变压器的绕组状态检测方法和系统与流程

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种变压器的绕组状态检测方法和系统。

背景技术：

变压器时电力系统中十分重要和昂贵的设备之一。它的运行状况不仅影响其本身的安全，而且影响着整个电力系统运行的稳定性和可靠性。长期以来，变压器的安全、可靠运行一直受到电力运行和管理部门的普遍重视，这也是系统安全、稳定和经济运行的重要指标。随着国民经济的快速发展，人们对电的需求越来越大，变压器所发挥的作用也日益重要，并且朝着电压等级和容量更大的方向发展。

变压器的绕组在其发生短路故障时将受到巨大的短路力作用，绕组在此力作用下会很容易发生变形、垮塌等损坏，给变压器的稳定运行造成潜在的安全隐患。故近年来国内外对变压器绕组变形的诊断方法进行大量研究，目前主要有短路阻抗发、频率响应法、低压脉冲法、溶解气体法等等，然而上述传统的变压器的绕组状态检测方法一般仅可用于离线检测；而在实际使用过程中，变压器一般需要持续运行，停运检测难以实现，容易影响针对变压器绕组进行变形状态检测的效果。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统方案容易影响针对变压器绕组进行变形状态检测效果的技术问题，提供一种变压器的绕组状态检测方法和系统。

一种变压器的绕组状态检测方法，包括如下步骤：

采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，根据所述测试振动信号生成所述变压器的第一频域序列矩阵；

采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，根据所述运行振动信号生成所述变压器的第二频域序列矩阵；

将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵；

计算所述相关系数矩阵的∞范数值s，以及所述幅值系数矩阵的∞范数值f；

根据所述∞范数值s和∞范数值f检测变压器的绕组状态。

一种变压器的绕组状态检测系统，包括：

第一采集模块，用于采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，根据所述测试振动信号生成所述变压器的第一频域序列矩阵；

第二采集模块，用于采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，根据所述运行振动信号生成所述变压器的第二频域序列矩阵；

分析模块，用于将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵；

计算模块，用于计算所述相关系数矩阵的∞范数值s，以及所述幅值系数矩阵的∞范数值f；

检测模块，用于根据所述∞范数值s和∞范数值f检测变压器的绕组状态。

上述变压器的绕组状态检测方法和系统，可以采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，生成变压器的第一频域序列矩阵；采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，生成变压器的第二频域序列矩阵；再将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵；以便计算所述相关系数矩阵的∞范数值s，以及所述幅值系数矩阵的∞范数值f；根据所述∞范数值s和∞范数值f检测变压器的绕组状态；上述变压器的绕组状态可以依据变压器的出厂数据(第一频域序列矩阵)和工作过程中的运行数据(第二频域序列矩阵)进行相应检测，检测过程所覆盖的数据更为全面，有效提高了变压器绕组变形状态检测的检测效果。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的变压器的绕组状态检测方法。

上述计算机可读存储介质上存储的计算机程序，使变压器的绕组状态可以依据变压器的出厂数据和工作过程中的运行数据进行相应检测，具有较高的检测效果。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的变压器的绕组状态检测方法。

上述计算机设备中，变压器的绕组状态可以依据变压器的出厂数据(第一频域序列矩阵)和工作过程中的运行数据(第二频域序列矩阵)进行相应检测，检测过程所覆盖的数据更为全面，使针对变压器绕组进行变形状态检测的检测效果更高。

附图说明

图1为一个实施例的变压器的绕组状态检测方法流程图；

图2为一个实施例的变压器的绕组状态检测系统结构示意图；

图3为一个实施例的计算机设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的变压器的绕组状态检测方法和系统的具体实施方式作详细描述。

参考图1，图1所示为一个实施例的变压器的绕组状态检测方法流程图，包括如下步骤：

s10，采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，根据所述测试振动信号生成所述变压器的第一频域序列矩阵；

上述初期测试过程可以包括变压器出厂试验过程或者投运初期运行过程。具体地，可以利用相关测振仪器在上述初期测试过程采集变压器在空载和额定负载状态下的原始多点振动信号，以得到相应的测试振动信号。

在一个实施例中，上述初期测试过程包括出厂试验过程或者投运初期运行过程。

本实施例提供的初期测试过程包括出厂试验过程或者投运初期运行过程，这样，在上述初期测试过程中利用相关测振仪器采集变压器在空载和额定负载状态下的原始多点振动信号，可以较为完整的获取变压器的相关出厂振动信号，使所得到的测试振动信号更具准确性和完整性。

作为一个实施例，上述采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，根据所述测试振动信号生成所述变压器的第一频域序列矩阵的过程可以包括：

在初期测试过程中，采集变压器在空载状态下油箱表面的多点振动信号，得到原始空载振动信号序列矩阵xmm，采集变压器在额定负载状态下油箱表面的多点振动信号，得到原始负载振动信号频域序列矩阵ymm；

根据所述原始空载振动信号序列矩阵xmm和原始负载振动信号频域序列矩阵ymm计算第一频域序列矩阵zmm；其中，zmm＝ymm-xmm。

本实施例中，采集变压器在空载状态下油箱表面的多点振动信号后，可以对上述空载状态下采集得到的多点振动信号进行fft(快速傅氏变换)处理，以确定原始空载振动信号序列矩阵xmm；采集变压器在额定负载状态下油箱表面的多点振动信号，可以对上述额定负载状态下采集得到的多点振动信号进行fft处理，以确定原始负载振动信号频域序列矩阵ymm。在上述原始空载振动信号序列矩阵xmm、原始负载振动信号频域序列矩阵ymm、以及第一频域序列矩阵zmm中，下标m表示变压器的油箱表面振动采集面对应的方阵的维数。

s20，采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，根据所述运行振动信号生成所述变压器的第二频域序列矩阵；

具体地，上述步骤可以利用相关测振仪器在上述变压器的实际工作过程中分别采集变压器在空载和额定负载状态下的待测多点振动信号，以得到相应的运行振动信号。

在一个实施例中，上述采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，根据所述运行振动信号生成所述变压器的第二频域序列矩阵的过程可以包括：

在实际工作过程中，采集变压器在空载状态下油箱表面的多点振动信号，得到待测空载振动信号序列矩阵amm，采集变压器在额定负载状态下油箱表面的多点振动信号，得到待测负载振动信号频域序列矩阵bmm；

根据所述原始空载振动信号序列矩阵amm和原始负载振动信号频域序列矩阵bmm计算第二频域序列矩阵cmm；其中，cmm＝bmm-amm。

在实际工作过程中，采集变压器在空载状态下油箱表面的多点振动信号后，可以对上述空载状态下采集得到的多点振动信号进行fft处理，以确定待测空载振动信号序列矩阵amm；采集变压器在额定负载状态下油箱表面的多点振动信号，可以对上述额定负载状态下采集得到的多点振动信号进行fft处理，以确定待测负载振动信号频域序列矩阵bmm。在上述待测空载振动信号序列矩阵amm、待测负载振动信号频域序列矩阵bmm、以及第二频域序列矩阵cmm中，下标m表示变压器的油箱表面振动采集面对应的方阵的维数。

作为一个实施例，在确定待测负载振动信号频域序列矩阵bmm，而难以对待测空载振动信号序列矩阵amm进行准确确定时，可以将上述原始空载振动信号序列矩阵xmm确定为待测空载振动信号序列矩阵amm的近似值，此时，上述第二频域序列矩阵cmm≈bmm-xmm。

s30，将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵；

上述步骤可以分别对第一频域序列矩阵zmm和第二频域序列矩阵cmm进行相关性分析等数据处理，以确定变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵。上述第一频域序列矩阵zmm和第二频域序列矩阵cmm为行数和列数均相等的矩阵，第一频域序列矩阵zmm和第二频域序列矩阵cmm位置相同的一组元素可以对应确定一个期相关系数k以及幅值系数f，根据各组元素对应的期相关系数k可以构建相关系数矩阵，根据各组元素对应的幅值系数f可以构建幅值系数矩阵。

s40，计算所述相关系数矩阵的∞范数值s，以及所述幅值系数矩阵的∞范数值f；

s50，根据所述∞范数值s和∞范数值f检测变压器的绕组状态。

上述步骤可以根据上述∞范数值s和∞范数值f分别所处的范围确定变压器的绕组状态；具体地，若上述∞范数值s大于第一相关系数阈值，且∞范数值f小于第一幅值系数阈值，则可以判定变压器的绕组状态良好；若上述∞范数值s在第二相关系数阈值至第一相关系数阈值这一数值区间上，且∞范数值f在第一幅值系数阈值至第二幅值系数阈值这一数值区间上，则可以判定变压器的绕组状态为轻度松动；若上述∞范数值s在第三相关系数阈值至第二相关系数阈值这一数值区间上，且∞范数值f在第二幅值系数阈值至第三幅值系数阈值这一数值区间上，则可以判定变压器的绕组状态为重度松动；若上述∞范数值s在第四相关系数阈值至第三相关系数阈值这一数值区间上，且∞范数值f在第三幅值系数阈值至第四幅值系数阈值这一数值区间上，则可以判定变压器的绕组状态为扭曲变形；若上述∞范数值s小于第四相关系数阈值，且∞范数值f大于第四幅值系数阈值，则可以判定变压器的绕组状态为短路状态；上述第一相关系数阈值大于第二相关系数阈值，第二相关系数阈值大于第三相关系数阈值，第三相关系数阈值大于第四相关系数阈值，第一相关系数阈值、第二相关系数阈值、第三相关系数阈值和第四相关系数阈值分别可以依据变压器的油箱表面振动采集面对应的方阵维数m确定，上述第四幅值系数阈值大于第三幅值系数阈值，第三幅值系数阈值大于第二幅值系数阈值，第二幅值系数阈值大于第一幅值系数阈值，第一幅值系数阈值、第二幅值系数阈值、第三幅值系数阈值和第四幅值系数阈值分别可以依据变压器的油箱表面振动采集面对应的方阵维数m确定。

具体地，若变压器的油箱表面振动采集面对应的方阵维数m＝3，则上述第一相关系数阈值可以取2.6、第二相关系数阈值可以取2.4、第三相关系数阈值可以取2.15、第四相关系数阈值可以取1.9、第一幅值系数阈值可以取0.26、第二幅值系数阈值可以取0.45、第三幅值系数阈值可以取0.6、第四幅值系数阈值可以取0.75。上述步骤s40可以按照表1检测变压器的绕组状态。

表1

本发明提供的变压器的绕组状态检测方法，可以采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，生成变压器的第一频域序列矩阵；采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，生成变压器的第二频域序列矩阵；再将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵；以便计算所述相关系数矩阵的∞范数值s，以及所述幅值系数矩阵的∞范数值f；根据所述∞范数值s和∞范数值f检测变压器的绕组状态；上述变压器的绕组状态可以依据变压器的出厂数据(第一频域序列矩阵)和工作过程中的运行数据(第二频域序列矩阵)进行相应检测，检测过程所覆盖的数据更为全面，有效提高了变压器绕组变形状态检测的检测效果。

在一个实施例中，上述将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵的过程可以包括：

按照所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵中各元素的排列位置，建立所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵中，位置相同的元素之间的对应关系，得到多组对应元素；

分别计算各组对应元素之间的期相关系数k以及幅值系数f；

根据各个期相关系数k构建相关系数矩阵，根据各个幅值系数f构建幅值系数矩阵。

上述第一频域序列矩阵zmm为m行m列矩阵，第二频域序列矩阵cmmzmm为m行m列矩阵，第一频域序列矩阵zmm和第二频域序列矩阵cmm位置相同的一组元素为一组对应元素，各组对应元素可以对应确定一个期相关系数k以及一个幅值系数f。

作为一个实施例，上述分别计算各组对应元素之间的期相关系数k的过程可以包括：

式中，n(i)表示第i个元素在第一频域序列矩阵或者第二频域序列矩阵中的数值序列长度，具体地，上述数值序列长度可以为第i个元素在第一频域序列矩阵或者第二频域序列矩阵中的数据序号(即第一频域序列矩阵或者第二频域序列矩阵中，前i个元素的数据长度)，p(i)表示第二频域序列矩阵的第i个元素，q(i)表示第一频域序列矩阵的第i个元素，covpq为第i组对应元素之间的协方差，dp为第二频域序列矩阵第i个元素对应的方差，dq为第一频域序列矩阵第i个元素对应的方差。

作为一个实施例，上述分别计算各组对应元素之间的幅值系数f的过程可以包括：

式中，n(i)表示第i个元素在第一频域序列矩阵或者第二频域序列矩阵中的数值序列长度，p(i)表示第二频域序列矩阵的第i个元素，q(i)表示第一频域序列矩阵的第i个元素。

本实施例提供的变压器的绕组状态检测方法，分别计算各组对应元素之间的期相关系数k以及幅值系数f，是根据各个期相关系数k所构建的相关系数矩阵，根据各个幅值系数f所构建的幅值系数矩阵更为准确，从而保证了检测变压器的绕组状态的准确性。

参考图2所示，图2为一个实施例的变压器的绕组状态检测系统结构示意图，包括：

第一采集模块10，用于采集变压器在初期测试过程中的测试振动信号，根据所述测试振动信号生成所述变压器的第一频域序列矩阵；

第二采集模块20，用于采集变压器在实际工作过程中的运行振动信号，根据所述运行振动信号生成所述变压器的第二频域序列矩阵；

分析模块30，用于将所述第一频域序列矩阵和第二频域序列矩阵进行相关性分析，得到变压器的相关系数矩阵和幅值系数矩阵；

计算模块40，用于计算所述相关系数矩阵的∞范数值s，以及所述幅值系数矩阵的∞范数值f；

检测模块50，用于根据所述∞范数值s和∞范数值f检测变压器的绕组状态。

本发明提供的变压器的绕组状态检测系统与本发明提供的变压器的绕组状态检测方法一一对应，在所述变压器的绕组状态检测方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于变压器的绕组状态检测系统的实施例中，特此声明。

基于如上所述的示例，一个实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的变压器的绕组状态检测方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

基于如上所述的示例，参考图3所示，本发明还提供一种计算机设备60，该计算机设备包括存储器61、处理器62及存储在存储器62上并可在处理器61上运行的计算机程序，所述处理器61执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种变压器的绕组状态检测方法。

上述计算机设备60可以包括电脑等智能处理设备。本领域普通技术人员可以理解存储器61存储的计算机程序，与上述变压器的绕组状态检测方法实施例中的描述相对应，处理器62还可用于执行存储器61所存储的其他可执行指令。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。