基于乙烯信号的变压器检测方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本技术涉及电力设备领域，特别是涉及一种基于乙烯信号的变压器检测方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.随着电力工业的迅速发展和电网规模的扩大，对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求，变压器在电力系统中的地位举足轻重，是电力系统中最重要的电气设备之一，其运行的安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。近年发生多起变压器事故也为我国电力系统敲响了警钟。因此，提高变压器特别是大型电力变压器运行的可靠性对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。
3.变压器的绝缘油和各种绝缘材料运行状态对变压器本身具有至关重要的影响，当运行的温度升高，变压器的绝缘油和绝缘材料将遭受一定程度的老化和气体挥发，并加速变压器老化寿命折减，如何根据这些挥发的气体进行反向变压器运行状态的推算，是现有技术所无法克服的。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于乙烯信号的变压器检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种基于乙烯信号的变压器检测方法，该方法包括以下步骤：
6.往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
7.将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
8.根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
9.进一步的，所述往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系，包括：
10.分别往怀特池中通入高浓度乙烯和低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波；
11.对所述二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯气体所对应的频率，并根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算频率；
12.根据频谱上高浓度气体频率对应的幅值较大，低浓度气体频率对应幅值显著减小，进行乙烯频率的确定。
13.进一步的，所述往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系，还包括：
14.根据确定的乙烯频率，在matlab中的滤波器设计工具中进行巴特沃斯滤波器的设计；
15.根据巴特沃斯滤波器的参数通带频率、阻带频率、通带衰减以及阻带衰减，进行滤波器系数的提取；
16.将确定的乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；
17.根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
18.进一步的，所述根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息，包括：
19.获取将变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化环境因素作用下老化情况；
20.根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息。
21.另一方面，本发明实施例还提供了一种基于乙烯信号的变压器检测系统，包括：
22.关系确定模块，用于往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
23.浓度计算模块，用于将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
24.故障分析模块，用于根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
25.进一步的，所述关系确定模块包括频率处理单元，所述频率处理单元用于：
26.分别往怀特池中通入高浓度乙烯和低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波；
27.对所述二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯气体所对应的频率，并根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算频率；
28.根据频谱上高浓度气体频率对应的幅值较大，低浓度气体频率对应幅值显著减小，进行乙烯频率的确定。
29.进一步的，所述关系确定模块还包括滤波优化单元，所述滤波优化单元用于：
30.根据确定的乙烯频率，在matlab中的滤波器设计工具中进行巴特沃斯滤波器的设计；
31.根据巴特沃斯滤波器的参数通带频率、阻带频率、通带衰减以及阻带衰减，进行滤波器系数的提取；
32.将确定的乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；
33.根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
34.进一步的，所述故障分析模块包括气体评估单元，所述气体评估单元用于：
35.获取将变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化环境因素作用下老化情况；
36.根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息。
37.本发明实施例还提供了一种计算机设备，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计算机程序时实现以下步骤：
38.往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
39.将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
40.根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
41.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
42.往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
43.将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
44.根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
45.上述基于乙烯信号的变压器检测方法、装置、计算机设备和存储介质，包括：往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。将巴特沃斯滤波器与tdlas的信号处理相结合，利用巴特沃斯滤波器通带内平坦的、阻带中衰减快的优点，采用先高通再低通的双重滤波方式，综合降低二次谐波中噪声对吸收峰的影响。经巴特沃斯滤波器滤波后的二次谐波不会出现混叠峰、干扰峰等现象，十分有利于吸收峰的特征提取，且稳定性显著增强。使得对最终乙烯的检测变得十分精确，进而使得变压器的故障分析更加合理，同时避免了机械检测对变压器的正常运行进行的干扰。
附图说明
46.图1为一个实施例中基于乙烯信号的变压器检测方法的流程示意图；
47.图2为一个实施例中确定乙烯频率的流程示意图；
48.图3为一个实施例中对气体进行滤波优化处理的流程示意图；
49.图4为一个实施例中根据乙烯进行故障评估的流程示意图；
50.图5为一个实施例中基于乙烯信号的变压器检测系统的结构框图；
51.图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
52.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
53.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于乙烯信号的变压器检测方法，包括以下步骤：
54.步骤101，往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸
收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
55.步骤102，将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
56.步骤103，根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
57.具体地，本实施例场景是变压器油光谱在线监测仪，变压器油光谱在线监测仪是对变压器中的油进行加热，分离出溶解在油中的气体(乙烯即是其中之一)，再利用tdlas技术对气体的浓度进行测量，通过气体浓度推测变压器可能隐藏的故障。tdlas技术是通过对二极管激光器施加调谐信号实现波长扫描，获得气态物质吸收谱线从而推算其成分和状态信息的技术，广泛应用于工业及环境领域的气体检测。在实际检测过程中，通常采用二次谐波中气体吸收峰的峰峰值作为浓度计算的依据，通过提前往怀特池中通入已知浓度气体，计算得出二次谐波气体吸收峰的峰峰值与浓度之间的一次关系。在需要测量未知浓度气体时，则其二次谐波峰峰值与此关系进行计算即可反推浓度。所以在tdlas实现过程中准确找到气体吸收峰是浓度测量精准的首要。
58.此外，将巴特沃斯滤波器与tdlas的信号处理相结合，利用巴特沃斯滤波器通带内平坦的、阻带中衰减快的优点，采用先高通再低通的双重滤波方式，综合降低二次谐波中噪声对吸收峰的影响。经巴特沃斯滤波器滤波后的二次谐波不会出现混叠峰、干扰峰等现象，十分有利于吸收峰的特征提取，且稳定性显著增强。使得对最终乙烯的检测变得十分精确，进而使得变压器的故障分析更加合理，同时避免了机械检测对变压器的正常运行进行的干扰。
59.在一个实施例中，如图2所示，确定乙烯频率的流程包括：
60.步骤201，分别往怀特池中通入高浓度乙烯和低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波；
61.步骤202，对所述二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯气体所对应的频率，并根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算频率；
62.步骤203，根据频谱上高浓度气体频率对应的幅值较大，低浓度气体频率对应幅值显著减小，进行乙烯频率的确定。
63.具体地，分别往怀特池中通入高浓度乙烯与低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波。将所得二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯所对应的频率，且可根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算出大致的频率。为确保选取的乙烯频率准确，此处可多次测试观察，从频谱上看，高浓度某频率对应的幅值较大，而低浓度该频率所对应幅值显著减小，则可认定此频率为乙烯的频率。
64.在一个实施例中，如图3所示，对气体进行滤波优化处理的流程包括：
65.步骤301，根据确定的乙烯频率，在matlab中的滤波器设计工具中进行巴特沃斯滤波器的设计；
66.步骤302，根据巴特沃斯滤波器的参数通带频率、阻带频率、通带衰减以及阻带衰减，进行滤波器系数的提取；
67.步骤303，将确定的乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；
68.步骤304，根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通
滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
69.具体地，为了改善低浓度情况下二次谐波的波形，使得峰峰值易于寻找且稳定，本实施例提出一种将巴特沃斯滤波器与tdlas数字信号处理相结合的方法。传统滤波器通常利用硬件实现，处理速度快，但是滤波的灵活性不够。数字滤波又称软件滤波，是运用数学计算抑制或去除数字信号中的噪声，保留有效信号的数据处理过程。低通滤波器只允许低于截止频率的信号成分通过，高于截止频率信号成分将得到抑制。低通滤波器是滤波器设计的基础，高通、带通以及带阻滤波器可由低通滤波器频率变换得到。
70.其中，a
pass
为通带衰减，全称通带最大衰减，单位db，与通带波纹之间有如下转换关系：
71.a
pass
＝
‑
20lg(1
‑
δ
pass
)
72.a
stop
为阻带衰减，全称阻带最小衰减，单位db，与阻带波纹的关系如下：
73.a
stop
＝
‑
20lg(δ
stop
)
74.δ
pass
是通带波纹，δ
stop
为阻带波纹，波纹即幅频特性起伏变化的范围。ω
pass
为通带边界频率，通带边界频率处的幅频特性值为1
‑
δ
pass
。ω
stop
为阻带截止频率，阻带截止频率是幅值特性等于阻带波纹处的频率。
75.在低通数字滤波器中，幅频响应在通带内的波动幅度由通带波纹δ
pass
的大小决定。通带波纹δ
pass
越小，通带内滤波器的幅频响应越接近于1，通过滤波器时通带内信号幅值损失越小。阻带波纹δ
stop
越小，阻带内滤波器的幅频响应越接近于0，阻带内信号通过滤波器时衰减得更多，对干扰信号的抑制效果越好。过渡带中的幅频特性单调递减，带宽越小则越接近于理想滤波器。在进行乙烯频率确定过程中，乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；最后根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
76.在一个实施例中，如图4所示，根据乙烯进行故障评估包括：
77.步骤401，获取将变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化环境因素作用下老化情况；
78.步骤402，根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息。
79.具体地，变压器运行中故障主要有机械故障、电故障与热故障三种，其中又以电故障与热故障为主。目前，国内电力系统大部分变压器都采用绝缘油来绝缘与散热。随着长时间的运行，变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化等多因素作用下逐渐老化，并产生少量h2及低分子烃类气体，如ch4、c2h6、c2h4等。co与co2是固定绝缘材料过热分解所产生，而c2h2的产生则代表变压器发送放电故障，故可以通过对油中溶解气体的分析来获取变压器的潜在故障。因此，根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息，进而使得对c2h4测量的准确性与稳定性直接影响着变压器故障识别的结果。
80.应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时
刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
81.在一个实施例中，如图5所示，提供了一种基于乙烯信号的变压器检测系统，包括：
82.关系确定模块501，用于往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
83.浓度计算模块502，用于将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
84.故障分析模块503，用于根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
85.在一个实施例中，如图5所示，所述关系确定模块501包括频率处理单元5011，所述频率处理单元5011用于：
86.分别往怀特池中通入高浓度乙烯和低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波；
87.对所述二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯气体所对应的频率，并根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算频率；
88.根据频谱上高浓度气体频率对应的幅值较大，低浓度气体频率对应幅值显著减小，进行乙烯频率的确定。
89.在一个实施例中，如图5所示，所述关系确定模块501还包括滤波优化单元5012，所述滤波优化单元5012用于：
90.根据确定的乙烯频率，在matlab中的滤波器设计工具中进行巴特沃斯滤波器的设计；
91.根据巴特沃斯滤波器的参数通带频率、阻带频率、通带衰减以及阻带衰减，进行滤波器系数的提取；
92.将确定的乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；
93.根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
94.在一个实施例中，如图5所示，所述故障分析模块503包括气体评估单元5031，所述气体评估单元5031用于：
95.获取将变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化环境因素作用下老化情况；
96.根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息。
97.关于基于乙烯信号的变压器检测系统的具体限定可以参见上文中对于基于乙烯信号的变压器检测方法的限定，在此不再赘述。上述基于乙烯信号的变压器检测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
98.图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。如图6所示，该计算机设备包
括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现基于乙烯信号的变压器检测方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行基于乙烯信号的变压器检测方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
99.本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
100.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，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，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
101.往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
102.将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
103.根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
104.在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
105.分别往怀特池中通入高浓度乙烯和低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波；
106.对所述二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯气体所对应的频率，并根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算频率；
107.根据频谱上高浓度气体频率对应的幅值较大，低浓度气体频率对应幅值显著减小，进行乙烯频率的确定。
108.在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
109.根据确定的乙烯频率，在matlab中的滤波器设计工具中进行巴特沃斯滤波器的设计；
110.根据巴特沃斯滤波器的参数通带频率、阻带频率、通带衰减以及阻带衰减，进行滤波器系数的提取；
111.将确定的乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；
112.根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
113.在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
114.获取将变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化环境因素作用下老化情况；
115.根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息。
116.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算
机程序被处理器执行时实现以下步骤：
117.往怀特池中通入已知浓度的乙烯气体，计算得出乙烯的二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度之间的一次关系；
118.将变压器中的分离出溶解在油中的乙烯气体，利用tdlas技术对乙烯气体的浓度进行检测，根据二次谐波气体吸收峰的峰值与浓度关系反推乙烯气体浓度；
119.根据推算的乙烯气体浓度，确定变压器的故障信息。
120.在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
121.分别往怀特池中通入高浓度乙烯和低浓度乙烯，并分别提取出二次谐波；
122.对所述二次谐波进行频谱分析，选取出乙烯气体所对应的频率，并根据高浓度情况下乙烯的吸收峰宽度计算频率；
123.根据频谱上高浓度气体频率对应的幅值较大，低浓度气体频率对应幅值显著减小，进行乙烯频率的确定。
124.在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
125.根据确定的乙烯频率，在matlab中的滤波器设计工具中进行巴特沃斯滤波器的设计；
126.根据巴特沃斯滤波器的参数通带频率、阻带频率、通带衰减以及阻带衰减，进行滤波器系数的提取；
127.将确定的乙烯频率作为通带频率，先通过高通滤波器，再通过低通滤波器的双重滤波方式进行滤波；
128.根据锁相放大器提取出的二次谐波，将所述二次谐波通过巴特沃斯高通滤波器及低通滤波器，得出滤波之后的二次谐波。
129.在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
130.获取将变压器中的绝缘油与固体绝缘材料中在温度、电场、氧化环境因素作用下老化情况；
131.根据乙烯在不同种类混合气体下，变压器的各种运行状态，确定乙烯在不同浓度下对应的变压器故障信息。
132.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计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
133.以上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。
134.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，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，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。