專利名稱：一種圓柱結(jié)構(gòu)非晶合金變壓器鐵心及其振動監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種圓柱結(jié)構(gòu)非晶合金變壓器鐵心及其振動監(jiān)測方法，屬于變壓器設(shè)計制造與信號監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
非晶合金是將主要的材料相互溶化(其中硼、鐵、鎳、硅以及碳等為主要的選用材料)，在溶化之后的液體狀態(tài)之下，以106K/S的速度急速的冷卻下去，在冷卻之后，從合金液體形態(tài)一次成形為金屬薄片，而其固態(tài)的合金并沒有晶格與晶界這兩種的存在；所以，這樣的合金也就稱之為非晶態(tài)合金。非晶合金帶材沒有晶格和晶界存在，其磁化功率非常小，且具有良好的溫度穩(wěn)定性。在變壓器領(lǐng)域，非晶合金作為一種新型高科技的變壓器鐵心材料具有許多獨特性能特點，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高硬度、高強度、高電阻率等，由非晶合金帶材制成的鐵心具有高飽和磁感應(yīng)強度、低矯頑力、低損耗，低激磁電流、良好的溫度穩(wěn)定性，越來越受到重視，是國家推廣的節(jié)能產(chǎn)品之一。目前進(jìn)口的非晶合金帶材只有142mm/170mm/213mm的3種寬度，鐵心結(jié)構(gòu)為三相五柱或者三相三柱結(jié)構(gòu)，鐵心截面積為矩形，變壓器繞組為帶圓角矩形。矩形繞組抗短路能力差，繞組繞制工藝復(fù)雜，限制了大容量非晶合金變壓器的發(fā)展。圓形繞組抗短路能力強，繞組繞制作工藝成熟(硅鋼片式鐵心的大型變壓器都為圓形繞組)，特別適合于大容量非晶合金變壓器。矩形截面積最大只有圓形截面積的63. 66%，填充率低，使大容量非晶合金變壓器成本增加。同時，由于非晶合金帶材磁致伸縮引起鐵心的振動，以及帶材間動態(tài)的電磁力引起繞組的振動等，影響機械的性能還會產(chǎn)生噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷和不足，本發(fā)明引入一種圓柱鐵心結(jié)構(gòu)和軟測量在線監(jiān)測方法到非晶合金變壓器中。該結(jié)構(gòu)突破了非晶合金變壓器制造工藝難度大，制造成本高的缺點；配套使用該監(jiān)測方法可以快速、實時、準(zhǔn)確的對變壓器的振動信息進(jìn)行監(jiān)測。本發(fā)明提出一種圓柱結(jié)構(gòu)非晶合金變壓器鐵心及其振動在線監(jiān)測方法，其內(nèi)容包括I. 一種新型非晶合金變壓器鐵心，其橫截面如圖I。2.采用軟測量技術(shù)實現(xiàn)變壓器振動信息的在線監(jiān)測。3.變壓器鐵心成階梯型圓柱結(jié)構(gòu)，由高導(dǎo)磁拉板和寬度分別為213mm、170mm、142mm的3種非晶合金帶材構(gòu)成。4.圓形鐵心主級采用高導(dǎo)磁材料作為拉板，虛擬增加一級鐵心,提高材料利用率，使變壓器成本降低。5.圓形鐵心主級兩側(cè)的非晶合金帶材成對稱分布，依次為寬度為213mm、170mm、142mm的非晶合金帶材。
6.高導(dǎo)磁拉板和3種非晶合金帶材按照一定的比例組合成階梯圓形。7.采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建軟測量模型，該軟測量模型可以實現(xiàn)在線監(jiān)測的振動信息包括振動幅值，振動頻率等。8.采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇的基本變量有額定電壓、電流，額定容量，頻率，磁通，漏磁，負(fù)載電流，電流密度、電場強度、磁場強度，損耗比，鐵心直徑，電阻率，環(huán)境溫度，繞組系數(shù)，負(fù)載系數(shù)等。9.該RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元的個數(shù)是根據(jù)選取輸入變量個數(shù)確定，其輸出層神經(jīng)元個數(shù)是根據(jù)需要檢測的變量的個數(shù)確定，在本發(fā)明中需要監(jiān)測振動幅值，振動頻率；因此，共需要2個輸出神經(jīng)元。10. RBF網(wǎng)絡(luò)的基函數(shù)采用高斯函數(shù)；基函數(shù)的學(xué)習(xí)中心用K-均值聚類算法獲得； 權(quán)值的學(xué)習(xí)采用LMS算法。11.該方法可以通過調(diào)整輸入和輸出層神經(jīng)元的個數(shù)、輸出權(quán)值以及相關(guān)參數(shù)，來實現(xiàn)適應(yīng)不同的變壓器以及不同的工作環(huán)境。12.算法終止條件可以根據(jù)實際需要的精度進(jìn)行設(shè)置，或設(shè)置最大迭代次數(shù)。本發(fā)明的有益效果是制造成本相比原來傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低25-35%，使用成本是傳統(tǒng)25%，使用時間越長，使用成本越低，具有長期效益；疊片系數(shù)原來為86%，現(xiàn)在可以達(dá)到95%到97% ;線圈加工難度大大降低，工藝操作簡單，大幅度提高了工人的效率，降低工人成本，增加企業(yè)效益；產(chǎn)品低能耗，抗短路能力強，局放低，單位損耗可達(dá)到普通損耗的20%左右；實時精確的在線振動監(jiān)測系統(tǒng)保障了變壓器運行和維護(hù)，具有現(xiàn)實意義和實用價值。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是非晶合金變壓器階梯型圓柱結(jié)構(gòu)鐵心橫截面圖。圖2是RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模流程圖。圖I中(I)非晶合金帶寬142mm，⑵非晶合金帶寬170mm，⑶非晶合金帶寬213mm,⑷高導(dǎo)磁拉板(虛擬主級)，(5)線圈。
具體實施例方式如圖I所示，變壓器鐵心成階梯型圓柱結(jié)構(gòu)，由高導(dǎo)磁拉板和寬度分別為213mm、170mm、142mm的非晶合金帶材構(gòu)成。圓形鐵心主級采用高導(dǎo)磁材料作為拉板,虛擬增加一級鐵心。圓形鐵心主級兩側(cè)的非晶合金帶材成對稱分布，依次為寬度為213mm、170mm、142_的非晶合金帶材。并將高導(dǎo)磁拉板和3種非晶合金帶材按照一定的比例組合成階梯圓形。對于振動信息的在線檢測，根據(jù)圖2所示，先采用K-均值聚類算法獲得基函數(shù)的學(xué)習(xí)中心；采用LMS算法獲得權(quán)值。其中，K-均值聚類算法的具體步驟如下第一步，初始化聚類中心，即根據(jù)經(jīng)驗從訓(xùn)練樣本集中隨機的選取N個樣本作為初始中心Ti(O) (i = 1,2, . . . , N),設(shè)置迭代步數(shù)η = O。第二步，隨機輸入訓(xùn)練樣本心Χκ。第三步，尋找訓(xùn)練樣本Xk離哪個中心最近，即找到i (Xk)使其滿足i (Xk) = argmin| Xk-T1 (η) I, i = 1,2, ···, N ;式中Ti(Ii),是第η次迭代時基函數(shù)的第i個中心。第四步，調(diào)整中心公式
Τ(η + ) = \Τι{'η"> + η^Χκ⑷—T'⑷]’當(dāng)i=i (義人,)
' ~|Un),其他
第五步，判斷是否學(xué)完所有的訓(xùn)練樣本且中心分布不在變化，是則結(jié)束，否則η =η+1轉(zhuǎn)到第二步。最后得到的Ti(Ii)即為RBF網(wǎng)絡(luò)最終的基函數(shù)的中心?；瘮?shù)方差確定:沒1 = ^2 =L = ΘΝ -N為隱單元個數(shù)，Hfflax為所選取中心之間的最大距離。
權(quán)利要求
1.一種圓柱結(jié)構(gòu)非晶合金變壓器鐵心及其振動監(jiān)測方法，其特征在于所采用的技術(shù)方案包括以下內(nèi)容 (I)一種新型圓柱結(jié)構(gòu)非晶合金變壓器鐵心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能有效地增大疊片系數(shù)，填充率，降低生產(chǎn)成本；(2)采用軟測量技術(shù)實現(xiàn)變壓器振動信息的在線監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述，其特征在于變壓器鐵心成階梯型圓柱結(jié)構(gòu)，由高導(dǎo)磁拉板和寬度分別為213mm、170mm、142mm的3種非晶合金帶材構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述，其特征在于圓形鐵心主級采用高導(dǎo)磁材料作為拉板，虛擬增加一級鐵心，提高材料利用率，使變壓器成本大大降低。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述，其特征在于圓形鐵心主級兩側(cè)成對稱分布，依次為寬度為213mm、170mm、142mm的非晶合金帶材。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述，其特征在于高導(dǎo)磁拉板和3種非晶合金帶材按照一定的比例組合成階梯圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述，其特征在于采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建軟測量模型，可以實現(xiàn)在線監(jiān)測的振動信息包括振動幅值和振動頻率等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述，其特征在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇的基本變量有額定電壓、電流，額定容量，頻率，磁通，漏磁，負(fù)載電流，電流密度，電場強度，磁場強度，損耗比，鐵心直徑，電阻率，環(huán)境溫度，繞組系數(shù)，負(fù)載系數(shù)等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6，7所述，其特征在于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層有2個神經(jīng)元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述，其特征在于RBF網(wǎng)絡(luò)的基函數(shù)采用高斯函數(shù)；基函數(shù)的學(xué)習(xí)中心用K-均值聚類算法獲得；權(quán)值的學(xué)習(xí)采用LMS算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓柱結(jié)構(gòu)非晶合金變壓器鐵心及其振動監(jiān)測方法，屬于變壓器設(shè)計制造與信號監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。非晶合金變壓器鐵心是階梯型圓柱結(jié)構(gòu)，由高導(dǎo)磁拉板和寬度分別為213mm、170mm、142mm的3種非晶合金帶材構(gòu)成。圓形鐵心主級采用高導(dǎo)磁材料作為拉板，虛擬增加一級鐵心；圓形鐵心主級兩側(cè)成對稱分布，依次為寬度為213mm、170mm、142mm的非晶合金帶材。高導(dǎo)磁拉板和3種非晶合金帶材按照一定的比例組合使鐵心橫截面成階梯圓形。并且本發(fā)明采用軟測量技術(shù)，通過捕獲變壓器實時的電壓，電流，磁通，漏磁等相關(guān)信息構(gòu)建RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實現(xiàn)振動信息的在線監(jiān)測。本發(fā)明成果主要應(yīng)用于中高壓電力系統(tǒng)中。
文檔編號G01H17/00GK102969127SQ20121046470
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者李 杰, 廖志凌, 洪振興 申請人:江蘇宏安變壓器有限公司