一种高压电抗器振动信号分析方法、非暂态可读记录媒体及系统
阅读说明：本技术 一种高压电抗器振动信号分析方法、非暂态可读记录媒体及系统 (High-voltage reactor vibration signal analysis method, non-transient readable recording medium and system ) 是由 黄勤清 程林 罗传仙 聂德鑫 黄立才 刘衍宏 周文 徐惠 张宗喜 李学成 于 2021-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及输变电设施振动信号分析技术领域,公开了一种高压电抗器振动信号分析方法,包括通过两种不同原理测量方式获得高压电抗器工作时的振动信号图谱；使用交叉递归图和递归量化法对测试的信号进行分析；对比两种测试方法的分析结果,降低了不同因素对分析结构的影响,提高了信号分析的精度,适用于对高压电抗器运行状态的监控。本发明还提供了一种包括存储有上述方法程序的非暂态可读记录媒体及处理电路构成的系统,通过处理电路可以调用该程序,以执行上述方法,完成对通过不同方法对高压电抗器振动信号测量结果的量化分析。(The invention relates to the technical field of vibration signal analysis of power transmission and transformation facilities, and discloses a vibration signal analysis method of a high-voltage electric reactor, which comprises the steps of obtaining a vibration signal map of the high-voltage electric reactor during working through two different principle measurement modes; analyzing the tested signal by using a cross recursion graph and a recursion quantization method; compared with the analysis results of the two test methods, the influence of different factors on the analysis structure is reduced, the accuracy of signal analysis is improved, and the method is suitable for monitoring the running state of the high-voltage reactor. The invention also provides a system comprising a non-transitory readable recording medium storing the program of the method and a processing circuit, wherein the processing circuit can call the program to execute the method so as to complete the quantitative analysis of the vibration signal measurement result of the high-voltage reactor by different methods.)
技术领域
本发明涉及输变电设施振动信号分析技术领域，具体为一种高压电抗器振动信号分析方法。
背景技术
电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁心，称铁心电抗器。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称为电抗器，所以现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器，采用电抗器可吸收系统中过剩的无功，减少系统中的无功倒送﹐从而提高系统运行的经济性。
高压并联电抗器在电力系统中承担着电压稳定与无功补偿等重要作用，是智能电网建设、全球能源互，联网战略的关键设备。高压电抗器机械结构参数的变化,将影响电抗器本体机械结构动力学特性。由于高压并联电抗器体积庞大且结构复杂，内部振动信号在油箱表面的衰减程度有很大的差异性。现场测试中，需在油箱表面确定最能反映电抗器内部振动特性的位置用于测点布置。因此，有必要研究电抗器油箱表面振动信号与内部振动信号的相关性，进而确定其振动敏感区域，为电抗器后续的健康监测与故障诊断提供理论基础。另外，现有的高压电抗器振动信号分析方法对电抗器振动信号采集的信号较为单一，分析数据较少，分析结果精度较低。如果用多种方法采集信号则能获得更多数据，但是，必须对不同方法测出数据的相关性进行研究，才能筛选出真正有价值的数据，因此用数值来表征各测点通过不同方法获得数据的差异，是当前技术人员所亟需解决的问题。故对并联电抗器的振动信号进行分析研究具有重要的实际意义和价值。但是现有的高压电抗器振动信号分析方法对电抗器振动信号采集的信号较为单一，分析数据较少，分析结果精度较低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了高压电抗器振动信号分析方法，具备分析准确，精度高等优点，解决了分析数据单一，分析不准确的问题。
本发明提供的技术方案包括以下步骤：
S1.通过两种测试方法获取高压电抗器工作时的振动信号；
S2.将两种测试方式获取的所述振动信号特征量绘制为二维图形；
S3.使用交叉递归图和递归量化法对所述振动信号特征量进行分析；
S4.用数据表征两种测试方法的分析结果的差异，并设定可接受的差异阈值。
S5.提取两种测试方法分析结果的差异处于设定阈值内的测点。
优选的，两种测试方法分别为接触式测量方法和非接触式测量方法。
进一步的，接触式测量方法是通过传感器采集机械振动信号，提取该信号的频域特征和时域特征；非接触式测量方法是通过激光多普勒效应对所述高压电抗器的振动直接进行测量，采集测点的位移量信号，提取该信号的频域特征和时域特征。
这两种采集方式测得的结果均与高压点抗器振动信息密切相关，而两种方法之间并无关联性，因此可以独立表征所测得的特征量。
优选的，二维图形为柱形图或和折线图，能表征所述两种测试方法得出的各测点频域和时域特征量。
柱形图和折线图对于坐标上的二维测点能够较好的包容、拟合，真实的表征数据特征。
本发明的另一方案在于提供一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，所述程序包括前述的一种高压电抗器振动信号分析方法中所包含的步骤。
本发明的又另一方案在于提供一种高压电抗器振动信号分析系统，包括存储有程序的非暂态可读记录媒体及处理电路，通过所述处理电路可以调用所述程序，以执行上述方法中的S1-S54步骤。
与现有技术相比，本发明提供了高压电抗器振动信号分析方法，具备以下有益效果：
该高压电抗器振动信号分析方法，通过两种不同测试方法对高压电抗器振动信号进行获取，对两种测试信号进行统一的分析，对比分析信号结果，比较其结果的相似性，降低不同因素对分析结构的影响，避免两种不同测量方法之间的相互影响，提高了信号分析的精度。
附图说明
图1为本发明提出的高压电抗器振动信号分析方法接触式测试方法简图的结构示意图；
图2为本发明提出的高压电抗器振动信号分析方法非接触式测试方法简图结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本实施例的实施步骤如下：
采用ICP振动信号加速度传感器对高压电抗器进行测量，通过传感器采集高压电抗器的机械振动信号，具体为将ICP振动信号加速度传感器直接布置在高压电抗器的振动特征点，在高压电抗器工作时特征点产生机械振动，ICP振动信号加速度传感器对特征点的机械振动信息进行采集，通过计算机系统对测点的时域信号进行分析，提取信号的频域特征和时域特征；
获取的各个测点加速度信息简单绘制为二维柱形图，将柱形图的中点按照顺序依次进行连接，对加速度振幅最大的特征点进行频谱分析，将该特征点的主要频率进行统计绘制为二维柱形图；再通过交叉递归图根据时域特征转换为速度特征图。
通过激光多普勒效应对高压电抗器特征点产生的振动信号直接测量，对测点的位移量进行实时的采集，通过计算机系统将实时采集的位移量进行高速记录，将记录的数据进行分析，提取信号的频域特征和时域特征，在保证测试精度和要求的前提下，高压电抗器的振动测点可以根据检测需求的条件进行灵活的布置。
将各个测点的位移信息简单绘制为二维柱形图，将柱形图的中点按照顺序依次进行连接，对位移振幅最大的特征点进行频谱分析，将该特征点的主要频率进行统计绘制为二维柱形图。再通过交叉递归图根据时域特征转换为速度特征图。
使用交叉递归图和递归量化分析对测试的信号进行分析，对八个测量点分别进行测量，分别得到递归率为0.3925、0.3870、0.3909、0.2689、0.4373、0.4110、0.3350、0.3157，确定度为0.8984、0.8672、0.8972、0.7736、0.9918、0.9896、0.7895、0.7227，对角平均线长度为34.4645、27.6439、31.46、9.7604、45.5866、42.0984、15.8746、18.3935根据测量计算的递归率进行递归量化分析；
通过交叉递归图对测点的检测数据进行系统的递归，交叉递归图采用二维图像来显示系统的递归特性，由交叉递归图定性分析直观简单，交叉递归图是递归图的二元扩展，交叉递归图对两个系统在同一相空间中分析各自递归特性，寻找两个系统递归重合时间段，交叉递归图对应的交叉递归矩阵如下：
Cij＝θ(r-||xi-yj||)i＝1,2,…N；j＝1,2,…M
X和Y代表两个系统m维重构空间的相轨迹。
交叉递归图由对角线段和孤立点构成，系统间的动力学特性越相似，交叉递归图中形成的对角线段就越长，当系统的动态特性差异越大，交叉递归图中不会产生连续的对角线段，能够采用交叉递归图对电抗器不同测点的振动信号衰减程度进行对比分析。
通过交叉递归图的二维图像对测点特征进行表述，通过递归量化分析将交叉递归图中测点特征进行量化，能够使用数据对两种测试方法之间的差异进行表述，更加直观的了解了两种测试方法之间的差异，便于对测试结果进行分析。
递归量化分析由递归率、确定率、平均对角线长度和递归熵四种参量定义，递归率是指递归量化分析中递归点的密度，用于反映递归点的离散程度，确定率用于构成四十五度对角线结构递归点的比例，确定率可以衡量系统的规律性，平均对角线长度是指对角线平均长度，表示相轨迹彼此靠近消耗的平均时长，熵是指四十五度对角线结构分布的信息熵，代表系统的复杂程度，通过对采集到的多组递归量化分析参量，采用主成分法构件相关系数作为测点间相关性的综合衡量指标。
通过测量的计算能够评估出八个外部测点对应的相关系数，其中1-5点相关系数为0.716，2-5点相关系数为0.653，3-5点相关系数为0.728，4-5点相关系数为0.429，5-5点相关系数为0.827，6-5点相关系数为0.844，即7-5点相关系数为0.285，8-5点相关系数为0.247。
根据经验值设定可接受的相关系数范围在0.7(阈值)以上，故可提取1-5、3-5、5-5和6-5四点作为今后采用接触式方法进行数据分析的测试点位。
综上所述，该高压电抗器振动信号分析方法，通过两种不同测试方法对高压电抗器振动信号进行获取，对两种测试信号进行统一的分析，对比分析信号结果，比较其结果的相似性，降低不同因素对分析结构的影响，提高信号分析的准确性，提高信号分析的精度。
将上述方法通过软件编程的方式植入到通用计算机硬件设备方式来实现，就形成了本发明的另一实施例，即：一种高压电抗器振动信号分析系统。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机、可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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