阅读说明：本技术 一种基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法及系统 (Transient acoustic signal-based transformer winding deformation detection method and system ) 是由 张凡 朱筱瑜 刘华栋 汲胜昌 金祎 顾渊博 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法及系统,包括：采集变压器多次突发短路时的声学信号,对采集到的声学信号进行截取,保留变压器短路开始至结束之间的声音信号；对变压器短路开始至结束之间的声音信号进行连续小波变换,得所述声音信号的复小波系数矩阵；获取复小波系数矩阵中前N行的子矩阵；将所述子矩阵中的各行向量按照顺序依次拼接形成列矩阵RSP-(i)；计算第i次短路时声音信号的RSP-(i)矩阵与第1次短路时声音信号的RSP-(i)矩阵的相关系数R-(xy)；根据计算得到的相关系数R-(xy)评估绕组的变形状态,该方法及系统能够感知及诊断变压器绕组变形。(The invention discloses a transient acoustic signal-based transformer winding deformation detection method and a transient acoustic signal-based transformer winding deformation detection system, wherein the transient acoustic signal-based transformer winding deformation detection method comprises the following steps: collecting acoustic signals when the transformer is subjected to multiple sudden short circuits, intercepting the collected acoustic signals, and reserving sound signals between the beginning and the end of the short circuit of the transformer; carrying out continuous wavelet transformation on the sound signals between the beginning and the end of the short circuit of the transformer to obtain a complex wavelet coefficient matrix of the sound signals; acquiring the submatrixes of the first N rows in the complex wavelet coefficient matrix; sequentially splicing the vectors of each row in the submatrix to form a column matrix RSP i (ii) a Calculating the RSP of the sound signal at the ith short circuit i RSP of matrix and sound signal at 1 st short circuit i Correlation coefficient R of matrix xy (ii) a According to the calculated correlation coefficient R xy Evaluation ofThe method and the system can sense and diagnose the deformation of the transformer winding.)

一种基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法及系统

技术领域

本发明属于变压器故障诊断领域，涉及一种基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法及系统。

背景技术

变压器是电力系统最重要的设备之一，其安全运行与否已与国家经济发展紧密的联系了起来。如果变压器出现故障，将导致大面积停电，这样不仅影响了工厂的生产，也影响了民众的生活。由于传统的变压器检修方法一般为人工吊罩检查，所以其检修期很长，至少要半年以上。近年来，有关统计资料表明，变压器绕组和套管是电力变压器发生故障较多的两个部件，全国110kV及以上等级电力变压器因外部短路故障造成损坏的事故达到事故总数的50％。因此，为了及时发现变压器的事故隐患，避免突发事故，提高变压器运行的可靠性，开展变压器故障诊断方法的研究具有十分重要的意义。

变压器在发生外部短路故障时，绕组中会流过较大的冲击电流，引起绕组强烈的振动，进而造成绕组变形、失稳等故障，影响变压器的安全稳定运行，因此急需开发一种技术，以感知及诊断变压器绕组的变形。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法及系统，该方法及系统能够感知及诊断变压器绕组变形。

为达到上述目的，本发明所述的基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法包括：

采集变压器多次突发短路时的声学信号，对采集到的声学信号进行截取，保留变压器短路开始至结束之间的声音信号；

对变压器短路开始至结束之间的声音信号进行连续小波变换，得所述声音信号的复小波系数矩阵；

获取复小波系数矩阵中前N行的子矩阵；

将所述子矩阵中的各行向量按照顺序依次拼接形成列矩阵RSP_i；

计算第i次短路时声音信号的RSP_i矩阵与第1次短路时声音信号的RSP_i矩阵的相关系数R_xy；

根据计算得到的相关系数R_xy评估绕组的变形状态。

保留短路开始至结束0.2s内的声音信号S_i，i＝1，2，3，…。

对变压器短路开始至结束之间的声音信号进行连续小波变换，得所述声音信号的复小波系数矩阵的具体操作为：

选择复Morlet小波函数，设置中心频率为3，带宽参数为3，尺度参数为5000，对所声音信号进行连续小波变换，获得0.2s内声音信号的复小波系数矩阵P_i，P_i为5000行、2000列矩阵。

获取复小波系数矩阵中的前N行的子矩阵的具体过程为：选择复小波系数矩阵P_i前1000行的子矩阵SP_i，子矩阵SP_i为1000行、2000列的矩阵。

相关系数R_xy为：

其中，C_xy、D_x及D_y分别为协方差及标准方差。

当R_xy>2.0，则说明绕组状况良好；

当1.0<R_xy<2.0，则说明绕组出现轻微故障；

当相关系数R_xy<1.0，则说明绕组出现变形。

采集变压器多次突发短路时的声学信号之前还包括：

在变压器油箱宽侧面中间距离油箱最外侧轮廓线1m的位置处布置声压传感器，所述声压传感器用于采集变压器多次突发短路时的声学信号。

本发明所述的基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测系统包括：

采集模块，用于采集变压器多次突发短路时的声学信号，对采集到的声学信号进行截取，保留变压器短路开始至结束之间的声音信号；

变换模块，用于对变压器短路开始至结束之间的声音信号进行连续小波变换，得所述声音信号的复小波系数矩阵；

获取模块，用于获取复小波系数矩阵中前N行的子矩阵；

拼接模块，用于将所述子矩阵中的各行向量按照顺序依次拼接形成列矩阵RSP_i；

计算模块，用于计算第i次短路时声音信号的RSP_i矩阵与第1次短路时声音信号的RSP_i矩阵的相关系数R_xy；

评估模块，用于根据计算得到的相关系数R_xy评估绕组的变形状态。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法及系统在具体操作时，基于短路时的声学信号能够反映绕组的机械状态这一原理，获取变压器短路开始至结束之间的声音信号，再计算第i次短路时声音信号的RSP_i矩阵与第1次短路时声音信号的RSP_i矩阵的相关系数R_xy，并以此评估绕组的变形状态，操作简单、方便，实用性极强，便于推广及应用。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2a为本发明中升压传感器的布置图；

图2b为图2a的侧视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1、图2a及图2b，本发明所述的基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测方法包括以下步骤：

1)在变压器油箱宽侧面中间距离油箱最外侧轮廓线1m的位置处布置声压传感器，通过声压传感器采集变压器多次突发短路时的声学信号，对采集到的声学信号进行截取，保留短路开始至结束0.2s之间的声音信号S_i，i＝1，2，3，…；

2)选择复Morlet小波函数，设置中心频率为3，带宽参数为3，尺度参数为5000，对所截取的声音信号进行连续小波变换，获得0.2s内声音信号的复小波系数矩阵P_i，P_i为5000行、2000列矩阵；

3)选择P_i前1000行的子矩阵SP_i，SP_i为1000行、2000列矩阵；

4)将子矩阵SP_i中的各行向量按照行顺序依次拼接最终形成1行、2×10⁶列矩阵RSP_i；

5)计算第i次短路声音信号的RSP_i矩阵与第1次短路声音信号的RSP_i矩阵的相关系数R_xy，其中：

其中，C_xy、D_x及D_y分别为协方差及标准方差；

6)根据得到的相关系数R_xy评估绕组的变形状态。

当R_xy>2.0，则说明绕组状况良好；当1.0<R_xy<2.0，则说明绕组出现轻微故障；当相关系数R_xy<1.0，则说明绕组出现变形。

本发明所述的基于暂态声学信号的变压器绕组变形检测系统包括：

采集模块，用于采集变压器多次突发短路时的声学信号，对采集到的声学信号进行截取，保留变压器短路开始至结束之间的声音信号；

变换模块，用于对变压器短路开始至结束之间的声音信号进行连续小波变换，得所述声音信号的复小波系数矩阵；

获取模块，用于获取复小波系数矩阵中前N行的子矩阵；

拼接模块，用于将所述子矩阵中的各行向量按照顺序依次拼接形成列矩阵RSP_i；

计算模块，用于计算第i次短路时声音信号的RSP_i矩阵与第1次短路时声音信号的RSP_i矩阵的相关系数R_xy；

评估模块，用于根据计算得到的相关系数R_xy评估绕组的变形状态。