵列测量变压器的辐射声场，获得其声学图像，对设备的机械状况进行评估，避免了传统离线检测技术的缺点，能够实现变压器运行状况的非介入式带电检测，减少了变压器退出运行所带来的影响，具有显著的直接效益。

技术方案：本发明提供一种基于声传感器阵列的变压器故障检测系统，包括振动噪声特性分析模块、噪声特征信号增强模块、异响信号定位模块、故障诊断模块、故障监测与预警模块；

所述振动噪声特性分析模块，基于耦合分析软件，建立含有绕组、变压器油、油箱及紧固件的变压器绕组振动的三维仿真模型，得到噪声特性、机理与特征参量；

所述噪声特征信号增强模块，基于二维离散傅里叶变换DFT的NAH重构，对变压器的噪声特征进行增强；

所述异响信号定位模块，通过对变电站周边及变压器声学环境分析，基于远场模型多声传感阵元的空间立体阵列进行性能分析与评估，对异响位置进行定位；

所述故障诊断模块，基于信号处理算法，建立变压器噪声的模式识别模型，利用变压器在不同工况下的噪声声纹特征，优化噪声提取算法模型，对变压器声振传感器选型、个数、布置方式、数据采集与预处理方法、抗干扰措施进行确认；

所述故障监测与预警模块，通过高性能数据采集系统的变压器噪声评估系统，实时计算与分析变压器噪声特征并进行声纹识别与预警，通过自然语言处理NLP技术，结合相关规范对变压器故障的规范性描述，构建变压器故障监测报告的语义分析技术框架。