一種變壓器繞組工作狀態檢測方法及系統技術方案

本發明專利技術實施例公開了一種變壓器繞組工作狀態檢測方法及系統，通過對變壓器繞組進行掃頻激振試驗能夠準確地得到各個測點的當前振動頻響曲線，并轉換成矩陣的形式，綜合考慮所有頻率點數據，提高檢測精度，而且變壓器繞組的微小形變也能夠反映在當前振動頻響曲線中，具有很高的靈敏度；繼而對振動頻響矩陣進行歸一化處理，實現數據無量綱化，提高計算效率；然后，對由歷史振動頻響曲線矩陣計算得到的協方差矩陣進行特征值分解，并確定主元個數；接著，對協方差矩陣進行主元分解，再根據分解得到的矩陣對當前振動頻響曲線矩陣按列進行變換；最后，通過計算統計量的平均值和控制限，定量地判定所述變壓器繞組是否發生變形等異常，具有極高準確性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及信號監測
，特別是涉及一種變壓器繞組工作狀態檢測方法及系統。
技術介紹
電力變壓器是電能傳輸的樞紐元件，直接決定電力系統運行的穩定性和可靠性。隨著我國電網容量的不斷增大，短路容量相應增加；變壓器出口一旦形成短路，較大的短路電流流過變壓器繞組，產生巨大的電磁作用力；在所述電磁作用力的作用下，變壓器繞組很容易發生松動或變形，從而造成變壓器故障，甚至導致電力系統崩潰。因此，對變壓器繞組工作狀態進行檢測以及時發現繞組變形，是保障變壓器安全運行的重要措施。目前，技術人員通常采用頻響分析法對變壓繞組狀態進行檢測。所述頻響分析法是將根據電路的網絡理論，將變壓器繞組看作是由電阻、電感和電容元件組成的線性無源二端口網絡，其特性在時域上可用單位沖激響應或在頻域上用傳遞函數描述，傳遞函數是單位沖激響應的傅里葉變換。具體地，在所述頻響分析法實施時，將一穩定的正弦掃描電壓信號施加到變壓器繞組的一端，同時記錄該端和其他端點上的電壓幅值及相角，從而獲得所述變壓器繞組的一組頻響特性即得到所述傳遞函數；如果變壓器繞組發生變形，所述傳遞函數會在某種程度上發生變化，通過對所述傳遞函數中得到的激勵信號波形和響應信號波形進行分析，可以對變壓器繞組的工作狀態做出判斷。所述頻響分析法法具有靈敏度高、抗干擾能力強的特點，廣泛應用于變壓器繞組狀態檢測領域。然而，在使用所述頻響分析法檢測變壓器繞組狀態時，所述頻響分析法沒有形成簡明、可量化的判據，需要技術人員根據現場的波形通過經驗進行判斷，對技術人員的專業水平有很高的要求，實用性較差；而且，在所述頻響分析法操作過程中，頻響波形往往非常復雜，對變壓器繞組工作狀態的檢測需要依賴于人的經驗判斷，很容易造成誤判，準確性差。
技術實現思路
本專利技術實施例中提供了一種變壓器繞組工作狀態檢測方法及系統，以解決現有技術中的變壓器繞組工作狀態檢測實用性差和準確性差的問題。為了解決上述技術問題，本專利技術實施例公開了如下技術方案：本專利技術實施例公開了一種變壓器繞組工作狀態檢測方法，包括以下步驟：對變壓器繞組進行掃頻激振試驗，獲取變壓器繞組的當前振動頻響曲線；根據所述當前振動頻響曲線，獲取當前振動頻響矩陣YN×M；將所述當前振動頻響矩陣YN×M歸一化；根據歷史變壓器繞組振動頻響曲線，獲得歷史振動頻響曲線的歸一化歷史振動頻響矩陣XN×M，并根據所述歸一化歷史振動頻響矩陣XN×M獲得協方差矩陣S，對所述協方差矩陣S進行特征值分解，計算獲得所述協方差矩陣S的特征值及特征向量；根據所述特征值，確定特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，并根據所述特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，確定主元個數；根據所述特征值、所述特征向量以及所述主元個數，對所述協方差矩陣進行主元分解，得到矩陣P、矩陣對角矩陣Λ以及對角矩陣根據所述矩陣P和所述矩陣將所述當前振動頻響矩陣的每一列yj進行分解變換；根據矩陣P、對角矩陣Λ以及經分解變換后的向量yj，計算統計量、所述統計量的元素平均值和控制限；判斷所述元素平均值與所述控制限的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述控制限，則判斷變壓器繞組異常；或者，如果所述元素平均值小于所述控制限，則判斷變壓器繞組正常。優選地，所述對變壓器進行掃頻激振試驗，獲取變壓器繞組的當前振動頻響曲線，包括：在變壓器箱壁上設置多個振動傳感器；將變壓器的低壓繞組短接；向變壓器的高壓繞組注入恒流變頻激勵信號，并將所述恒流變頻激勵信號的頻率從一預設初始頻率掃頻至一預設終止頻率；根據所述振動傳感器采集獲取的振動信號，獲得與所述振動傳感器位置對應的當前振動頻響曲線。優選地，將所述當前振動頻響矩陣歸一化，包括：通過如下歸一化公式，對所述當前振動頻響矩陣YN×M歸一化：μi=1MΣj=1Myij]]>σi=1MΣj=1M(yij-μi)2]]>yij=yij-μiσi]]>其中，yij為所述當前振動頻響矩陣YN×M的第i行第j列。優選地，所述根據所述特征值，確定特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，并根據所述特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，確定主元個數，包括：根據如下公式計算所述特征值方差貢獻率ai：ai=λiΣi=1Nλi,i=1,2,...,N]]>其中，λi為第i個特征值；根據如下公式計算所述特征值累計方差貢獻率Ak：Ak=Σi-1kai,k=1,2,...,N]]>判斷Ak是否大于一預設累計方差貢獻率閾值；如果所述Ak大于所述累計方差貢獻率閾值，取所述Ak對應的最小的k值作為主元個數l。優選地，根據所述特征值、所述特征向量以及所述主元個數，對所述協方差矩陣進行主元分解，得到矩陣P、矩陣對角矩陣Λ以及對角矩陣包括：對所述協方差矩陣S進行主元分解，所述主元分解公式為：S=[PP~]Λ00Λ~PP~T]]>其中，矩陣P為N行l列矩陣，由矩陣S前l個特征值所對應的特征向量構成；矩陣為N行N-l列矩陣，由矩陣S后N-l個特征值所對應的特征向量構成；對角矩陣Λ的元素為矩陣S的前l個特征值；對角矩陣的元素為矩陣S的后N-l個特征值。優選地，根據所述矩陣P和所述矩陣對所述當前振動頻響矩陣的每一列進行分解，并得到變換后的矩陣YN×M，包括：根據如下公式，將當前振動頻響矩陣YN×M的每一列進行分解：yj=y^j+y~j]]>yj＝PPTyjyj=P~P~Tyj]]>式中，j＝1,2,...,M。優選地，根據矩陣P、對角矩陣Λ以及經分解變換后的向量yj，計算統計量T2、所述統計量的元素平均值和控制限，包括以下計算公式：Tj2＝yjTPΛ-1PTyjT‾=1MΣj=1MTj2]]>τ＝χα2(l)式中，Tj2為統計量T2的第j個元素，為χα2()為自由度α的卡方分布。本專利技術實施例還公開了一種變壓器繞組工作狀態檢測系統，包括振動頻響測試系統和變壓器繞組工作狀態檢測裝置，其中：所述振動頻響測試系統，包括電流傳感器、振動傳感器、數據采集模塊、測控分析模塊、恒流變頻激振電源、升壓變壓器和信號分析顯示終端；所述恒流變頻激振電源與測控分析模塊相連接，設置恒流掃頻電源的輸出參數，并傳送至升壓變壓器；所述升壓變壓器與待測變壓器相連接，將恒流變頻激勵信號施加至變壓器的高壓繞組；所述電流傳感器和所述終端傳感器設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種變壓器繞組工作狀態檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：對變壓器繞組進行掃頻激振試驗，獲取變壓器繞組的當前振動頻響曲線；根據所述當前振動頻響曲線，獲取當前振動頻響矩陣YN×M；將所述當前振動頻響矩陣YN×M歸一化；根據歷史變壓器繞組振動頻響曲線，獲得歷史振動頻響曲線的歸一化歷史振動頻響矩陣XN×M，并根據所述歸一化歷史振動頻響矩陣XN×M獲得協方差矩陣S，對所述協方差矩陣S進行特征值分解，計算獲得所述協方差矩陣S的特征值及特征向量；根據所述特征值，確定特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，并根據所述特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，確定主元個數；根據所述特征值、所述特征向量以及所述主元個數，對所述協方差矩陣進行主元分解，得到矩陣P、矩陣對角矩陣Λ以及對角矩陣根據所述矩陣P和所述矩陣將所述當前振動頻響矩陣YN×M的每一列yj進行分解變換；根據矩陣P、對角矩陣Λ以及經分解變換后的向量yj，計算統計量、所述統計量的元素平均值和控制限；判斷所述元素平均值與所述控制限的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述控制限，則判斷變壓器繞組異常；或者，如果所述元素平均值小于所述控制限，則判斷變壓器繞組正常。...

【技術特征摘要】
1.一種變壓器繞組工作狀態檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：
對變壓器繞組進行掃頻激振試驗，獲取變壓器繞組的當前振動頻響曲線；
根據所述當前振動頻響曲線，獲取當前振動頻響矩陣YN×M；
將所述當前振動頻響矩陣YN×M歸一化；
根據歷史變壓器繞組振動頻響曲線，獲得歷史振動頻響曲線的歸一化歷史振動頻響
矩陣XN×M，并根據所述歸一化歷史振動頻響矩陣XN×M獲得協方差矩陣S，對所述協方
差矩陣S進行特征值分解，計算獲得所述協方差矩陣S的特征值及特征向量；
根據所述特征值，確定特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，并根據所述特
征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，確定主元個數；
根據所述特征值、所述特征向量以及所述主元個數，對所述協方差矩陣進行主元分
解，得到矩陣P、矩陣對角矩陣Λ以及對角矩陣根據所述矩陣P和所述矩陣將所述當前振動頻響矩陣YN×M的每一列yj進行分
解變換；
根據矩陣P、對角矩陣Λ以及經分解變換后的向量yj，計算統計量、所述統計量的
元素平均值和控制限；
判斷所述元素平均值與所述控制限的大小，如果所述元素平均值大于或等于所述控
制限，則判斷變壓器繞組異常；或者，如果所述元素平均值小于所述控制限，則判斷變
壓器繞組正常。
2.根據權利要求1所述的變壓器繞組工作狀態檢測方法，其特征在于，所述對變壓
器進行掃頻激振試驗，獲取變壓器繞組的當前振動頻響曲線，包括：
在變壓器箱壁上設置多個振動傳感器；
將變壓器的低壓繞組短接；
向變壓器的高壓繞組注入恒流變頻激勵信號，并將所述恒流變頻激勵信號的頻率從
一預設初始頻率掃頻至一預設終止頻率；
根據所述振動傳感器采集獲取的振動信號，獲得與所述振動傳感器位置對應的當前
振動頻響曲線。
3.根據權利要求1所述的變壓器繞組工作狀態檢測方法，其特征在于，將所述當前
振動頻響矩陣歸一化，包括：
通過如下歸一化公式，對所述當前振動頻響矩陣YN×M歸一化：
μi=1MΣj=1Myij]]>σi=1MΣj=1M(yij-μi)2]]>yij=yij-μiσi]]>其中，yij為所述當前振動頻響矩陣YN×M的第i行第j列。
4.根據權利要求1所述的變壓器繞組工作狀態檢測方法，其特征在于，所述根據所
述特征值，確定特征值方差貢獻率和特征值累計方差貢獻率，并根據所述特征值方差貢
獻率和特征值累計方差貢獻率，確定主元個數，包括：
根據如下公式計算所述特征值方差貢獻率ai：
ai=λiΣi=1Nλi,i=1,2,...,N]]>其中，λi為第i個特征值；
根據如下公式計算所述特征值累計方差貢獻率Ak：
Ak=Σi-1kai,k=1,2,...,N]]>判斷Ak是否大于一預設累計方差貢獻率閾值；如果所述Ak大于所述累計方差貢獻率
閾值，取所述Ak對應的最小的k值作為主元個數l。
5.根據權利要求1所述的變壓器繞組工作狀態檢測方法，其特征在于，根據所述特
征值、所述特征向量以及所述主元個數，對所述協方差矩陣進行主元分解，得到矩陣P、
矩陣對角矩陣Λ以及對角矩陣包括：
對所述協方差矩陣S進行主元分解，所述主元分解公式為：
S=PP~Λ00Λ~PP~T]]>其中，矩陣P為N行l列矩陣，由矩陣S前l個特征值所對應的特征向量構...

【專利技術屬性】
技術研發人員：于虹，錢國超，李亞寧，
申請(專利權)人：云南電網有限責任公司電力科學研究院，上海交通大學，
類型：發明
國別省市：云南;53