一种基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法与流程

本发明涉及变压器故障诊断领域，尤其涉及一种基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法。

背景技术：

变压器是电力系统最重要的设备之一，是电力系统中关键的一环，变压器安全运行与否与电力系统的可靠运行息息相关。由于变压器运行的环境条件十分复杂而且运行年限长，难免会出现故障。一旦变压器出现故障，将给大范围内的生产生活带来巨大的影响，这样不仅会造成巨大经济损失，还会给工作人员带来安全隐患。因此，及时发现变压器的潜在故障，提高变压器运行的可靠性，对变压器故障诊断方法进行研究具有十分重要的意义。

变压器铁心松动的原因有铁心在磁致伸缩作用下产生振动，使铁心错位、松动；变压器产生的振动使紧固件螺栓受到交变应力而发生松动，进而导致铁心松动。由于变压器内部机械、电气结构复杂，一旦机械结构发生改变，会有许多特征量随之改变，因此针对不同特征量的检测提出多种变压器铁心状态监测方案。目前较为常用的包括短路阻抗法、频率响应法，扫频阻抗法，低压脉冲法以及振动信号分析法等。

其中，短路阻抗法、频率响应法，扫频阻抗法，低压脉冲法等为离线检测手段，无法在变压器投运时进行检测。振动分析法目前主要通过以变压器单点振动信号作为其机械状态的诊断依据，这种方法的缺点是分析单个测点的振动信号，容易受到测量位置的影响。

综上所述，针对反映变压器整体振动特征的变压器振动云图进行分析具备理论基础，可操作性较高。随着信号处理技术的不断发展，具有良好的发展前景，一旦完善理论后投入实际工程应用，能够创造巨大的社会和经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法，从而解决了现有振动法评估变压器的振动信号分析中，大多采用单个测点的振动信号进行分析，没有使用变压器整体的振动特征进行故障诊断的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法，包括以下步骤：

s1、测量变压器外壳的振动信号；

s2、对所述振动信号进行相位修正，得到变压器在不同工况下油箱各个位置振动加速度；

s3、根据所述变压器在同一工况下油箱各个位置振动加速度，绘制变压器在该工况下油箱表面的振动加速度云图，并将所述振动加速度云图转换为灰度图；

s4、通过所述灰度图计算变压器的振动共生矩阵，并从所述振动共生矩阵提取出能量作为特征量；

s5、重复s3-s4，得到变压器在不同工况下的特征值，根据变压器在不同工况下的特征值得到特征值变化规律表，通过特征值变化规律表判断变压器铁心状态；

s6、对待测变压器进行s1-s6，得到待检测变压器的特征量，将待检测变压器的特征量代入s5进行判断，从而得到变压器铁心状态。

进一步的，采用振动加速度传感器测量变压器外壳的振动信号。

进一步的，多个所述振动加速度传感器安装于变压器油箱表面构成振动传感器阵列。

进一步的，多个所述振动加速度传感器通过永磁体吸附于变压器油箱表面。

进一步的，所述s4中计算变压器的振动共生矩阵的方法为：设所述灰度图的像素为nx×ny，然后在所述灰度图上选定一像素点i(x，y)，并找到在像素点i的θ方向上与像素点i相距为d的像素点j(x，y，d，θ)；设像素点i的灰度级为g1，像素点j的灰度级为g2，其中0<g1、g2<k，k为灰度图的总灰度级；在所述灰度图上扫掠所有像素点对(i，j)，并统计各种灰度级对出现的概率p(g1，g2)，最终得到一个k×k振动共生矩阵。

进一步的，所述能量提取的表达式如(1)所示，

式(1)中，k为灰度图的总灰度级。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所提供的基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法，采用多个振动加速度传感器安装于变压器油箱表面，构成振动加速度传感器阵列，获得变压器整体的振动信号，对振动信号进行相位修正，得到变压器在不同工况下油箱各个位置振动加速度，通过振动加速度绘制加速度云图后转换为灰度图；通过灰度图计算变压器的振动共生矩阵，并从振动共生矩阵提取出能量作为特征量，从而能够得到变压器在不同工况下的特征值，根据变压器在不同工况下的特征值得到特征值变化规律表，通过特征值变化规律表能够判断变压器铁心状态；根据上述步骤对待检测变压器进行检测，能得到待检测变压器的铁芯状态，从而能够准确、简单的判断变压器铁芯是否松动。

2、本发明采用振动加速度传感器测量变压器外壳的振动信号，振动加速度传感器能够通过永磁体吸附于变压器油箱表面，测量与变压器之间无电气连接，不易受变电站内电磁干扰影响，降低了信号提取处理的难度，降低了测试人员安全风险。同时振动加速度传感器尺寸小，设备便于携带，具备现场测试的可行性。

3、本发明通过变压器在同一工况下油箱各个位置振动加速度，绘制变压器在该工况下油箱表面的振动加速度云图，云图中包含设备整体的信息，避免了测量位置的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法的流程图；

图2是本发明的实施例的灰度示意图；

图3是本发明的实施例变压器铁芯松动前后，振动云图的灰度共生矩阵中能量的变化情况示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所提供的基于振动图像的变压器铁心松动诊断方法包括步骤：

s1、测量变压器外壳的振动信号；具体的，将多个振动加速度传感器安装于变压器油箱表面构成振动传感器阵列，尽量避开加强筋，通过多个振动加速度传感器测量变压器在不同工况下油箱箱体的振动信号，安装采用永磁体吸附于变压器油箱表面；

s2、对s1得到的变压器在不同工况下油箱箱体的振动信号进行相位修正，使得传感器测得的振动信号为同一相位的信号，并得到变压器在不同工况下油箱各个位置的振动加速度；

s3、根据s2得到的变压器在同一工况下油箱各个位置的振动加速度，通过三次样条插值绘制出变压器在该工况下油箱表面的振动加速度云图，并将振动加速度云图(彩色云图)转换为灰度图(如2所示)；

s4、通过s3得到的灰度图计算出变压器的振动共生矩阵；具体的，设灰度图的像素为nx×ny，然后在灰度图上选定一像素点i(x，y)，并找到在像素点i的θ方向上与像素点i相距为d的像素点j(x，y，d，θ)；设像素点i的灰度级为g1，像素点j的灰度级为g2，其中0<g1、g2<k，k为灰度图的总灰度级；在灰度图上扫掠所有像素点对(i，j)，并统计各种灰度级对出现的概率p(g1，g2)，最终得到一个k×k振动共生矩阵；通过振动共生矩阵提取出能量(asm)作为特征量，能量提取的表达式如(1)所示；

式(1)中，k为灰度图的总灰度级；

s5、重复s3-s4，得到变压器在不同工况下的特征值，根据变压器在不同工况下的特征值得到特征值变化规律，通过特征值变化规律表判断变压器铁心状态；判断的条件如表1所示；

表1：判断变压器铁心状态的条件

s6、对待测变压器进行s1-s6，得到测试变压器的特征量，将测试变压器的特征量代入s5进行判断，从而得到变压器铁心状态。如图3所示，本实施例的变压器铁芯松动前后，振动云图的灰度共生矩阵中能量的变化情况。可以看到，当铁心发生松动时，能量明显增加。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。