统向高压绕组注入恒流变频激励信号，所述 的变压器绕组振动频响测试系统由电流传感器、数据采集模块、测控分析模块、恒流变频激 振电源、升压变压器和信号分析显示终端组成，其中，电流传感器与采集变压器高压绕组的 注入电流，并传送至数据采集模块；
[0062] 数据采集模块与振动加速度传感器、电流传感器相连接，对采集到的振动信号、电 流信号进行采集，并传送至测控分析模块；
[0063] 测控分析模块对采集到的振动信号、电流信号进行计算分析，并传送至信号分析 显示终端；
[0064] 恒流变频激振电源与测控分析模块相连接，设置恒流扫频电源的输出参数， 并传送至升压变压器；次数，恒流扫频电源的输出参数为：输出电流为8A，频率范围为 45Hz-310Hz，频率间隔为IHz ;
[0065] 升压变压器与变压器相连接，将恒流变频激励信号施加至变压器的高压绕组。
[0066] Id.测控分析模块判断恒流扫频激振电源输出的激励信号的输出频率是否大于终 止频率，若是则继续增加频率进行试验，否则就停止试验；
[0067] Ie.测控分析模块根据振动信号计算输出与M个测点对应的变压器绕组振动频响 曲线，如图2所不；
[0068] (2)对M个测点的变压器绕组振动频响曲线进行曲线融合，得到变压器绕组的振 动频响融合曲线，所述的M个测点的振动频响曲线的融合方法为：
[0069] 2a.对M个测点的振动频响曲线分别进行归一化处理，所述的归一化处理计算公 式为： CN 105093059 A 说明书 6/7 页
[0073] 式中，ζ.(-Τ)为第i条待归一化的振动频响曲线；Ul为待归一化的振动频响曲线 均值；δ i为待归一化的振动频响曲线方差；N为待归一化的振动频响曲线长度；此处，N = 266 ；
[0074] 2b.将M个测点归一化后的振动频响曲线写成矩阵的形式，记为C，所述的矩阵C 的列数为M，矩阵C的行数为N，矩阵C的表达式为：
[0075]
[0076] 2c.计算矩阵C的自相关矩阵R，计算公式为：
[0077] R=(rij)MXM
[0081] 式中，Flj为矩阵R中的元素；
[0082] 2d.用雅克比法对矩阵R的特征值及特征向量进行计算，并记计算得到的矩阵R的 M个特征值为λ1; λ2，…，λΜ，且满足λ 2彡…彡λ M彡〇,其中，第i个特征值所对应 的特征向量为e;= (e ei2，…，eiM)T, i = 1，2, "·，Μ，本步骤中所述的雅克比法是本领域内 常用的数学方法，因此发明人在此不再进行详细的描述；
[0083] 2e.提取最大特征值λ i所对应的特征向量e i为加权因子，对M个测点对应的M条 振动频响曲线进行曲线融合，所述的融合曲线的表达式为：
[0084] Y = G1Ct= e HCJe21C2+…+eM1CM
[0085] 式中，Y为M条振动频响曲线的振动频响融合曲线；
[0086] (3)计算变压器绕组振动频响融合曲线的奇异谱熵，所述的归一化奇异谱熵的计 算方法为：
[0087] 3a.用嵌入分析窗口（L，1)从绕组振动频响融合曲线的起点开始顺序截取振动频 响融合曲线，其中，L为窗口长度，1为时延常数，此处，L = 200,得到Ν-L+l段数据，将这 Ν-L+l段写成矩阵的形式，此处用矩阵A表示，所述的矩阵A的行数为N-L+1，列数为L，表达 式为
[0088]
[0089] 其中，矩阵A的第i行可表示为
[0090] A (i, :) = Y (i : i+L-1) i = 1, 2, - , Ν-L+l ；
[0091] 3b.对模式矩阵A进行奇异值分解，并记计算得到的矩阵A的Ν-L+l个奇异值为 δ1，δ2，..·，SNU1，且满足 δ?> δ 2多…彡 δ NU1;
[0092] 3c.计算绕组振动频响融合曲线的奇异谱熵，并进行归一化处理，所述的归一化后 的奇异谱熵的计算公式为：
[0096] 式中，H(Y)为绕组振动频响融合曲线的奇异谱熵；为归一化后的奇异谱 熵A为第i个奇异值与全部Ν-L+l个奇异值之和的比值；
[0097] (4)根据变压器绕组振动频响融合曲线的归一化奇异谱熵的变化对绕组状态进 行判别：当奇异谱熵的变化超过10%时，判定变压器的绕组发生变化，此时需要及时进行 检修处理，避免形成重大故障。此处，对测量得到的变压器绕组振动频响融合曲线进行奇 异谱熵计算的结果为0. 4239,之前记录的奇异谱熵结果为0. 4858,发现奇异谱熵的变化为 12. 74%，从而判断变压器绕组发生了变化。通过对变压器进行吊芯检查后发现，变压器A 相绕组的2颗压钉全部松动，验证了本方法的有效性与准确性。
【主权项】
1. 一种基于归一化奇异谱熵的变压器绕组工作状态检测方法，其特征在于，包括下列 步骤： 步骤1、对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的振动频响曲线； 步骤2、对M个测点的变压器绕组振动频响曲线进行曲线融合，得到变压器绕组的振动 频响融合曲线； 步骤3、计算变压器绕组振动频响融合曲线的归一化奇异谱熵； 步骤4、根据振动频响融合曲线的归一化奇异谱熵的变化对绕组状态进行判别：当归 一化奇异谱熵的变化超过10%时，判定变压器的绕组发生变化，此时需要及时进行检修处 理，避免形成重大故障。2. 根据权利要求1所述的一种基于归一化奇异谱熵的变压器绕组工作状态检测方法， 其特征在于，所述的步骤1中的变压器绕组扫频激振试验为： 2a.在变压器油箱壁上放置M个振动加速度传感器； 2b.将变压器的低压绕组进行短接； 2c.利用变压器绕组振动频响测试系统向高压绕组注入恒流变频激励信号，所述的变 压器绕组振动频响测试系统由电流传感器、数据采集模块、测控分析模块、恒流变频激振电 源、升压变压器和信号分析显示终端组成，其中，电流传感器与采集变压器高压绕组的注入 电流，并传送至数据采集模块； 数据采集模块与振动加速度传感器、电流传感器相连接，对采集到的振动信号、电流信 号进行采集，并传送至测控分析模块； 测控分析模块对采集到的振动信号、电流信号进行计算分析，并传送至信号分析显示 终端； 恒流变频激振电源与测控分析模块相连接，设置恒流扫频电源的输出参数，并传送至 升压变压器； 升压变压器与变压器相连接，将恒流变频激励信号施加至变压器的高压绕组； 2d.测控分析模块判断恒流扫频电源输出的恒流扫频激励信号的输出频率是否大于终 止频率，若是则继续增加频率进行试验，若否则停止试验； 2e.测控分析模块根据振动信号计算输出与M个测点对应的变压器绕组振动频响曲 线。3. 根据权利要求1所述的一种基于归一化奇异谱熵的变压器绕组工作状态检测方法， 其特征在于，所述的步骤2中M个测点的振动频响曲线的融合为： 3a.对M个测点的振动频响曲线分别进行归一化处理，所述的归一化公式为：式中，为第i条待归一化的振动频响曲线而为待归一化的振动频响曲线均值； Si为待归一化的振动频响曲线方差；N为待归一化的振动频响曲线长度； 3b.将M个测点归一化后的振动频响曲线写成矩阵的形式，记为C，所述的矩阵C的列 数为M，矩阵C的行数为N，矩阵C的表达式为：3c.计算矩阵C的自相关矩阵R，计算公式为：式中，rij为矩阵R中的元素； 3d.用雅克比法对矩阵R的特征值及特征向量进行计算，并记计算得到的矩阵R的M个 特征值为h，A2，…，AM，且满足A2多…多AM>〇,其中，第i个特征值所对应的 特征向量为e;=(eei2，…，eiM)T,i= 1，2, ???，]?，本步骤中所述的雅克比法是本领域内常 用的数学方法，因此发明人在此不再进行详细的描述； 3e.提取最大特征值A:所对应的特征向量ei为加权因子，对M个测点对应的M条振 动频响曲线进行曲线融合，所述的融合曲线的表达式为： Y-ejC一e…+eM1CM 式中，Y为M条振动频响曲线的振动频响融合曲线。4.根据权利要求1所述的一种基于归一化奇异谱熵的变压器绕组工作状态检测方法， 其特征在于，所述的步骤3中绕组振动频响融合曲线的归一化奇异谱熵的计算为： 4a.用嵌入分析窗口（L，l)从绕组振动频响融合曲线的起点开始顺序截取振动频响融 合曲线，其中，L为窗口长度，1为时延常数，得到N-L+1段数据，将这N-L+1段写成矩阵的形 式，此处用矩阵A表示，所述的矩阵A的行数为N-L+1，列数为L，表达式为其中，矩阵A的第i行可表示为A(i，：）=Y(i:i+L-1)i= 1，2,…，N-L+1 ; 4b.对模式矩阵A进行奇异值分解，并记计算得到的矩阵A的N-L+1个奇异值为61，62，...，6_，且满足 61彡62多一彡6_; 4C.计算绕组振动频响融合曲线的奇异谱熵，并进行归一化处理，所述的归一化后的奇 异谱熵的计算公式为：式中，H(Y)为绕组振动频响融合曲线的奇异谱熵；it为归一化后的奇异谱熵；Pi为第i个奇异值与全部N-L+1个奇异值之和的比值。
【专利摘要】一种基于归一化奇异谱熵的变压器绕组工作状态检测方法，含下列步骤：1、对变压器绕组进行扫频激振试验，获取变压器绕组的振动频响曲线；2、对M个测点的变压器绕组振动频响曲线进行曲线融合，得到变压器绕组的振动频响融合曲线；3、计算变压器绕组振动频响融合曲线的归一化奇异谱熵；4、根据振动频响融合曲线的归一化奇异谱熵的变化对绕组状态进行判别：当归一化奇异谱熵的变化超过10％时，判定变压器的绕组发生变化，此时需要及时进行检修处理，避免形成重大故障。本发明可以实现变压器绕组状态诊断，高效、灵敏地检测出变压器绕组的变化情况；同时，通过将不同测点的振动频响曲线进行融合，可以尽可能地将测量误差对判断结果的影响降到最低。
【IPC分类】G01R31/06
【公开号】CN105093059
【申请号】CN201510531014
【发明人】钱国超, 于虹, 邹德旭, 颜冰, 金之俭, 王丰华, 王绍菁
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院, 上海交通大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月26日