一种基于阶跃响应动态波段选择的变压器故障诊断方法

本发明属于变压器故障诊断领域，具体涉及一种基于阶跃响应动态波段选择的变压器故障诊断方法。

背景技术：

1、变压器作为电力系统的核心设备，在电能的传输和转换中发挥着重要作用，其安全可靠运行至关重要。大量研究表明，绕组故障是电力变压器故障的主要形式，由绕组故障引起的事故占所有变压器事故的一半以上，对电力系统的安全可靠运行构成很大风险。

2、当变压器绕组故障发生时，绝缘损伤逐渐扩大，最终导致变压器烧毁或爆炸等严重事故的发生，引起区域性停电事故。对变压器及时进行故障诊断是保证供电系统可靠运行的基础，阶跃响应作为能有效表征变压器故障状态的参量，在进行变压器绕组故障诊断时会受到阶跃响应末期的不规则波形和异常极值点影响。因此，急需一种阶跃响应动态波段的选择方法，实现变压器绕组故障的快速准确诊断。

技术实现思路

1、为了对变压器绕组故障进行准确诊断，本发明提供一种基于阶跃响应动态波段选择的变压器故障诊断方法，包括如下步骤：

2、第一步：搭建变压器阶跃响应试验平台

3、搭建变压器阶跃响应试验平台，由变压器(1)、变压器高压侧a相套管(2a)、变压器高压侧b相套管(2b)、变压器高压侧c相套管(2c)、变压器低压侧a相套管(3a)、变压器低压侧b相套管(3b)、变压器低压侧c相套管(3c)、变压器中性点套管(4)、接地(5)、阶跃信号发生器(6)、功率放大器(7)、波形记录仪(8)、一号分压电容(9)、二号分压电容(10)、开关(11)组成；

4、将阶跃信号发生器(6)输出端连接至功率放大器(7)的信号输入端，并将阶跃信号发生器(6)和功率放大器(7)的接地极共同连接至接地(5)，再将功率放大器(7)的输出端通过开关(11)连接至变压器中性点套管(4)的末屏处，变压器低压侧a相套管(3a)末屏与一号分压电容(9)相连接，一号分压电容(9)、二号分压电容(10)和接地(5)串接，并将波形记录仪(8)采集端接至一号分压电容(9)与二号分压电容(10)连接处；

5、第二步：测量变压器阶跃响应数据

6、闭合开关(11)，设置阶跃信号发生器(6)产生电压值为u0的阶跃信号，调整功率放大器(7)输出功率，使得功率放大器(7)输出端电压为变压器低压侧额定电压ul,n，通过波形记录仪(8)采集到该阶跃信号下变压器低压侧a相套管(3a)的阶跃响应信号u1(t)，t∈[0,t0]，断开开关(11)，断开一号分压电容(9)与变压器低压侧a相套管(3a)末屏的连接关系；

7、将一号分压电容(9)连接至变压器低压侧b相套管(3b)末屏，闭合开关(11)，通过波形记录仪(8)采集到该阶跃信号下变压器低压侧b相套管(3b)的阶跃响应信号u2(t)，t∈[0,t0]，断开开关(11)，断开一号分压电容(9)与变压器低压侧b相套管(3b)末屏的连接关系；

8、将一号分压电容(9)连接至变压器低压侧c相套管(3c)末屏，闭合开关(11)，通过波形记录仪(8)采集到该阶跃信号下变压器低压侧c相套管(3c)的阶跃响应信号u3(t)，t∈[0,t0]，断开开关(11)，断开一号分压电容(9)与变压器低压侧c相套管(3c)末屏的连接关系；

9、将一号分压电容(9)连接至变压器高压侧a相套管(2a)末屏，调整功率放大器(7)输出功率，使得功率放大器(7)输出端电压为变压器高压侧额定电压uh,n，闭合开关(11)，通过波形记录仪(8)采集到该阶跃信号下变压器高压侧a相套管(2a)的阶跃响应信号u4(t)，t∈[0,t0]，断开开关(11)，断开一号分压电容(9)与变压器高压侧a相套管(2a)末屏的连接关系；

10、将一号分压电容(9)连接至变压器高压侧b相套管(2b)末屏，闭合开关(11)，通过波形记录仪(8)采集到该阶跃信号下变压器高压侧b相套管(2b)的阶跃响应信号u5(t)，t∈[0,t0]，断开开关(11)，断开一号分压电容(9)与变压器高压侧b相套管(2b)末屏的连接关系；

11、将一号分压电容(9)连接至变压器高压侧c相套管(2c)末屏，闭合开关(11)，通过波形记录仪(8)采集到该阶跃信号下变压器高压侧c相套管(2c)的阶跃响应信号u6(t)，t∈[0,t0]；

12、第三步：阶跃响应信号标准化处理

13、对变压器低压侧的原始阶跃响应做标准化处理：

14、

15、式中，ui(t)为变压器低压侧的原始阶跃响应，i＝1、2、3，ui’(t)为变压器低压侧标准化处理后的阶跃响应；

16、对变压器高压侧的原始阶跃响应做标准化处理：

17、

18、式中，uj(t)为变压器高压侧的原始阶跃响应，i＝4、5、6，uj’(t)为变压器高压侧标准化处理后的阶跃响应；

19、第四步：标准化阶跃响应动态波段选择

20、令peakm,n为标准化阶跃响应um’(t)的第n个峰值，m＝1、2、…、5、6，使用式(3)对标准化阶跃响应的峰值进行阈值判断：

21、

22、式中，um,peak为标准化阶跃响应um’(t)的截止波峰；

23、设tm,peak为截至波峰um,peak对应的时间，截取标准化阶跃响应um’(t)，t∈[0,t0]中t∈[0,tm,peak]段为um”(t)，得到标准化阶跃响应动态波段um”(t)，t∈[0,tm,peak]；

24、绘制标准化阶跃响应动态波段um”(t)，t∈[0,tm,peak]曲线，并以曲线下方为黑色，曲线上方为白色绘制二值化灰度图片；

25、第五步：变压器故障诊断判别因子计算

26、计算变压器故障诊断判别因子：

27、

28、ek,h(x,y)＝|ak(x+2k-1,y)-ak(x-2k-1,y)|   (5)

29、ek,v(x,y)＝|ak(x,y+2k-1)-ak(x,y-2k-1)|   (6)

30、sbest(x,y)＝2k (7)

31、

32、式中，f(a,b)为二值化灰度图片中坐标(a,b)处的灰度值，ak(x,y)是在点(x,y)处大小为2k×2k的邻域上的灰度平均值，ek,h(x,y)和ek,y(x,y)分别为水平和垂直方向上不同区域块的灰度平均值差，sbest为在水平或垂直方向上给出e的最高输出值的窗口大小，w为二值化灰度图片宽度上的像素点数，h为二值化灰度图片高度上的像素点数，λ为变压器故障诊断判别因子；

33、第六步：变压器故障诊断

34、基于第五步可计算得到标准化阶跃响应动态波段um”(t)，t∈[0,tm,peak]曲线二值化灰度图片对应的变压器故障诊断因子λm，m＝1、2、…、5、6；

35、当0.95<λ2/λ1<1.05，且0.95<λ3/λ1<1.05时，变压器低压侧绕组无故障情况；

36、当λ2/λ1>1.05|λ2/λ1<0.95，且λ3/λ1>1.05|λ3/λ1<0.95时，变压器低压侧a相绕组存在故障；

37、当λ2/λ1>1.05|λ2/λ1<0.95，且0.95<λ3/λ1<1.05时，变压器低压侧b相绕组存在故障；

38、当0.95<λ2/λ1<1.05，且λ3/λ1>1.05|λ3/λ1<0.95时，变压器低压侧c相绕组存在故障；

39、当0.95<λ5/λ4<1.05，且0.95<λ6/λ4<1.05时，变压器高压侧绕组无故障情况；

40、当λ5/λ4>1.05|λ5/λ4<0.95，且λ6/λ4>1.05|λ6/λ4<0.95时，变压器高压侧a相绕组存在故障；

41、当λ5/λ4>1.05|λ5/λ4<0.95，且0.95<λ6/λ4<1.05时，变压器高压侧b相绕组存在故障；

42、当0.95<λ5/λ4<1.05，且λ6/λ4>1.05|λ6/λ4<0.95时，变压器高压侧c相绕组存在故障。

43、本方法的优点在于能消除阶跃响应末期不规则波形及异常极值点的影响，实现变压器绕组故障的快速准确诊断，为变压器的运维检修提供可靠依据。