[发明专利]一种基于多测点振动信号特征的变压器健康状况评估方法

摘要

本发明提出了一种基于多测点振动信号特征的变压器健康状况评估方法，选取振动信号频率复杂度、振动信号频谱能量百分比、振动信号确定性作为特征量来评估变压器健康状况。首先，分析各个测点振动时域信号的确定性，判断振动信号是否具有周期性，初步评估变压器各测点健康状况；然后分析各测点频域信号特征，选取频率复杂度与振动信号频谱能量百分比作为特征指标，频率复杂度越大说明振动信号频率成分越复杂，振动信号高频段频谱能量百分比越大说明高频成分越多；最后，根据振动信号时域、频域特征评估变压器健康状况。

主权项

一种基于多测点振动信号特征的变压器健康状况评估方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：振动信号的采集；变压器内部绕组、铁芯等部件的振动通过绝缘油传递到变压器油箱壁上，在变压器壁上选取测量点，利用振动传感器测量油箱壁上的振动信号，在高压侧设置9个测点，A、B、C三相各有3个测点，采样率为9.35kHz；步骤2：振动信号确定性分析；求取振动信号幅值的最大值max与最小值min，以L1、L2、L3为分界线将信号分在四个区域，振幅小于‑20mv为区域1，振幅在‑20mv与40mv之间为区域2，振幅在40mv与100mv之间为区域3，振幅大于100mv为区域4；其中在区域内某个数据的幅值大于后一个数据定义为下降，小于后一个数据定义为上升，二者相等定义为平稳，区域1中，下降用数值1表示，平稳用数值0表示，上升用数值2表示，区域2中，下降用数值3表示，平稳用数值0表示，上升用数值4表示，区域3中，下降用数值5表示，平稳用数值0表示，上升用数值6表示，区域4中，下降用数值7表示，平稳用数值0表示，上升用数值8表示，得到由数字0‑8构成且可以代表测量信号幅值与波动情况的数列Z，假设数据具有周期性，取数列Z的一个长度为L的子列Z1，将其看成一个整体块，从原始阵列Z的最左端开始步进，每步移动1个数据点，每次移动后，在数列Z中取Z1对应位置处长度为L的子列Z1’，比较Z1与Z1’对应位置数据相同的点数，直至移动到数据末端结束。如果每当移动n个数据后两数列数据相同点的个数都比较大时，可以认为数据的周期为n个数据点对应的时间t；当某测点测量信号不具有周期性时，该测点处可能存在异常；步骤3：振动信号频率复杂度分析；对采集的一组振动数据进行傅立叶变换得到一组频率数据{X1，X2，...，Xn}，求频率数据{X1，X2，...，Xn}的平均值X，并对数据进行重构，将大于均值的Xi标记为1，小于均值的Xi标记为0，得到一个由0和1构成的序列，记作(s1，s2，…，sn)；①利用Lempel‑Ziv广义编码法进行复杂度计算。对(s1，s2，…，sn)序列从空串开始，假定已经生成了前缀S＝(s1，s2，…，sr)，其中r<n，在前缀后面添加一个单独的字符Q＝sr+1，得到一个新的字符串SQ＝(s1s2，…，srsr+1)，定义SQV为SQ减去最后一个字符而得到的字符串.如果Q包含于SQV中，则令Q＝sr+1sr+2且S＝(s1s2，…，srsr+1),此时SQV也会相应变化，如果Q仍然包含于SQV中，则令Q＝sr+1sr+2sr+3，若此时Q不包含于SQV则用一个·把前后两段分割开，令S＝(s1s2，…，srsr+1sr+2·)；②重复上述操作，直到处理完最后一个字符；③定义用·分开的段数为频率数据串的复杂性c(n)，几乎所有0，1组成的序列的复杂度都趋向一个常数，即：limn→∞c(n)=b(n)]]>其中因为待求序列中数据个数的不同会影响复杂度大小，为了便于比较，将c(n)进行归一化处理，用C(n)表示归一化之后的序列复杂度，即：C(n)＝c(n)/b(n)④频率复杂度值越大表明存在的高频分量越多，由于正常状态下变压器振动的频率大都集中在低频，如果高频分量较多且不是所有的测点振动数据频率的复杂程度都高时，认为该测点处可能存在异常；步骤4：振动信号频段能量百分比分析；①对振动信号进行功率谱分析，求得信号的功率谱P(f)=∫-∞+∞x(t)*x(t+τ)e-j2πftdτ]]>式中，τ代表时间变量，0≤τ≤1s；②根据功率谱求取振动信号频谱能量分布百分比：α(f)=∫f1fP(f)df∫fminfmaxP(f)df]]>式中，fmax＝2kHz，fmin＝1Hz，f1＝1Hz，f为频段末端的频率值，在分析过程中发现，对100Hz、200Hz等频率成分，幅值的最大值出现在其附近±1Hz频率处，为了避免出现遗漏，频率分段时确定f的取值分别为110Hz、210Hz、310Hz、…、910Hz，相应的最后一个频点取1010Hz；③计算振动信号各频段频谱能量∫f1fP(f)df=Σf1fP(f)]]>∫fminfmaxP(f)df=ΣfminfmaxP(f)]]>④正常运行状态下变压器振动信号频率都集中在低频，高频分量较低，如果计算结果中高次谐波仍然存在较大能量，则认为该测点可能存在异常。