基于三维坐标绘制和数字图像处理的变压器故障识别技术的制作方法

本发明涉及变电设备运行状态评估技术领域，具体是基于三维坐标绘制和数字图像处理的变压器故障识别技术。

背景技术：

变压器是电力系统中的重要设备，在电能的变换、传输、分配等过程中起着至关重要的作用。变压器在运行过程中承受着内部电磁力和外部各种环境因素的影响。随着运行时间的增加，变压器内部总是不可避免地出现铁芯故障或绕组变形故障。为了及时检测发现变压器内部故障，国内外提出了很多检测方法，其中频率响应分析法是最有效和最可靠的方法。在频率响应分析法(frequencyresponseanalysismethod,fra)中，正弦扫频(通常1khz–1mhz)激励电压uin通过输入输入电阻rin(50ω)施加在变压器绕组的一端，在绕组的另一端通过输出电阻rout测量响应电压uout或电流信号iout，总而可以得到变压器绕组的传递函数h(f)。根据测量的响应信号的不同，传递信号可以用阻抗、导纳或电压比来表示，由于响应信号测量方式的便捷，目前在实际应用中应用比较多的是电压比：

其中，h(f)是相量，包含幅频响应(m)和相频响应(p)。

变压器绕组可视为一个由线性电阻、电感(互感)、电容等分布参数构成的无源线性二端口网络。当变压器内部绕组故障或铁芯故障出现时，其内部的分布电气参数必然发生改变，导致绕组的频率响应特性，即传递函数h(f)发生改变。

然而，变压器绕组的频率响应特性是在未吊罩的情况下进行的测量，目前对于故障出现时所测得的变压器绕组的频率响应特性的改变的解释是一大难点，缺乏一种广泛接受的标准化的自动解释机制。一方面，目前对于变压器绕组频率响应的解释依赖有经验的专家，然而对于同一种故障下频率响应的改变的解释，不同的专家也有可能得到不同的结论。另一方面，当变压器内部绕组故障出现时，由于电气参数发生的变化，绕组的频率响应特性中幅频响应和相片响应都会发生响应的变化，然而，目前在频率响应的解释领域，仅仅用到了幅频响应，而忽略了相频响应。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，基于三维坐标绘制和数字图像处理的变压器故障识别技术，主要包括以下步骤：

1)对待检测变压器进行定期检修，并建立变压器绕组的频率响应特性数据库。

进一步，对待检测变压器进行定期检修的主要步骤如下：

1.1)建立变压器绕组的指纹数据库。

1.2)设定检修周期。

1.3)在每一个检修周期，对变压器绕组的频率响应特性进行测量，从而建立频率响应特性数据库。

进一步，所述指纹数据主要包括在变压器安装完成投运之前测量得到的变压器绕组频率响应特性数据、变压器另外两相的频率响应测量结果和/或相同型号、相同批次、相同结构的同一厂家的变压器的绕组频率响应测量结果。

2)将频率响应数据库绘制在三维直角坐标系中，得到数字图像。

进一步，三维直角坐标系的三个坐标变量分别为变压器绕组频率响应特性的频率、幅值和相位。

3)对数字图像进行预处理。

进一步，所述图像特征量主要为纹理分析特征。其中纹理分析特征主要包括对比度、能量、熵、相关性、最大概率和紧密度。

进一步，图像预处理主要为对图像尺寸、图像颜色和图像类型标准统一化。

4)对预处理后的数字图像进行图像分割，再提取图像特征量。

5)对数字图像特征进行计算，从而得到数字图像指纹参数。

6)根据数字图像指纹参数，对变压器绕组状态进行评估，即将变压器绕组的数字图像指纹参数和阈值进行比较。

若数字图像指纹参数的值在规定阈值范围内时，则变压器绕组为健康状态。

若数字图像指纹参数的值在规定阈值范围外，则变压器绕组为故障状态。根据数字图像指纹参数值的大小、变化走势快慢，识别分析变压器绕组的故障类型、故障程度和故障位置。

进一步，变压器绕组故障类型主要包括绕组短路、绕组断路、绕组松动、绕组变形、绕组位移和绕组烧损。

所述绕组短路主要分为层间短路、匝间短路和股间短路。

本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明利用三维直角坐标绘制变压器绕组的频率响应特征，可以将频率响应特征的幅频响应和响应响应同时绘制在同一个平面图内，将频率响应特征的三要素频率、幅值、和相位同时体现，可以有效的体现出绕组故障状态下的频率响应变化。

同时，本发明利用数字图像处理技术，对三维直角坐标系下绘制的绕组频率响应特征进行处理分析，提取数字图像特征，进而计算出的图像指标参量，来进行评估分析绕组状态，替代了目前的专家分析程序，能够有效避免评估分析过程中出现的专家分析结论不一致的情况出现，并且提出的图像指标参量能够结合阈值有效地分析出变压器绕组的状态，并且能够评估、识别出故障状态下的故障类型、程度和位置。

附图说明

图1为变压器绕组的频率响应的典型特征曲线；

图2为变压器绕组状态评估识别流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1至图2，基于三维坐标绘制和数字图像处理的变压器故障识别技术，主要包括以下步骤：

1)对待检测变压器进行定期检修，并建立变压器绕组的频率响应特性数据库。

进一步，对待检测变压器进行定期检修的主要步骤如下：

1.1)建立变压器绕组的指纹数据库。在变压器安装完成投运之前，按照现有规定导则对其进行变压器绕组的频率响应特性测量，作为指纹数据。对于安装投运前没有进行测量的，可以选择变压器另外两相的频率响应测量结果作为指纹数据，或者选择相同型号、相同批次具有相同结构的同一厂家的变压器的绕组频率响应测量结果作为指纹数据。

1.2)设定检修周期。

1.3)在每一个检修周期，对变压器绕组的频率响应特性进行测量，从而建立频率响应特性数据库。

进一步，所述指纹数据主要包括在变压器安装完成投运之前测量得到的变压器绕组频率响应特性数据、变压器另外两相的频率响应测量结果和/或相同型号、相同批次、相同结构的同一厂家的变压器的绕组频率响应测量结果。

2)将频率响应数据库绘制在三维直角坐标系中，得到数字图像。

进一步，三维直角坐标系的三个坐标变量分别为变压器绕组频率响应特性的频率、幅值和相位。

基于三维直角坐标的变压器绕组频率响应特征，能够同时反映出幅频响应和相频响应的变化特征，如图1所示，基于三维直角坐标的频率响应曲线，在xoy平面和xoz平面的投影分别是绕组频率响应特征的幅频响应和相频响应。如图1所示，xoy平面投影用带方框的直线表示，xoz平面的投影用虚线表示，三维直角坐标的频率响应曲线用直线表示。

3)对数字图像进行预处理。

进一步，所述图像特征量主要为纹理分析特征。其中纹理分析特征主要包括对比度、能量、熵、相关性、最大概率和紧密度。

进一步，图像预处理主要为将图像尺寸、图像颜色和图像类型的标准统一化。标准统一化即对图像尺寸、图像颜色和图像类型设定标准。

4)对预处理后的数字图像进行图像分割，利用边界检测算法消除图像噪声和背景等图像像素影响，利用数字图像处理技术提取图像特征量，进而分析数字图像特征并计算用于评估和识别变压器绕组故障的数字图像指标参数。

5)对数字图像特征进行计算，从而得到数字图像指纹参数，也即图像指标参量。

6)根据数字图像指纹参数，对变压器绕组状态进行评估，即将变压器绕组的数字图像指纹参数和阈值进行比较。

若数字图像指纹参数的值在规定阈值范围内或刚好等于规定阈值时，则变压器绕组为健康状态。规定阈值主要根据变压器的型号等设定。

若数字图像指纹参数的值在规定阈值范围外，则变压器绕组为故障状态。根据数字图像指纹参数值的大小、变化走势快慢，识别分析变压器绕组的故障类型、故障程度和故障位置。

进一步，变压器绕组故障类型主要包括绕组短路、绕组断路、绕组松动、绕组变形、绕组位移和绕组烧损。

所述绕组短路主要分为层间短路、匝间短路和股间短路。

7)若变压器绕组出现故障，则根据故障类型、故障程度和故障位置，对变压器绕组进行维修或更换。