基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法，其將離散小波變換方法應用到變壓器繞組形變頻率響應分析診斷中。本發(fā)明利用離散小波變換對頻率響應分析獲取的實測波形與參考波形在多個層次上進行分解處理，然后利用處理后的平滑數(shù)據(jù)進行數(shù)學統(tǒng)計分析，并根據(jù)相應判據(jù)診斷變壓器繞組的形變程度。該種診斷模式能夠有效減小由頻率響應測量時的白噪聲干擾和某些局部的相對較強的干擾點而導致傳統(tǒng)診斷模式的誤差，可以準確診斷變壓器繞組形變程度，為變壓器故障類型和故障發(fā)展趨勢的估計提供新的判斷方法。
【專利說明】基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓器繞組形變診斷領域，具體是一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法。

【背景技術】
[0002]據(jù)國家電網(wǎng)公司的不完全統(tǒng)計，國家電網(wǎng)系統(tǒng)在2002年至2006年這五年期間，電壓等級在IlOkv及以上的變壓器發(fā)生事故的共有162臺次，這已成為電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行所面臨的嚴峻問題。尤其是主變壓器與發(fā)電機直接相連時，它的受損將迫使發(fā)電機停止發(fā)電，大型電力變壓器在系統(tǒng)中運行時發(fā)生事故，可能導致大面積停電，線圈受損后的維修是很困難，其檢修期一般要半年以上，花費很大，影響面很廣，嚴重地影響著電力系統(tǒng)的安全、可靠的運行。
[0003]目前，已有的檢測變壓器繞組形變的方法包括:短路阻抗法、振動信號分析法、頻率響應分析法。短路阻抗法是判斷繞組故障的傳統(tǒng)方法，具有耗時短等優(yōu)點，但靈敏度不高；振動信號分析法是根據(jù)油箱上的振動信號來判斷變壓器的狀態(tài)，不能全面反映繞組短路故障，受外界的影響因素較多；頻率響應分析法是一種在較寬的頻帶上測量分析繞組的頻率響應特性，判斷繞組狀態(tài)的方法，具有靈敏度高、接線簡單、頻帶寬等優(yōu)點，已廣泛應用到變壓器繞組形變檢測中。
[0004]然而，進一步的研究表明，頻率響應分析法仍然存在以下的缺陷或不足:存在容易受背景噪聲的干擾、低頻分辨率較低、激勵源能量局限等問題。在頻率響應分析法的變壓器繞組形變診斷中，主要依靠比較實測頻率響應曲線和參考波形的差異程度，因而信號的處理及特征參數(shù)的提取是至關重要的。實測信號的干擾主要包含兩類:一類為白噪聲，信號幅值較低，但一直貫穿整個測量；二類為某些局部的相對較強的干擾點。要更為準確地反映繞組形變，需要有效剔除干擾信號的影響。因此，在相關【技術領域】中亟需尋找更為完善的變壓器繞組形變診斷方法，以便解決現(xiàn)有技術的缺陷。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法，能夠有效減小由頻率響應測量時的白噪聲干擾和某些局部的相對較強的干擾點而導致傳統(tǒng)診斷模式的誤差，可以準確診斷變壓器繞組形變程度，為變壓器故障類型和故障發(fā)展趨勢的估計提供新的判斷方法。
[0006]一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007]步驟一:對變壓器的低壓繞組端施加不同頻率的正弦波激勵信號進行激勵，采集變壓器的頻率響應信號，將頻率響應信號除以激勵信號獲取變壓器頻率響應實測波形，實測波形和參考波形的頻率范圍為ΙΗζ-ΙΜΗζ ；
[0008]步驟二:分別對實測波形和參考波形進行多層離散小波變換，實現(xiàn)去噪和波形的平滑化；
[0009]步驟三:由高向低逐層對比分析平滑處理后實測波形和參考波形的數(shù)據(jù)差異:從1Hz開始向高頻率范圍檢測最高等層平滑處理的實測波形和參考波形檢的數(shù)據(jù)差異，當所述數(shù)據(jù)差異超過某一閾值時，記錄對應該差異點的頻率作為異常頻率點，同時將該異常頻率點作為下一層平滑處理的實測波形和參考波形比較的頻率起始點，若上一層平滑處理未發(fā)現(xiàn)異常頻率點，則下一層平滑處理比較從1Hz開始，直到第一層平滑處理差異檢測完成；
[0010]步驟四:將步驟三中鄰近兩層平滑處理后的實測波形和參考波形對比獲得的兩個異常頻率點包含的頻段作為異常頻率帶，對異常頻率帶內的波形數(shù)據(jù)進行基于最小-最大值之比MM和相關系數(shù)CC的數(shù)學指標比較，用以定量分析平滑處理后實測波形和參考波形對比得到的異常頻率帶的數(shù)據(jù)差異，進行故障的補充診斷，最小-最大值之比麗和相關系數(shù)CC的表達式為
l^Min(W，W)
[0011]= -

2Max(W，h/l)


i=l


η
[0012]=卜廣1 ”

V 1=1 ?=1
[0013]其中，yl, y2分別為平滑處理后的實測波形和參考波形，η為數(shù)據(jù)點的個數(shù)；
[0014]步驟五:根據(jù)基于數(shù)學指標的補充診斷判據(jù)，當最小-最大值之比ΜΜ和相關系數(shù)CC都滿足一定條件時，確定故障類型及嚴重程度。
[0015]進一步的，所述步驟四具體為:當ΜΜ〈0.9且CC〈0.96時，認為存在明顯繞組形變；當0.9<MM<0.96且0.96〈CC〈0.98時，可能存在輕微形變；當ΜΜ>0.96且CC>0.98時，無繞組形變。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點:
[0017]1、通過多層離散小波變化對頻率響應分析法的測量曲線進行平滑處理，能夠同時濾除白噪聲和局部的強干擾，保留原始信號的特點，提高了與參考信號對比診斷的精度、可靠性；
[0018]2、通過對多層離散小波變換的實測波形和參考波形進行對比分析，可以得出出現(xiàn)異常頻帶的范圍，較傳統(tǒng)的固定頻帶劃分具有更高的診斷精度；
[0019]3、通過對包含異常的頻率段進行基于數(shù)學指標的補充診斷，在檢測頻率響應曲線差異的基礎上，進一步判斷頻率響應對比分析異常與實際繞組形變的關聯(lián)性，提高了判斷的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所構建的變壓器繞組形變診斷系統(tǒng)框圖；
[0021]圖2是本發(fā)明基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法的流程示意圖。
[0022]圖中:1 一寬頻激勵信號源，2—信號輸入匹配電阻，3—信號輸入電纜，4一變壓器，5一信號輸出電纜，6—信號輸出匹配電阻,7一高精度不波器,8—上位機。

【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0024]圖1是按照本發(fā)明所構建的變壓器繞組形變診斷系統(tǒng)框圖。如圖1中所示，該變壓器繞組形變診斷系統(tǒng)主要包括寬頻激勵信號源1、信號輸入匹配電阻2、信號輸入電纜3、變壓器4、信號輸出電纜5、信號輸出匹配電阻6、高精度不波器7及上位機8。本實施例中，寬頻激勵信號源采用FRAX-101，其輸出信號幅值為5V，頻率范圍為ΙΗζ-ΙΟΜΗζ。用信號輸入電纜3將寬頻激勵信號源I與變壓器4的低壓繞組端X相連，并對該端施以不同頻率的正弦波激勵信號進行激勵，利用信號輸出電纜5將激勵信號送入高精度示波器7，通過同軸屏蔽線將變壓器4的響應端X與輸出信號匹配電阻6、高精度示波器7相連，將高壓繞組的響應信號送入高精度示波器7。本實施例中，所示變壓器4為DYn型變壓器的A相繞組測試接線，高精度示波器7采用Tektronix TDS3052C，其帶寬為500MHz，采樣頻率為5GS/s。本發(fā)明所述上位機8中的診斷系統(tǒng)軟件部分采用Matlab平臺開發(fā)，具有數(shù)據(jù)提取、分析與管理功能，能夠自動顯示異常頻帶、處理進度、處理圖形輸出、結果輸出等功能。該系統(tǒng)滿足了變壓器繞組形變診斷精確測量、狀態(tài)評估等要求。
[0025]參見圖1、圖2，利用網(wǎng)絡通信，將高精度示波器7采集的激勵信號與頻率響應信號的數(shù)據(jù)文件上傳到上位機8。參考波形的數(shù)據(jù)文件已事先保存在上位機8中。首先通過頻率響應信號除以激勵信號獲取變壓器頻率響應實測波形，實測波形和參考波形的頻率范圍為ΙΗζ-ΙΜΗζ。將實測波形與參考波形進行多層離散小波變換，本實施案例中，最高進行7層的離散小波變換。先比較第7層平滑處理的實測波形和參考波形L7，任何一個異常代表一個繞組形變。從IHz開始向高頻率范圍檢測差異，當檢測的第7層平滑處理的實測波形和參考波形檢的數(shù)據(jù)差異超過1.5dB時，記錄對應該差異點的頻率作為異常頻率點，同時作為第6層平滑處理波形比較的頻率起始點。若無差異，則第6層平滑處理比較從IHz開始，直到第I層平滑處理差異檢測完成。
[0026]對于鄰近兩層平滑處理后的實測波形和參考波形對比獲得的兩個異常頻率點包含的頻段作為異常頻率帶。利用最小-最大值之比MM和相關系數(shù)CC對異常頻率帶內的波形數(shù)據(jù)進行基于數(shù)學指標的補充診斷，最小-最大值之比MM和相關系數(shù)CC的表達式為

藝Min(|凡丨機I)
[0027]MMO1，J72 ) = jV-

藝 Max(| 凡.|，卜2/|)


i=l


η

Yjyuyu
[0028]CC(J1^2)=卜1 ”

、1>ι,2?Χ2

V Z=I /=1
[0029]其中，71，72分別為平滑處理后的試驗曲線和參考波形，η為數(shù)據(jù)點的個數(shù)。本實施案例中，當ΜΜ〈0.9且CC〈0.96時，認為存在明顯繞組形變；當0.9<MM<0.96且0.96〈CC〈0.98時，可能存在輕微形變；當ΜΜ>0.96且CC>0.98時，無繞組形變。
[0030]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:對變壓器的低壓繞組端施加不同頻率的正弦波激勵信號進行激勵，采集變壓器的頻率響應信號，將頻率響應信號除以激勵信號獲取變壓器頻率響應實測波形，實測波形和參考波形的頻率范圍為ΙΗζ-ΙΜΗζ ； 步驟二:分別對實測波形和參考波形進行多層離散小波變換，實現(xiàn)去噪和波形的平滑化； 步驟三:由高向低逐層對比分析平滑處理后實測波形和參考波形的數(shù)據(jù)差異:從IHz開始向高頻率范圍檢測最高等層平滑處理的實測波形和參考波形檢的數(shù)據(jù)差異，當所述數(shù)據(jù)差異超過某一閾值時，記錄對應該差異點的頻率作為異常頻率點，同時將該異常頻率點作為下一層平滑處理的實測波形和參考波形比較的頻率起始點，若上一層平滑處理未發(fā)現(xiàn)異常頻率點，則下一層平滑處理比較從IHz開始，直到第一層平滑處理差異檢測完成；步驟四:將步驟三中鄰近兩層平滑處理后的實測波形和參考波形對比獲得的兩個異常頻率點包含的頻段作為異常頻率帶，對異常頻率帶內的波形數(shù)據(jù)進行基于最小-最大值之比麗和相關系數(shù)CC的數(shù)學指標比較，用以定量分析平滑處理后實測波形和參考波形對比得到的異常頻率帶的數(shù)據(jù)差異，進行故障的補充診斷，最小-最大值之比MM和相關系數(shù)CC的表達式為

ZMin(|j1;.|,|y2i|) MMiy^y2) = -
EMax(W，W)

i=l


η CC(J1^2)= η
I ηη
V ?=ι /=ι 其中，yl, y2分別為平滑處理后的實測波形和參考波形，η為數(shù)據(jù)點的個數(shù)； 步驟五:根據(jù)基于數(shù)學指標的補充診斷判據(jù)，當最小-最大值之比MM和相關系數(shù)CC都滿足一定條件時，確定故障類型及嚴重程度。
2.如權利要求1所述的基于離散小波變換的變壓器繞組形變診斷方法，其特征在于所述步驟五具體為:當ΜΜ〈0.9且CC〈0.96時，認為存在明顯繞組形變；當0.9<MM<0.96且.0.96〈CC〈0.98時，可能存在輕微形變；當ΜΜ>0.96且CC>0.98時，無繞組形變。
【文檔編號】G01R31/00GK104237713SQ201410553592
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權日:2014年10月17日
【發(fā)明者】魯非, 阮羚, 羅維, 沈煜, 金雷, 馮天佑, 周凱 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學研究院