一种电力变压器运行故障检测方法及系统与流程

本发明涉及信号处理，具体涉及一种电力变压器运行故障检测方法及系统。

背景技术：

1、电力变压器是电力系统中不可或缺的重要设备，主要作用是将电能的电压在低压和高压之间转换，以降低电能在远距离传输上的损耗、满足电力系统中各级负载的需求。由于电力变压器的长期运行和外界环境等因素的影响，电力变压器可能会出现各种故障问题，需要及时进行处理。例如，当电压等级过高时，很可能会发生过压击穿，之后，电力变压器油会进入损坏的空间，暂时隔离电流通路，所以，发生过压击的电力变压器并不会失去运行能力。但是，会存在极大的安全隐患。当再次遇到过压电流时，电力变压器的绝缘层更容易被击穿，导致系统短路等故障，造成不必要的损失。因此，需要在电力变压器运行时定期进行故障检测。

2、目前常用的电力变压器运行故障检测方法主要包括基于电压电流参数的故障诊断方法、基于红外热像技术的故障诊断方法、基于声音检测技术的故障诊断方法和基于震动检测技术的故障检测方法。其中，基于震动检测技术的故障检测方法是一种无损检测方法，无需拆卸设备，可明显减少生产损失。但是，基于震动检测技术的故障检测方法在进行电力变压器故障检测时，由于震动信号通常是非线性和非稳定性的，提取信号信息难度较大，故障检测的结果往往不精确。

技术实现思路

1、本发明提供一种电力变压器运行故障检测方法及系统，以解决震动信号的信息提取难度大导致的故障检测结果不精确的问题，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明一个实施例提供了一种电力变压器运行故障检测方法，该方法包括以下步骤：

3、采集电力变压器的震动信号并进行预处理，获取电力变压器震动子序列的频谱图、频率响应信号和频率响应序列；

4、获取电力变压器震动子序列的能量波峰，获取电力变压器震动子序列的主频和从频，根据电力变压器震动子序列的能量波峰的频率分量、频率分量的能量和主频，获取电力变压器震动子序列的能量波峰的频率宽度和能量差值，获取电力变压器震动子序列的频带能量差值序列，根据频带能量差值序列获取频带能量差值一阶差分序列，根据频带能量差值一阶差分序列获取电力变压器震动子序列的震动能量反递减趋势度；

5、根据电力变压器震动子序列内包含的频率分量获取频率分量分布密度，根据电力变压器震动子序列内包含的频率分量和频率分量的能量获取能量分布集中度，进而获取电力变压器震动子序列的异常能量响应指数；

6、获取电力变压器震动子序列的能量集中面积，根据电力变压器震动子序列的频率分量、频率分量的能量和能量集中面积获取电力变压器震动子序列的故障复杂指数；

7、获取电力变压器震动子序列的相邻子序列，根据电力变压器震动子序列和电力变压器震动子序列的相邻子序列获取电力变压器震动子序列的时间相似性指数，根据电力变压器震动子序列的时间相似性指数、故障复杂指数和频率分量分布密度确定电力变压器震动子序列的时序规整故障指数，根据电力变压器震动子序列的时序规整故障指数实现电力变压器运行故障检测。

8、进一步，所述获取电力变压器震动子序列的能量波峰，获取电力变压器震动子序列的主频和从频的获取方法为：

9、将电力变压器震动子序列的频谱图中的极大值点记为电力变压器震动子序列的能量波峰；

10、将电力变压器震动子序列的频谱图中的纵坐标最大的能量波峰记为主频，将不是主频的能量波峰记为从频。

11、进一步，所述根据电力变压器震动子序列的能量波峰的频率分量、频率分量的能量和主频，获取电力变压器震动子序列的能量波峰的频率宽度和能量差值的获取方法为：

12、将能量波峰的频率分量与主频的频率分量的差值的绝对值记为能量波峰的频率宽度，将能量波峰的能量与主频的能量的差值的绝对值记为能量波峰的能量差值。

13、进一步，所述获取电力变压器震动子序列的频带能量差值序列，根据频带能量差值序列获取频带能量差值一阶差分序列的获取方法为：

14、将能量波峰的能量差值按照能量波峰的频率宽度从大到小的顺序进行排序，获取电力变压器震动子序列的频带能量差值序列，将频带能量差值序列的一阶差分序列记为频带能量差值一阶差分序列。

15、进一步，所述根据频带能量差值一阶差分序列获取电力变压器震动子序列的震动能量反递减趋势度的方法为：

16、将电力变压器震动子序列对应的频带能量差值一阶差分序列内包含的数值的平均绝对误差记为电力变压器震动子序列的震动能量反递减趋势度。

17、进一步，所述进而获取电力变压器震动子序列的异常能量响应指数的方法为：

18、将电力变压器震动子序列的能量分布集中度和震动能量反递减趋势度的乘积与频率分量分布密度的比值记为电力变压器震动子序列的异常能量响应指数。

19、进一步，所述获取电力变压器震动子序列的能量集中面积的方法为：

20、将电力变压器震动子序列与正弦函数进行拟合，获取电力变压器震动子序列的波峰曲线，将波峰曲线从电力变压器震动子序列的第一个频率分量至最后一个频率分量的定积分记为电力变压器震动子序列的能量集中面积。

21、进一步，所述获取电力变压器震动子序列的相邻子序列，根据电力变压器震动子序列和电力变压器震动子序列的相邻子序列获取电力变压器震动子序列的时间相似性指数的方法为：

22、将电力变压器震动序列中与电力变压器震动子序列时间最接近的第一预设阈值个电力变压器震动子序列记为电力变压器震动子序列的相邻子序列；

23、将电力变压器震动子序列与相邻子序列之间的皮尔逊相关系数记为相邻子序列的相邻时间相似性，将电力变压器震动子序列的所有相邻子序列的相邻时间相似性的均值记为电力变压器震动子序列的时间相似性指数。

24、进一步，所述根据电力变压器震动子序列的时序规整故障指数实现电力变压器运行故障检测的方法为：

25、将需要进行故障检测的电力变压器的电力变压器震动子序列和电力变压器震动子序列的时序规整故障指数输入电力变压器故障检测模型，获取电力变压器故障检测结果；

26、电力变压器故障检测模型由lstm长短时记忆网络和fc全连接层构成，将电力变压器震动子序列和电力变压器震动子序列的时序规整故障指数输入lstm长短时记忆网络，lstm长短时记忆网络连接fc全连接层，由fc全连接层输出电力变压器故障检测结果；

27、电力变压器故障检测结果包括“内部短路故障”、“绝缘材料老化或损坏故障”、“铁芯松动故障”、“冷却系统故障”、“其他故障”和“无故障”共六种结果。

28、第二方面，本发明实施例还提供了一种电力变压器运行故障检测系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。

29、本发明的有益效果是：

30、本发明对对电力变压器震动序列进行划分，分别对每个电力变压器震动子序列进行分析，避免振动信号采集时数据的偶然性对电力变压器运行故障判断结果的影响，根据绕组短路、绝缘损坏等故障引起的震动信号通常在频域中体现为异常的能量集中或峰值，同时，额外的异常震动信号会引入新的频率分量，震动信号的振幅也会发生异常变化，而正常的震动信号的频谱结构通常较为稳定的特征，获取每个电力变压器震动子序列的异常能量响应指数，判断电力变压器震动子序列内包含的振动信号是电力变压器出现的故障带来的异常震动信号的可能性；其次，根据引起电力变压器异常震动的故障原因不同，出现的除正常震动之外的额外震动的震动频率也将有所不同的特征，确定电力变压器震动子序列的故障复杂指数；最后，确定时间临近电力变压器震动子序列的相邻子序列，进而确定电力变压器震动子序列的时序规整故障指数，根据电力变压器震动子序列的时序规整故障指数实现电力变压器运行故障检测，实现对复杂的震动信号的分解和特征提取，解决震动信号的信息提取难度大导致的故障检测结果不精确的问题，为实现变压器运行故障检测方法提供更精确的保障。