電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，該方法利用觀察信號的統(tǒng)計獨(dú)立特性，用盲信號提取算法來進(jìn)行信號提取，并在運(yùn)用ICA經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合端點(diǎn)檢測法以及相位自動對準(zhǔn)法來實(shí)現(xiàn)對有載分接開關(guān)振動信號的自適應(yīng)提取。本發(fā)明的算法充分利用了信號統(tǒng)計獨(dú)立性，即不管油箱表面振動信號包含哪些成分，只要它和有載分接開關(guān)振動信號獨(dú)立，通過本發(fā)明算法就能將有載分接開關(guān)振動信號提取出來。
【專利說明】電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)信號提取方法，特別涉及到電力變壓器有載分接開關(guān)振動 信號與變壓器油箱表面振動信號的自適應(yīng)提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 有載調(diào)壓分接開關(guān)（〇n-Load Tap Changer, 0LTC)是變壓器完成調(diào)壓的核心部件， 不僅能穩(wěn)定負(fù)載中心電壓，而且一也是聯(lián)絡(luò)電網(wǎng)、調(diào)整負(fù)載潮流、改善無功分配等不可缺少 的重要設(shè)備，它的性能狀況直接關(guān)系到有載調(diào)壓變壓器的安全運(yùn)行。發(fā)達(dá)國家對容量在 I0MVA及以上的變壓器大都安裝了有載分接開關(guān)，我國也愈來愈多地采用了有載調(diào)壓變壓 器。有載分接開關(guān)由選擇器、切換開關(guān)和電動機(jī)構(gòu)組成，機(jī)械故障是其主要故障類型，包括 選擇開關(guān)觸頭接觸不良、操作機(jī)構(gòu)失靈、限位開關(guān)失靈、切換開關(guān)拒切、中止或動作滯后、內(nèi) 部緊固件松動和脫落等。這些故障可以通過對有載分接開關(guān)振動信號的分析進(jìn)行有效的檢 測和判斷。由于電力變壓器在運(yùn)行時，鐵心硅鋼片的磁致伸縮引起鐵心振動，繞組在負(fù)載電 流電場力作用下產(chǎn)生繞組振動，這些振動都將傳遞到變壓器的油箱表面，形成變壓器的主 要振動。在變壓器油箱表面獲得的振動信號除了有載分接開關(guān)振動以外，還包鐵心和繞組 的振動。因此要對有載分接開關(guān)振動信號進(jìn)行分析和處理，首先需要對油箱表面振動信號 進(jìn)行信號提取，從中提取出有載分接開關(guān)振動信號成分。
[0003] 有載分接開關(guān)動作振動波形主要是由動靜觸頭的接觸摩擦引起的沖擊信號，而鐵 心和繞組的振動信號主要為周期信號，同時有載分接開關(guān)在一次動作過程中，多個觸點(diǎn)將 發(fā)生接觸與提取，產(chǎn)生的振動波形將存在多個沖擊段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了 一種電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，該方法利用觀察 信號的統(tǒng)計獨(dú)立特性，用盲信號提取算法來進(jìn)行信號提取，并在運(yùn)用ICA經(jīng)典算法的基礎(chǔ) 上，結(jié)合端點(diǎn)檢測法以及相位自動對準(zhǔn)法來實(shí)現(xiàn)對有載分接開關(guān)振動信號的自適應(yīng)提取。
[0005] -種電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，包括以下步驟：
[0006] (1)在變壓器油箱表面獲得的振動信號，該振動信號包括有載分接開關(guān)振動信號 和油箱振動信號的混合信號；
[0007] 根據(jù)有載分接開關(guān)和油箱振動信號的統(tǒng)計特性，設(shè)定混合信號過零率的一個差值 閾值和一個能量閥值。所述的過零率是指在統(tǒng)計的短時段內(nèi)，信號波形穿越零電平的次數(shù)。
[0008] 對混合信號進(jìn)行加窗分幀，得到加窗分幀后的混合信號。
[0009] 逐次將加窗分幀后的混合信號相鄰的前后兩幀過零率的差值與差值閾值進(jìn)行比 較，選擇初步的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；
[0010] 對選擇的初步的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行能量閥值的比較，確定最終的起始點(diǎn)和結(jié)束 點(diǎn)；
[0011] 由最終的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)定位出混合信號的若干沖擊段，選取沖擊段信號和沖擊 段信號之前相同長度的一段信號得到兩路混合信號。
[0012] (2)對兩路混合信號求互相關(guān)函數(shù)，然后在時延值為零的附近尋找互相關(guān)最大值， 根據(jù)最大值對應(yīng)的時延對其中一路信號進(jìn)行移位，便可實(shí)現(xiàn)相位的對準(zhǔn)。
[0013] (3)依次對每一個沖擊段運(yùn)用SOBI算法進(jìn)行信號提取，將提取出來的每一段有載 分接開關(guān)振動信號拼接起來，構(gòu)成在一次完整的動作過程中有載分接開關(guān)的振動信號。 [0014]所述的步驟（1)中確定最終起始點(diǎn)的方法為：
[0015] 將加窗分幀后的混合信號的每一幀的長度N取為1000點(diǎn)，點(diǎn)為信號采集的采樣 點(diǎn)，從第二幀開始，逐次與前一幀比較，當(dāng)該幀的過零率是前一幀過零率的4倍時，便將后 一幀的第一個點(diǎn)作為沖擊段的起始點(diǎn)，同時繼續(xù)向后比較，直到整個振動信號比較結(jié)束；所 有滿足上述條件的點(diǎn)被初步確定為若干個沖擊段的初步的起始點(diǎn)，采樣信號x( n)過零率 的計算采用公式（1):
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，包括以下步驟： (1) 對有載分接開關(guān)和油箱振動信號的混合信號進(jìn)行加窗分幀，確定某一時間段的混 合fe號的每個沖擊段最終的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)； 由最終的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)定位出混合信號的若干沖擊段，選取沖擊段信號和沖擊段信 號之前相同長度的一段信號得到兩路混合信號； (2) 對兩路混合信號求互相關(guān)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩路混合信號相位的對準(zhǔn)； (3) 依次將對準(zhǔn)后的每一個沖擊段的兩路混合信號運(yùn)用SOBI算法進(jìn)行信號提取，提 取出每一段兩路信號混合中的有載分接開關(guān)振動信號，并將有載分接開關(guān)振動信號拼接起 來，構(gòu)成在一次完整的動作過程中的有載分接開關(guān)的振動信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，其特征在于：所 述的步驟（1)中確定某一時間段的混合信號的每個沖擊段的最終起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的方法 為： A、 設(shè)定有載分接開關(guān)和油箱振動信號的混合信號過零率的一個差值閾值和一個能量 閾值，所述的過零率為在統(tǒng)計的短時段內(nèi)，信號波形穿越零電平的次數(shù)； B、 對混合信號進(jìn)行加窗分幀，得到加窗分幀后的混合信號； C、 逐次將加窗分幀后的混合信號相鄰的前后兩幀過零率的差值與差值閾值進(jìn)行比較， 選擇初步的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)； D、 對選擇的初步的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行能量閾值的比較，確定最終的起始點(diǎn)和結(jié)束 點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，其特征在于：所 述的確定最終的起始點(diǎn)的方法為： A、將加窗分幀后的混合信號每一幀的長度N取為1000點(diǎn)，點(diǎn)為信號采集的采樣點(diǎn)，從 第二幀開始，逐次與前一幀比較，當(dāng)該幀的過零率是前一幀過零率的4倍時，便將后一幀的 第一個點(diǎn)作為沖擊段的起始點(diǎn)，同時繼續(xù)向后比較，直到整個振動信號比較結(jié)束； 所有滿足上述條件的點(diǎn)被初步確定為若千個沖擊段初步的起始點(diǎn)，采樣信號x(n)過 零率的計算采用公式（1): C R = X|5/g/7[x(n|- Jif?[λ(η - l)]|iy(m0 - η) (ι ) η=·^ 其中ZCR為振動信號的過零率， sign[x(n)] =l(x(n)彡 0)或 sign[x(n)] =-1(χ(η)<0), ω (η) = 1/2N(0 < η < N-1)或 ω (η) = 0, n<0 或 n>N_l， N為每一幀的長度，取正數(shù)，％為常數(shù)，η為采樣點(diǎn)數(shù)的時間變量； Β、計算檢測到的初步的起始點(diǎn)之后的10000點(diǎn)之內(nèi)的總能量，保留總能量大于1〇〇的 點(diǎn)，即為最終的起始點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求2所述的電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，其特征在于：所 述的確定最終的結(jié)束點(diǎn)的方法為： Α、將加窗分幀后的混合信號，從最后一個沖擊段的起始點(diǎn)開始往前的3〇〇〇個點(diǎn)的過 零率與往后的3000個點(diǎn)的過零率進(jìn)行比較，當(dāng)前者的過零率比后者的過零率多8，則前的 3000個點(diǎn)的第一點(diǎn)即為初步的結(jié)束點(diǎn)；若不滿足，則此役類推，每次前移3〇〇〇點(diǎn)，再進(jìn)行比 較，直到整個振動信號比較結(jié)束； B、對第一次檢測出來的初步的結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行第二次的檢測，當(dāng)該初步的結(jié)束點(diǎn)前1000 點(diǎn)的過零率比后1〇〇〇點(diǎn)的過零率多4,則該初步的結(jié)束點(diǎn)即為最終的結(jié)束點(diǎn)；若不滿足再 依次往前移1000點(diǎn)進(jìn)行比較，最終檢測出沖擊信號的結(jié)束點(diǎn)位置。
5. 如權(quán)利要求1所述的電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，其特征在于：所 述的步驟（2)的實(shí)現(xiàn)每一段兩路混合信號相位對準(zhǔn)的方法為： A、 對步驟（1)得到的每一段兩路混合信號求互相關(guān)函數(shù)； B、 在互相關(guān)函數(shù)橫坐標(biāo)為零附近尋找互相關(guān)函數(shù)的最大值； C、 根據(jù)最大值對應(yīng)的時延對其中一路信號進(jìn)行移位，實(shí)現(xiàn)相位的對準(zhǔn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，其特征在于：所 述的求兩路混合信號的互相關(guān)函數(shù)方法為： 對每一段兩路混合信號求互相關(guān)函數(shù)：
(2) 其中，m = -(N-1)，Λ，（N-l)，x代表沖擊段信號，Y代表沖擊段信號之前與沖擊段信號 長度相同的一段信號；rxy(m)為兩路混合信號的互相關(guān)度，m為時延值。
7. 如權(quán)利要求1所述的電力變壓器有載分接開關(guān)振動信號提取方法，其特征在于：所 述的步驟（3)中實(shí)現(xiàn)信號提取的方法為： A、令球化矩陣為W，對振動信號x(n)作球化，得到的球化信號： z (n) = Wx (η), (3) η為采樣點(diǎn)數(shù)的時間變量； Β、求出球化信號的協(xié)方差矩陣： Rz( τ i) = Ε{ζ(η)ζ(η+ τ {)τ}⑷ C、 尋求矩陣V按公式（(5)對協(xié)方差矩陣Rz( τ 〇進(jìn)行聯(lián)合對角化逼近： RsO ) = VTRZ( τ )V，i = 1 ?p (5) 其中，取"為時延的一組不同取值τι，τ2, Λ，τρ，Ρ為常數(shù)， D、 得到V陣，則解混矩陣，Β = VTW，得到提取信號s = BXt)
【文檔編號】G01H17/00GK104215324SQ201410406688
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】蔡宏毅, 王鐵鋼, 袁鵬, 何秋月, 李軍良, 王凱 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)吉林省電力有限公司, 南京優(yōu)能特電力科技發(fā)展有限公司