配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涉及配电网变压器故障诊断技术领域，具体涉及一种利用双谱奇异值 分解法的配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，进而实现配电变压器铁芯的故障诊 断，特别是一种配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法。
【背景技术】
[0002] 配电变压器的维护方式可划分为事后检修、计划检修和状态检修三种。由于国内 电力公司早期对配电网的重视度较低，对于配电变压器的维护工作采用的是事后检修和计 划检修相结合的管理模式。这种检修管理模式有一定的科学合理性，在一定程度上能保障 供电可靠性。但事后检修受制于客观原因，随机性较强，只能被动抢修；计划检修则按照规 程定期维护，到期必修，忽略了个体设备的实际情况，存在盲目性和强制性，极易造成人力 物力的巨大损失。统计表明，铁芯作为配电变压器主体，故障率较高，因此展开配电变压器 铁芯故障诊断方法的研究，为配电变压器铁芯运行状态的在线监测、故障诊断以及状态检 修工作的展开都具有指导性意义。
[0003] 目前多采用油色谱分析（DGA)和电气测量这两种传统方法对变压器铁芯故障进行 诊断，主要用于判断运行中的变压器是否存在两点或两点以上接地故障。而近年来研究学 者提出的利用振动信号实现变压器铁芯的故障检测，已成为目前的研究热点。
[0004] 1.油色谱分析法（DGA) 油浸式变压器主要利用油来实现绝缘和散热的功能，变压器油在运行过程中，会由于 电热作用逐渐老化分解，并产生少量C0、C02气体以及低分子烃类。当变压器内部发生故障 时，局部过热和局部放电现象随之产生，使得油和绝缘纸产生氢气（H2)、甲烷（CH4)、乙烷 (C2H6)、乙烯（C2H4)、乙炔（C2H2)、一氧化碳（CO)和二氧化碳（C02)等气体。DGA即是通过 分析变压器油中溶解气体的成份含量来判断变压器是否发生故障。
[0005] 2.电气测量法 (1)测量铁芯绝缘电阻。将变压器停电，并断开引至油箱外部的铁芯接地线及夹件接 地片，使用2500V兆欧表，分别测量铁芯和夹件的对地绝缘电阻，若测得的绝缘电阻大于 10000ΜΩ并且与以前的测试结果无显著差异，则表明铁芯没有发生多点接地故障；反之则 有可能发生多点接地故障。
[0006] (2)测量接地线中的环流。变压器正常接地时，即铁芯单点接地情况下，并无电流 回路，此时接地线上的电流几近为零；当铁芯发生多点接地故障后，短路匝内将产生环流流 通。因此可使用高精度钳形电流表，直接测量运行状态下变压器铁芯接地引出线处接地电 流值，一般大于〇. IA即可判断铁芯存在多点接地。
[0007] 3.振动分析法 配电变压器油箱表面的的振动主要是由绕组和铁芯的振动引起的。而稳态运行的配变 铁芯的振动原因可归纳为：由硅钢片磁致伸缩效应引起的铁芯振动；由铁芯硅钢片缝隙间 的漏磁产生的电磁吸引力引起的振动。随着铁芯制造工艺的提高，例如堆叠方式的改良(采 用阶梯接缝)、采用环氧玻璃粘带绑扎铁芯柱和铁轭等，使得铁芯硅钢片缝隙间的漏磁产生 的电磁吸引力引起的振动要比硅钢片磁致伸缩效应引起的铁芯振动要小的多，因此配变铁 芯的振动主要成分可认为是硅钢片磁致伸缩效应引起的铁芯振动。
[0008] 铁磁性物质在外磁场作用下，引起其尺寸伸缩，而撤去外磁场后，又可恢复原状的 现象即为磁致伸缩现象。配电变压器铁芯振动主要就是由硅钢片磁致伸缩现象引起的。铁 芯在励磁电流作用下产生在铁芯内部流通的主磁场，使得硅钢片沿磁力线方向尺寸增加， 而垂直于磁力线方向尺寸缩小。由磁致伸缩引起的铁芯振动加速度可表示为
【主权项】
1. 一种配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，其特征在于：包括如下步骤， 步骤Sl :在变压器空载时利用配电变压器振动信号采集装置，采集配电变压器不同状 态时的铁芯振动信号； 步骤S2 :将采集到的铁芯振动信号采用直接法进行双谱估计后，得到初始特征矩阵 M^eCz5ir25i ; 步骤S3 :由于步骤S2得到的矩阵^内的元素全部为复数，因此进行奇异值分解前需 对矩阵Jfc的所有元素取模，即计算出所有元素的幅值，从而构造出一个双谱幅值矩阵的实 矩阵Afp_ e Rss2k，最后对A进行奇异值分解，将二维双谱幅值矩阵A降为一维； 步骤S4 :选取步骤S3求得的前20个主奇异值构造判断铁芯状态的特征向量，及铁芯 振动信号特征量为 Jt =[1,(1), 7,(2),-,/,(20)] (1)〇
2. 根据权利要求1所述的配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，其特征在于：所 述步骤S2中，按如下方法对各个铁芯振动信号进行双谱分析处理： 步骤S21 :将长度为N的时间序列铁芯振动信号分成K段，每段 有M个数据，即N=KM,同时每段样本再减去自身的均值；可将新分段的数据记作XiiYCQ ,
;允许两段相邻的数据间存在重叠； 步骤S22 :计算第i段的离散傅里叶变换（DFT)系数y,
式中= ； 步骤S23 :计算DFT系数的三重相关，即
式中：OS丰U1, 4 + €为待估计信号的采样频率；為=/5:% , 和 的选择需满足条件：M = (24 +1)Λ& ; 步骤SM : {χ(1):χ(2):··.:ι?>!)}的双谱估计值即由K段以1 1=為）的平均值求出，即
3. 根据权利要求1所述的配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，其特征在于：所 述步骤S3中，按如下方法对各个铁芯振动信号的双谱幅值矩阵^进行奇异值分解： 假设一个实矩阵3 = (? +)_, ( m 2 ?),且秩rauk(>C> = r,那么必定存在两个正交矩阵 F、F和一个对角矩阵S使得下式成立：
另IJ为遍τ、对应于#的特征矢量；Λ即为矩阵奇异值； 定义奇异值贡献率为
式中：￡ = ;表示各个奇异值在所有奇异值总和中所占能量的相对关系；通常 可选取累积贡献率达到85%后的前s个奇异值作为特征向量，从而达到减小计算量又不失 准确性之目的，即
4.根据权利要求1至3任意一项所述的配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，其 特征在于：所述配电开关振动信号采集装置由压电式加速度传感器、信号调理模块、数据采 集卡和波形显示存储平台组成。
【专利摘要】本发明涉及一种配电变压器铁芯振动信号特征量提取方法，首先，在变压器空载时利用配电变压器振动信号采集装置，采集配电变压器不同状态时的铁芯振动信号；将采集到的铁芯振动信号采用直接法进行双谱估计后，得到初始特征矩阵；由于得到的矩阵内的元素全部为复数，因此进行奇异值分解前需对矩阵的所有元素取模，即计算出所有元素的幅值，从而构造出一个双谱幅值矩阵的实矩阵，最后对进行奇异值分解，将二维双谱幅值矩阵降为一维；根据求得的前20个主奇异值构造判断铁芯状态的特征向量。本发明旨在准确有效地诊断出配电变压器运行过程中铁芯的运行状态，从而更加合理地制定配电变压器的状态检修策略，提高配电变压器运行可靠性与稳定性。
【IPC分类】G01R31-02, G01H11-08, G01R31-00
【公开号】CN104677485
【申请号】CN201510114804
【发明人】郭谋发, 陈铭, 卢国仪, 张 雄, 宋仕江, 彭福江, 陈文章, 杜仕平
【申请人】国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司邵武市供电公司, 福州大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月17日