一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法及系统与流程

1.本发明涉及变压器运行状态检测领域，具体涉及一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法及系统。


背景技术：

2.变压器数量庞大、电压等级与结构类型繁多。随着运行时间的增长，其事故概率也相应升高。变压器故障容易引起大面积停电事故，给电力系统和国民经济带来难以估量的损失。铁心是变压器器身中最主要部件之一，铁心松动故障占变压器总事故的比例很大，因此需要一种能够准确判断变压器铁心松动的方法。目前，现场主要依靠变压器空载损耗测试诊断铁心是否存在松动故障，利用空载损耗的横向对比判断铁心松动的程度。该方法需要改变变压器运行状态，而且连接电压、电流互感器等复杂测试设备，测试周期长且测试过程存在安全风险。随着电网规模的增大，这类依靠以人力为主的传统检测方法，已无法满足迅猛增长的变压器安全运行需求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法及系统，本发明能够在变压器不停运条件下有效检测变压器绕组变形状态的方法，具有不接触带电设备、可实现带电检测、测试方便高效的优点。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
5.一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法，包括：
6.1)检测被检测变压器的检测声音信号；
7.2)从检测声音信号中分离出铁芯的检测声音信号；
8.3)获取铁芯的检测声音信号频谱；
9.4)计算铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度；
10.5)根据铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度来判断被检测变压器是否发生铁芯松动。
11.可选地，步骤2)中从检测声音信号中分离出铁芯的检测声音信号具体是指利用基于互信息的非线性盲源分离方法misep将检测声音信号分离出绕组的检测声音信号和铁芯的检测声音信号。
12.可选地，步骤3)中获取铁芯的检测声音信号频谱是指采用快速傅里叶变化方法获取铁芯的检测声音信号的单边幅度频谱。
13.可选地，步骤4)中计算铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度的函数如下：
[0014][0015]
上式中，r为相似度，n为铁芯的检测声音信号频谱x以及正常的铁芯的声音信号频
谱y包含的数据点数量，xi为铁芯的检测声音信号频谱x的第i个数据点的值，xi为正常的铁芯的声音信号频谱y的第i个数据点的值，为铁芯的检测声音信号频谱x的平均值，为正常的铁芯的声音信号频谱y的平均值，σ
x
为铁芯的检测声音信号频谱x的标准差，σy为正常的铁芯的声音信号频谱y的标准差。
[0016]
可选地，步骤5)中根据铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度来判断被检测变压器是否发生铁芯松动是指：若铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度小于设定阈值，则判定被检测变压器发生铁芯松动。
[0017]
可选地，所述设定阈值为0.95。
[0018]
可选地，步骤4)之前还包括获取正常的铁芯的声音信号频谱的步骤：
[0019]
s1)检测正常的变压器的检测声音信号；
[0020]
s2)从检测声音信号中分离出铁芯的检测声音信号；
[0021]
s3)获取铁芯的检测声音信号频谱，从而得到正常的铁芯的声音信号频谱。
[0022]
此外，本发明还提供一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。
[0023]
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序用于被计算机设备执行以实施所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。
[0024]
和现有技术相比，本发明利用声音检测判断变压器铁心松动的方法具有下述优点：
[0025]
1、本发明能够在变压器不停运条件下检测出变压器的铁心松动状态，可实现带电检测；
[0026]
2、本发明与带电设备不存在电接触，安全性较高；
[0027]
3、本发明检测过程较短，检测效率更高。
[0028]
本发明利用声音检测判断变压器铁心松动的系统为本发明利用声音检测判断变压器铁心松动的方法对应的系统，其同样也具有本发明利用声音检测判断变压器铁心松动的方法的前述优点，在此不再赘述。
附图说明
[0029]
图1是本发明实施例一方法的实现流程示意图。
[0030]
图2是本发明实施例一中正常运行变压器2路时域声音信号波形。
[0031]
图3是本发明实施例一中分离出的正常运行变压器绕组与铁心声音信号波形。
[0032]
图4是本发明实施例一中铁心松动条件下变压器2路时域声音信号波形。
[0033]
图5是本发明实施例一中分离出的铁心松动条件下变压器绕组与铁心声音信号波形。
[0034]
图6是本发明实施例一中正常运行变压器铁心声音信号单边幅度频谱。
[0035]
图7是本发明实施例一中铁心松动条件下变压器铁心声音信号单边幅度频谱。
具体实施方式
[0036]
实施例一：
[0037]
如图1所示，本实施例利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法包括：
[0038]
1)检测被检测变压器的检测声音信号；
[0039]
2)从检测声音信号中分离出铁芯的检测声音信号；
[0040]
3)获取铁芯的检测声音信号频谱；
[0041]
4)计算铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度；
[0042]
5)根据铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度来判断被检测变压器是否发生铁芯松动。
[0043]
本实施例中，步骤4)之前还包括获取正常的铁芯的声音信号频谱的步骤：
[0044]
s1)检测正常的变压器的检测声音信号；
[0045]
s2)从检测声音信号中分离出铁芯的检测声音信号；
[0046]
s3)获取铁芯的检测声音信号频谱，从而得到正常的铁芯的声音信号频谱。
[0047]
本实施例中，步骤s1)采用数据同步采集卡检测2路或2路以上的变压器声音信号，数据采集卡为丹麦b&k公司3053型多通道数据采集卡，采样率为4096hz，采用该采集卡对变压器进行2路声音信号采集，采样时间为0.1s。正常运行变压器时域声音信号波形如图2所示。由于采集到的声音是变压器绕组与铁心声音的叠加，因此，由图2中难以对变压器绕组与铁心声音信号进行有效区分。
[0048]
变压器声音信号主要由绕组声音与铁心声音叠加组成，主要集中在50hz整数倍频率上。铁心声音主要来源于磁致伸缩以及叠片间的电磁力引起的振动，声音频率一般集中在100hz、200hz、300hz等多个频率上。变压器绕组声音由线匝间周期性电动力引起的振动产生，正常情况下声音频率以100hz为主。通常，变压器绕组与铁心声音信号存在相同的频率成分，二者存在相关性，而且相同频率成分越多，相关性越强。由于盲源分离方法建立在信号相互独立的基础上，因此，对于存在相同频率成分的相关信号直接采用常规盲源分离方法效果不佳。本实施例步骤s2)利用基于互信息的非线性盲源分离方法(misep)对图2中的2路正常运行变压器声音信号进行分析，从中分离出单独的变压器绕组与铁心声音信号，如图3所示。步骤s3)中获取铁芯的检测声音信号频谱是指采用快速傅里叶变化方法获取铁芯的检测声音信号的单边幅度频谱，对图3中的铁心声音信号进行频谱分析，获得正常运行变压器铁心声音信号的单边幅度频谱如图6所示。
[0049]
本实施例中，步骤1)采用丹麦b&k公司3053型多通道数据采集卡，采样率为4096hz，采用该采集卡对铁心松动条件下变压器进行2路声音信号采集，采样时间为0.1s，如图4所示。由图4中难以对变压器绕组与铁心声音信号进行有效区分。
[0050]
本实施例中，步骤2)中从检测声音信号中分离出铁芯的检测声音信号具体是指利用基于互信息的非线性盲源分离方法misep将检测声音信号分离出绕组的检测声音信号和铁芯的检测声音信号。需要说明的是，基于互信息的非线性盲源分离方法misep为实现绕组的检测声音信号和铁芯的检测声音信号分离的现有算法，本实施例中仅仅涉及基于互信息的非线性盲源分离方法misep的应用，并不涉及基于互信息的非线性盲源分离方法misep的改进，因此对于基于互信息的非线性盲源分离方法misep的实现细节在此不再详述。利用基于互信息的非线性盲源分离方法misep对图4中的2路检测声音信号进行分析，从中分离出
单独的变压器绕组与铁心声信号，如图5所示。
[0051]
本实施例中，步骤3)中获取铁芯的检测声音信号频谱是指采用快速傅里叶变化方法获取铁芯的检测声音信号的单边幅度频谱。对图5中的铁心声音信号进行频谱分析，铁心松动条件下的变压器铁心声信号的单边幅度频谱如图7所示。铁心声音信号主要集中在100hz、200hz、300hz、400hz等频率分量上。
[0052]
本实施例中，步骤4)中计算铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度的函数如下：
[0053][0054]
上式中，r为相似度，n为铁芯的检测声音信号频谱x以及正常的铁芯的声音信号频谱y包含的数据点数量，xi为铁芯的检测声音信号频谱x的第i个数据点的值，xi为正常的铁芯的声音信号频谱y的第i个数据点的值，为铁芯的检测声音信号频谱x的平均值，为正常的铁芯的声音信号频谱y的平均值，σ
x
为铁芯的检测声音信号频谱x的标准差，σy为正常的铁芯的声音信号频谱y的标准差。
[0055]
本实施例中，步骤5)中根据铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度来判断被检测变压器是否发生铁芯松动是指：若铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度小于设定阈值，则判定被检测变压器发生铁芯松动。
[0056]
作为一种可选的实施方式，本实施例中设定阈值为0.95。计算图6正常运行变压器铁心声音信号的单边幅度频谱与图7铁心松动条件下的变压器铁心声信号的单边幅度频谱的相似度r＝0.9127。由于正常运行变压器铁心声音信号的单边幅度频谱与铁心松动条件下的变压器铁心声信号的单边幅度频谱的相似度为0.9127，该数值低于0.95。因此，判断铁心发生了松动，判断结果与实际情况相符。
[0057]
综上所述，本实施例方法包括检测正常运行变压器声音信号；从正常运行变压器声音信号中分离出单独的变压器绕组与铁心声音信号；检测铁心松动条件下的变压器声音信号；从铁心松动条件下的变压器声音信号中分离出单独的变压器绕组与铁心声信号；对分离出的正常运行变压器铁心声音信号、铁心松动条件下的变压器铁心声信号分别进行频谱分析；计算正常运行变压器铁心声音信号频谱与铁心松动条件下的变压器铁心声信号频谱之间的相似度；根据相似度判断变压器铁心松动状态。本实施例方法能够在变压器不停运条件下有效检测变压器铁心松动状态，具有不接触带电设备、可实现带电检测、测试方便高效的优点。
[0058]
此外，本实施例还提供一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序用于被计算机设备执行以实施所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。
[0059]
实施例二：
[0060]
本实施例为实施例一的进一步改进。在实施例一的基础上，为了进一步通过多检
测声音信号来提高检测的准确度，本实施例步骤1)中检测被检测变压器的检测声音信号时，包括获得被检测变压器的多路检测声音信号；步骤5)中根据铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度来判断被检测变压器是否发生铁芯松动是指：若任意一个铁芯的检测声音信号频谱、正常的铁芯的声音信号频谱之间的相似度小于设定阈值，则判定被检测变压器发生铁芯松动。
[0061]
此外，本实施例还提供一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序用于被计算机设备执行以实施所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。
[0062]
实施例三：
[0063]
本实施例为实施例一的进一步改进。在实施例一的基础上，本实施例步骤s1)中检测被检测变压器的检测声音信号时，包括获得被检测变压器的多路检测声音信号；步骤s3)还包括对得到的多个正常的铁芯的声音信号频谱取均值以作为最终得到的正常的铁芯的声音信号频谱的步骤。通过上述方法通过多检测声音信号的方式，可通过多检测声音信号来提高检测正常的铁芯的声音信号频谱的准确度。
[0064]
此外，本实施例还提供一种利用声音检测判断变压器铁芯松动的系统，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序用于被计算机设备执行以实施所述利用声音检测判断变压器铁芯松动的方法的步骤。
[0065]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0066]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施
例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。