一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法及系统与流程

本发明涉及变压器噪声测量领域，具体涉及一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法及系统。

背景技术

由于社会经济的发展以及用电需求的不断增长，越来越多的变电站出现在居民区周边，导致变压器的噪声影响问题日渐突出，对居民的正常工作与生活产生不良影响。随着居民环保意识的提高，与变压器噪声问题相关的投诉与纠纷案件数量不断上升，严重制约了电网建设的发展，不利于社会和谐。为了控制变压器噪声，准确计算变压器绕组与铁心噪声水平并进行针对性治理具有实际意义。

自冷式变压器噪声主要来源于铁心因磁致伸缩产生的振动以及绕组间因电磁力产生的振动，这些振动沿着复杂传播途径在油箱表面相互叠加形成变压器噪声。变压器在出厂试验时，可分别进行空载与负载试验，测量得出铁心与绕组噪声水平。但是，针对现场运行的变压器，难以进行空载与负载试验，目前的检测手段仅能测量得出变压器的综合噪声水平，无法对变压器绕组与铁心的噪声水平进行分别检测，导致在进行变压器噪声控制与低噪声变压器产品设计时所采用的技术措施缺乏针对性，影响了变压器噪声控制效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法及系统，本发明能够在不改变变压器运行方式的条件下实现变压器铁心与绕组噪声水平计算，具有实施方便快捷、检测准确度高的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法，实施步骤包括：

1)获取自冷式变压器的两个测点同时间的原始噪声信号得到两路原始噪声信号；

2)针对两路原始噪声信号进行小波包分解，分别针对每个分解频段的小波包分解系数进行重构，获得每个分解频段的重构信号；

3)分别计算两路原始噪声信号的相应分解频段重构信号之间的互信息值，删除互信息值超过预设阈值的分解频段所对应的重构信号、并利用其余分解频段所对应的重构信号分别还原出两路噪声信号；

4)将还原得到的两路噪声信号进行快速独立成分分析获得分离矩阵，将所述分离矩阵分别与两路原始噪声信号相乘得到自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号；

5)分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行计权声压级计算，获得自冷式变压器的绕组噪声水平与铁心噪声水平。

优选地，步骤1)中自冷式变压器的两个测点位于变压器高压侧，距离高压侧油箱立面0.3m，距离水平面高度1.5m，且两个测点之间距离不少于1m。

优选地，步骤2)中针对两路原始噪声信号进行小波包分解具体是指采用sym8小波包、shannon熵分别对两路原始噪声信号中的每路原始噪声信号进行5层小波包分解获得32个分解频段。

优选地，步骤3)中互信息值的计算函数表达式如式(5)所示；

式(5)中，i(o1,o2)为两路原始噪声信号o1与o2的相应分解频段重构信号的互信息值，cum()为高阶累积量。

优选地，步骤4)中进行快速独立成分分析采用的方法为fastica算法。

优选地，步骤5)的详细步骤包括：设计1/3倍频程滤波器分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行滤波处理，计算出各个频段的声压级，分别对各频段声压级进行a计权，进而获得变压器的绕组噪声水平的等效a声级与铁心噪声水平的等效a声级。

本发明还提供一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法的步骤。

本发明还提供一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测系统，包括：

原始噪声信号获取程序单元，用于获取自冷式变压器的两个测点同时间的原始噪声信号得到两路原始噪声信号；

分解频段重构程序单元，用于针对两路原始噪声信号进行小波包分解，分别针对每个分解频段的小波包分解系数进行重构，获得每个分解频段的重构信号；

噪声信号还原程序单元，用于分别计算两路原始噪声信号的相应分解频段重构信号之间的互信息值，删除互信息值超过预设阈值的分解频段所对应的重构信号、并利用其余分解频段所对应的重构信号分别还原出两路噪声信号；

独立成分分析程序单元，用于将还原得到的两路噪声信号进行快速独立成分分析获得分离矩阵，将所述分离矩阵分别与两路原始噪声信号相乘得到自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号；

声压级计算程序单元，用于分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行计权声压级计算，获得自冷式变压器的绕组噪声水平与铁心噪声水平

本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法具有下述优点：

1、本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法针对两路原始噪声信号进行小波包分解，针对每个分解频段的小波包分解系数进行重构，获得每个分解频段的重构信号，分别计算两路原始噪声信号的相应分解频段重构信号之间的互信息值，删除互信息值超过预设阈值的分解频段所对应的重构信号、并利用其余分解频段所对应的重构信号分别还原出两路噪声信号，将还原得到的两路噪声信号进行快速独立成分分析获得分离矩阵，将所述分离矩阵分别与两路原始噪声信号相乘得到自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号，分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行计权声压级计算，获得自冷式变压器的绕组噪声水平与铁心噪声水平，本发明能够在不改变变压器运行方式的条件下，从变压器的综合噪声信号中分别计算出绕组与铁心的噪声水平，具有实施方便快捷、检测准确度高的优点。

2、本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法可用于变压器各部件噪声水平评价与针对性噪声控制，对于变压器噪声治理与变压器设计具有实际意义。

本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测装置为本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法对应的装置，其同样也具备本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1是本发明实施例方法的流程示意图。

图2是本发明实施例中自冷式变压器两路原始噪声信号时域波形图。

图3是本发明实施例中自冷式变压器两路原始噪声信号频谱图。

图4是本发明实施例中实际绕组噪声信号与铁心噪声信号的时域波形图。

图5是本发明实施例中实际绕组噪声信号与铁心噪声信号的频谱图。

图6是本发明实施例中计算得到的互信息值示意图。

图7是本发明实施例中分离后的绕组噪声信号与铁心噪声信号的时域波形图。

图8是本发明实施例中分离后的绕组噪声信号与铁心噪声信号的频谱图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法的实施步骤包括：

1)获取自冷式变压器的两个测点同时间的原始噪声信号得到两路原始噪声信号；

2)针对两路原始噪声信号进行小波包分解，分别针对每个分解频段的小波包分解系数进行重构，获得每个分解频段的重构信号；

3)分别计算两路原始噪声信号的相应分解频段重构信号之间的互信息值，删除互信息值超过预设阈值的分解频段所对应的重构信号、并利用其余分解频段所对应的重构信号分别还原出两路噪声信号；

4)将还原得到的两路噪声信号进行快速独立成分分析获得分离矩阵，将所述分离矩阵分别与两路原始噪声信号相乘得到自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号；

5)分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行计权声压级计算，获得自冷式变压器的绕组噪声水平与铁心噪声水平。

本实施例中，步骤1)中自冷式变压器的两个测点位于变压器高压侧，距离高压侧油箱立面0.3m，距离水平面高度1.5m，且两个测点之间距离不少于1m。此外，本实施例中，两个测点的采样频率为5120hz，采样时间为0.2s。本实施例中，自冷式变压器2路原始噪声信号o1与o2分别如式(1)和式(2)所示，时域波形与频谱分别如图2、图3所示；

o1＝5yw+6yc(1)

o2＝3yw+2yc(2)

式(1)和式(2)中，yw为实际绕组噪声信号；yc为实际铁心噪声信号，实际绕组噪声信号yw与铁心噪声信号yc的计算函数表达式分别如式(3)和式(4)所示，实际绕组噪声信号yw与铁心噪声信号yc的时域波形与频谱分别如图4、图5所示。

yw＝6cos(4πf0t-π/6)+2cos(8πf0t+π/3)+cos(12πf0t+π/3)(3)

式(3)和式(4)中，f0表示工频50hz，t表示时间。

本实施例中，步骤2)中针对两路原始噪声信号进行小波包分解具体是指采用sym8小波包、shannon熵分别对两路原始噪声信号中的每路原始噪声信号进行5层小波包分解获得32个分解频段。

本实施例中，步骤3)中互信息值的计算函数表达式如式(5)所示；

式(5)中，i(o1,o2)为两路原始噪声信号o1与o2的相应分解频段重构信号的互信息值，cum()为高阶累积量，o1与o2为两路原始噪声信号。本实施例中，计算互信息值最终得到的计算结果如图6所示。步骤3)中删除互信息值超过预设阈值的分解频段所对应的重构信号时，具体去掉了互信息值较大的第2、4分解频段(参见图6，第2、4分解频段的互信息值与其它分解频段相差较大，可设阈值为0来删除)所对应的重构信号，利用其余重构信号分别还原出两路噪声信号。

本实施例中，步骤4)中进行快速独立成分分析采用的方法为fastica算法，fastica算法属于独立分量分析算法，其作用是使分离后的信号不相关程度最大，且计算出分离矩阵a，利用分离矩阵a逼近混合矩阵w的逆矩阵，利用矩阵a左乘式(1)与式(2)，进而还原出源信号yw与yc。本实施例中，针对还原出两路噪声信号，式(1)与式(2)中实际绕组噪声信号yw与铁心噪声信号yc通过混合矩阵w＝[56；32]进行线性混合，然后采用fastica算法进行快速独立成分分析，获得分离矩阵为a＝[-0.28060.7714；0.2421-0.4064]，将该分离矩阵与2路原始变压器噪声信号相乘，获得变压器绕组与铁心噪声信号sw与sc，其时域波形与频谱分别如图7、图8所示。通过对比图4与图7、图5与图8可以看出，在波形与频谱分布方面，分离后的信号sc、sw与源信号yc、yw均保持较好的一致性，铁心噪声信号、绕组噪声信号与实际噪声信号的相关系数分别为0.9998与0.9950。

本实施例中，步骤5)的详细步骤包括：设计1/3倍频程滤波器分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行滤波处理，计算出各个频段的声压级，分别对各频段声压级进行a计权，进而获得变压器的绕组噪声水平的等效a声级与铁心噪声水平的等效a声级。

本实施例还提供一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测系统，包括计算机设备，其特征在于，所述计算机设备被编程以执行本发明自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测方法的步骤。

本实施例还提供一种自冷式变压器铁心与绕组噪声水平检测系统，包括：

原始噪声信号获取程序单元，用于获取自冷式变压器的两个测点同时间的原始噪声信号得到两路原始噪声信号；

分解频段重构程序单元，用于针对两路原始噪声信号进行小波包分解，分别针对每个分解频段的小波包分解系数进行重构，获得每个分解频段的重构信号；

噪声信号还原程序单元，用于分别计算两路原始噪声信号的相应分解频段重构信号之间的互信息值，删除互信息值超过预设阈值的分解频段所对应的重构信号、并利用其余分解频段所对应的重构信号分别还原出两路噪声信号；

独立成分分析程序单元，用于将还原得到的两路噪声信号进行快速独立成分分析获得分离矩阵，将所述分离矩阵分别与两路原始噪声信号相乘得到自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号；

声压级计算程序单元，用于分别对自冷式变压器的绕组噪声信号与铁心噪声信号进行计权声压级计算，获得自冷式变压器的绕组噪声水平与铁心噪声水平。

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。