本發(fā)明涉及變壓器評估，具體涉及一種變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法。

背景技術(shù)：

1、變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣設備，變壓器的安全穩(wěn)定運行對保障電力系統(tǒng)供電可靠性具有重要意義。然而，根據(jù)國家能源局和中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的《2023年全國電力可靠性年度報告》，變壓器故障導致的強迫停運率在十一類主要輸變電設施中居首位，說明變壓器健康狀態(tài)管理依然形式嚴峻，凸顯了發(fā)展變壓器狀態(tài)在線評估和故障診斷技術(shù)的必要性和緊迫性。

2、變壓器振動分析是一種非侵入式的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，通過測量和分析變壓器箱體表面的振動信號，可實時評估變壓器運行狀況。然而，變壓器振動分析仍然有許多問題亟待解決。其中，最為突出的問題之一是變壓器振動影響因素眾多，不僅包括了電壓波動、負載和功率因數(shù)變化等運行工況，還包括了溫度、含水量、材料老化等非故障因素。另一個潛在的問題是變壓器箱體表面各處振動模式差異巨大，而如何選取最佳測點目前暫無定論。這使得現(xiàn)有的基于變壓器振動分析評估變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)的方法存在評估結(jié)果準確性易受傳感器安裝位置、運行工況、環(huán)境溫度等因素影響的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種評估結(jié)果準確性不受運行工況和非故障因素影響的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，包括如下步驟：s1、獲取變壓器箱體表面的振動信號并進行去噪；s2、對去噪后的振動信號進行頻域分析，提取基頻分量幅值；s3、以變壓器箱體表面三個測點的基頻分量幅值作為三個頂點構(gòu)成振型三角形，采用振型三角形所在平面的法向量作為振型三角形的本征特征；s4、計算待評估本征特征與基準本征特征之間的夾角，并根據(jù)所述夾角的大小評估變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)；其中所述夾角的大小表征待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)與正常狀態(tài)變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)的相似程度，夾角越小則相似程度越高。

3、進一步地，步驟s1中采用低通濾波器濾除振動信號中的高頻噪聲。更進一步地，步驟s1中采用4階巴特沃斯低通濾波器濾除所述高頻噪聲，其中濾波器增益 g與頻率 ω的關(guān)系如下：

4、

5、其中，為截止頻率。

6、進一步地，步驟s2具體包括：對去噪后的振動信號進行快速傅里葉變換，獲得對應的頻域信號，并從頻域信號中提取各測點的基頻分量幅值。

7、進一步地，步驟s3中所述三個測點分別位于 x、 y、 z坐標軸上，記所述三個測點的基頻分量幅值分別為、、，則所述振型三角形的三個頂點坐標分別為、、；所述振型三角形的本征特征為：

8、。

9、進一步地，步驟s4通過如下公式計算待評估本征特征與基準本征特征之間的夾角 θ：

10、

11、其中，和分別為兩個振型三角形的法向量，所述兩個振型三角形分別指正常狀態(tài)變壓器的基準振型三角形和待評估振型三角形。

12、進一步地，步驟s4中，若所述夾角超過預設閾值則判斷變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)異常，若夾角未超過預設閾值則判斷變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)正常。

13、進一步地，步驟s4中，當計算出的夾角 θ滿足時，判斷待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)正常；當時，判斷待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)為輕微缺陷；當時，判斷待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)為故障。

14、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時，能實現(xiàn)前述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法的步驟。

15、本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，從變壓器振動信號中提取只與變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)而與運行工況、非故障因素、傳感器安裝位置無關(guān)的本征特征，該本征特征能夠準確反映變壓器的機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使得本發(fā)明的評估方法對變壓器狀態(tài)分析結(jié)果的準確性、可靠性和泛化性得以提高；同時，只需通過比較待評估本征特征和基準本征特征的相似程度即可實現(xiàn)變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估，方法具備出色的可操作性。

技術(shù)特征：

1.一種變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s1中采用低通濾波器濾除振動信號中的高頻噪聲。

3.如權(quán)利要求2所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s1中采用4階巴特沃斯低通濾波器濾除所述高頻噪聲，其中濾波器增益g與頻率ω的關(guān)系如下：

4.如權(quán)利要求1所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s2具體包括：對去噪后的振動信號進行快速傅里葉變換，獲得對應的頻域信號，并從頻域信號中提取各測點的基頻分量幅值。

5.如權(quán)利要求1所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s3中所述三個測點分別位于x、y、z坐標軸上，記所述三個測點的基頻分量幅值分別為、、，則所述振型三角形的三個頂點坐標分別為、、；

6.如權(quán)利要求1所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s4通過如下公式計算待評估本征特征與基準本征特征之間的夾角θ：

7.如權(quán)利要求1所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s4中，若所述夾角超過預設閾值則判斷變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)異常，若夾角未超過預設閾值則判斷變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)正常。

8.如權(quán)利要求1所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法，其特征在于，步驟s4中，當計算出的夾角θ滿足時，判斷待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)正常；當時，判斷待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)為輕微缺陷；當時，判斷待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)為故障。

9.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執(zhí)行時，能實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法及計算機可讀存儲介質(zhì)，包括如下步驟：S1、獲取變壓器箱體表面的振動信號并進行去噪；S2、對去噪后的振動信號進行頻域分析，提取基頻分量幅值；S3、以變壓器箱體表面三個測點的基頻分量幅值作為三個頂點構(gòu)成振型三角形，采用振型三角形所在平面的法向量作為振型三角形的本征特征；S4、計算待評估本征特征與基準本征特征之間的夾角，并根據(jù)所述夾角的大小評估變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)；其中所述夾角的大小表征待評估時刻的變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)與正常狀態(tài)變壓器機械結(jié)構(gòu)狀態(tài)的相似程度，夾角越小則相似程度越高。

技術(shù)研發(fā)人員：尹芳輝,饒召偉,聶思宇,趙一暉
受保護的技術(shù)使用者：清華大學深圳國際研究生院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30