专利名称：一种基于电-振动模型的电力变压器故障诊断方法
技术领域：
本发明属于电力设备故障检测技术领域，具体涉及一种基于电-振动模型的电力变压器故障诊断方法。
背景技术：
电力变压器稳定运行时，铁芯的振动主要来自铁磁材料的磁致伸缩现象，而绕组的振动则是由通电绕组在漏磁场中受到电磁力作用产生。绕组和铁芯的振动通过变压器内部连接固件传递和绝缘油传递两种方式传递到变压器油箱表面，在油箱表面产生振动。因此，通过对变压器油箱表面的振动测量和分析处理可以监测变压器绕组和铁芯的状态和故障信息。基于振动分析法的在线监测系统与整个电力系统没有电气连接，对电力系统的正常运行没有任何影响，从而可以快速、安全、可靠地达到变压器在线状态监测与故障诊断的目的。将变压器视作一个整体建立其电-振动模型，利用模型监测诊断变压器状态被认为是振动分析法的有效方法之一。这方面的研究工作最早可回溯到80年代MIT (麻神理工)的Lavalle的论文，他在文中根据绕组振动特性提出了一种简化的绕组振动模型，模型建立了振动谐波成分与电流谐波成分平方的关系，通过对实验变压器进行多次实验测量估计出模型系数，用建立的模型判断绕组松动故障。之后，MIT的McCarthy在Lavalle的工作基础上，进一步完善了模型，将铁芯振动、铁芯温度、绕组温度、系统相位信息等因素加入到了模型中，系数中还引入了各电流谐波成分在绕组不同温度条件下对振动输出的影响。Garcia B.等在MIT模型基础上，考虑绕组与铁芯振动机理和油温对振动模型的影响提出了基于变压器油箱壁振动基频的绕组监测模型。上述有代表性的电-振动模型在变压器绕组松动监测的实际应用中取得了较好的效果，但同时仍存在不少局限和不足，主要表现在模型的实用性、适用性和结果的准确性方面。在MIT的模型中，只考虑了变压器单一振动源即绕组振动，而实际测得的是油箱壁上的绕组、铁芯等振动的合成，而且模型中的铁芯温度、绕组温度等参数不易直接获取。Garcia B.的模型只是针对变压器基频振动建模，而忽略了其它频率成分的重要性，大量实验和实际运行变压器振动监测结果表明，变压器振动中的其它谐波成分也是变压器绕组振动以及机械结构参数改变的重要监测参数，不容忽视。这些高次谐波也可以反映变压器内部的状况，甚至有时候变压器内部的故障就是体现在振动的高次谐波成分的变化上。例如变压器在大负载时，由于绕组绝缘垫块的非线性绕组振动会出现二次和三次及其以上的谐波成分。再者，变压器油箱壁上的振动受变压器的机械结构、振动的传递途径及油箱壁本身对振动的响应等因素的影响，使得变压器油箱壁表面的振动信号相当复杂，且不同位置的振动各不相同。大量研究表明，仅仅简单的监测、分析油箱表面的单个测点的振动信号难以很好的获得变压器内部的振动特征及故障信息，而Garcia B.的模型只针对一个振动测点独立建模，这也是该模型准确性和适用性难以提高的主要原因之一。发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明公开了一种基于电-振动模型的电力变压器故障诊断方法，针对变压器油箱壁表面振动信号的复杂性，建立多测点多特征量的电-振动模型，能够提高故障诊断的准确性，且具有实用性。
一种基于电-振动模型的电力变压器故障诊断方法，包括如下步骤:
建立电-振动模型:
(I)采集电力变压器在正常运行状态下的输出电压信号、负载电流信号以及油温信号；同时在变压器油箱外表面上布置多个振动测点，采集各测点对应的振动信号；
(2)根据所述的振动信号构建振动特征矩阵，并计算出输出电压信号的有效值、负载电流信号的有效值以及油温信号的平均值；
(3)将步骤(2)中得到的振动特征矩阵以及有效值和平均值代入以下关系式中，通过拟合计算出该关系式中的各阶参数矩阵；进而将各阶参数矩阵反代入该关系式中得到电-振动模型；
权利要求
1.一种基于电-振动模型的电力变压器故障诊断方法，包括如下步骤: 建立电-振动模型: (1)采集电力变压器在正常运行状态下的输出电压信号、负载电流信号以及油温信号；同时在变压器油箱外表面上布置多个振动测点，采集各测点对应的振动信号； (2)根据所述的振动信号构建振动特征矩阵，并计算出输出电压信号的有效值、负载电流信号的有效值以及油温信号的平均值； (3)将步骤(2)中得到的振动特征矩阵以及有效值和平均值代入以下关系式中，通过拟合计算出该关系式中的各阶参数矩阵；进而将各阶参数矩阵反代入该关系式中得到电-振动模型；
2.根据权利要求1所述的电力变压器故障诊断方法，其特征在于:所述的步骤(2)中，构建振动特征矩阵的方法如下: 首先，对各振动信号进行傅里叶变换，得到各振动信号的频谱； 然后，构建各振动信号的振动特征向量如下: Vk — [Vk, 100，Vk,200，...，Vk,900] 其中:Vk为第k振动信号的振动特征向量，Vkj 200, Vkj 900分别为第k振动信号频谱中频率为100Hz、200Hz和900Hz所对应的幅值，k为振动信号的序号； 最后，根据各振动信号的振动特征向量，构建振动特征矩阵如下: V= [V1；V2, -,VJ 其中:V为振动特征矩阵，η为振动信号的总个数。
3.根据权利要求1所述的电力变压器故障诊断方法，其特征在于:所述的步骤(3)中，通过最小二乘法拟合计算出关系式中的各阶参数矩阵。
4.根据权利要求1所述的电力变压器故障诊断方法，其特征在于:所述的步骤(c)中，根据以下算式计算Vral与Vnrod的误差:
5.根据权利要求1所述的电力变压器故障诊断方法，其特征在于:所述的步骤(c)中，使VMal与Vmtxl的误差与给定的误差阈值进行比较，若误差大于误差阈值，则判定电力变压器处于故障状态；否则，则表示电力变压器处于正常运行状态。
全文摘要
本发明公开了一种基于电-振动模型的电力变压器故障诊断方法，其通过采集变压器的电压信号、电流信号、油温信号以及多个振动测点，训练建立出电-振动模型，利用振动的实测数据与通过模型得到的预测数据进行比较，以对变压器进行故障诊断。本发明振动模型输入和输出都是和实际振动相关、能够测到或获得的信号、变压器参数等，具有很好的实用性；模型考虑了变压器振动的基频分量还包含了高次谐波，可以发现一些基频振动所无法反映的故障；模型考虑了变压器油箱壁多个测点振动，排除了单点振动信号对变压器内部振动反映不灵敏或者不完整的可能性，提高了利用电-振动模型进行变压器监测诊断的准确性。
文档编号G01R31/00GK103149476SQ20131004770
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者黄海, 陈祥献, 林土方, 郭才福, 王泽波, 林爱弟, 郭洁, 郑婧, 潘成峰, 夏冰松, 李汶 申请人:浙江大学, 温岭市电力公司