一种电力变压器表面测点振动加速度信号特征的提取方法

摘要

一种电力变压器表面测点振动加速度信号特征的提取方法，所述方法利用振动加速度传感器采集电力变压器表面测点的振动信号，然后通过频谱分析获得变压器表面测点的振动加速度频谱，再通过计算求取特征频率点附近的通频振动值，最后利用求得的通频振动值计算出电力变压器表面振动信号的特征向量。本发明根据振动频谱在各个特征频率点附近频段的通频振动值求得电力变压器表面测点振动信号的特征向量，作为振动法分析判断电力变压器运行状态的依据，为电力变压器的状态监测提供技术支持。

说明书

技术领域

本发明涉及一种运行中电力变压器表面测点振动加速度信号的特征提取方法，属于变压器技术领域。

背景技术

理论研究和长期运行实践的经验表明，电力变压器运行时，其表面振动信号与其内部绕组及铁心的状况密切相关，电力变压器绕组及铁心的压紧状况发生变化或者绕组出现变形或位移时都会引起表面振动信号的变化。因此，实时监测和分析电力变压器表面测点的振动信号，能够及时发现和判断电力变压器铁心及绕组的异常和故障。

电力变压器表面测点振动信号特征的有效提取，是振动法分析电力变压器铁心及绕组工作状态的基础和前提。目前还没有电力变压器表面振动信号特征向量的有效提取方法，无法充分、有效地反映电力变压器表面振动变化的细节和程度，给振动法分析电力变压器绕组及铁心工作状态带来了诸多实际困难，也是实现电力变压器的振动监测与状态分析所面临的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之不足，提供一种电力变压器表面测点振动加速度信号特征的提取方法，为电力变压器的振动监测与状态分析工作提供技术支持。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种电力变压器表面测点振动加速度信号特征的提取方法，所述方法利用振动加速度传感器采集电力变压器表面测点的振动信号，然后通过频谱分析获得变压器表面测点的振动加速度频谱，再通过计算求取特征频率点附近的通频振动值，最后利用求得的通频振动值计算出电力变压器表面振动加速度信号的特征向量。

上述电力变压器表面测点振动加速度信号特征的提取方法，所述方法包括以下步骤：

a. 将振动加速度传感器放置到待测定的电力变压器表面振动测点，记为Ti，其中i=1，2，3，…，K,是该电力变压器表面振动测点编号。测点的多少可根据待测电力变压器的运行状态来确定，测点的位置选择可在电力变压器某区域表面振动最大的位置，或者选择固定放置在电力变压器A相、B相和C相的高压侧和低压侧表面距离顶部1/4，1/2，3/4的位置，合计18个测点；

b.振动加速度传感器按设定的时间间隔采集电力变压器表面测点Ti的振动信号，获得的振动加速度时域信号分别记为                                                （N为采样次数）；

c.将获得的振动加速度时域信号分别进行快速傅里叶变换，将时域信号转换成为频域信号，得到每次采样的振动频谱，信号的振动频谱依次分别记为；

d.设定M个电力变压器表面振动特征频率点，各个特征频率点的频率值依次记为，分别计算振动频谱在特征频率点附近频段的通频振动值；

e.根据振动频谱在各个特征频率点附近频段的通频振动值，计算获得电力变压器表面测点Ti振动信号的特征向量，该特征向量中第个值的计算方法是：

；

上述电力变压器表面测点Ti振动信号的特征向量提取方法，所述特征频率点的附近频段包括的频率值是：，其单位是Hz，振动频谱在特征频率点附近频段的通频振动值的计算方法如下：

  

其中，表示振动频谱中频率为的振动幅值。

上述电力变压器表面测点Ti振动信号的特征向量提取方法，所述振动加速度传感器的采样次数为三次，即N=3；所述电力变压器的表面振动特征频率点设置十个，即M=10，十个特征频率点分别为100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz和1000Hz。

上述电力变压器表面测点振动加速度信号特征的提取方法，所述振动加速度传感器的采样频率为10kHz，每次采样长度为10k，相邻两次采样的开始时刻之间的时间间隔为10秒。

本发明根据振动频谱在各个特征频率点附近频段的通频振动值求得电力变压器表面测点振动信号的特征向量，进而对变压器的运行状态作出准确判断。该方法可以及时发现电力变压器表面振动异常，为电力变压器的状态监测提供了技术支持。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明所述电力变压器表面测点振动信号特征提取方法的流程图。

文中所用符号：为振动加速度时域信号，N为采样次数，分别为信号的振动频谱，分别为各个特征频率点的频率，为振动频谱在特征频率点附近频段的通频振动值，为电力变压器表面测点振动信号的特征向量，为特征向量中第个值，为振动频谱中频率为的振动幅值。

具体实施方式

本方法提取的电力变压器表面测点振动加速度信号特征向量，能够充分、有效地反映电力变压器表面振动变化的细节和程度，为电力变压器的振动监测与状态分析工作提供了基础数据支持。

本发明采用的技术方案为：用户将振动加速度传感器放置到待测定的电力变压器表面测点，通过频谱分析获得表面测点的振动加速度频谱，计算求取特征频率点附近的通频振动值，进而求得电力变压器表面振动信号的特征向量，为基于电力变压器表面振动分析判断电力变压器的运行状态提供技术支持。

本发明包括以下步骤：

步骤1、将振动加速度传感器放置到待测定的电力变压器表面振动测点Ti，记为Ti，i=1，2，3，…，K,i是该电力变压器表面振动测点编号。测点的多少可根据待测电力变压器的运行状态来确定，测点的位置选择可在电力变压器某区域表面振动最大的位置，或者选择固定放置在电力变压器A相、B相和C相的高压侧和低压侧表面距离顶部1/4，1/2，3/4的位置，合计18个测点；

步骤2、将振动加速度传感器的采样率设定为10kHz，每次采样长度设定为10k，即每次采样获得10k个采样值，每次采样时间长度为1秒；

步骤3、在电力变压器表面振动测点，使用振动加速度传感器在30秒内完成3次采样，具体采样的开始时刻依次是：第0秒、第10秒和第20秒，3次采样获得的振动加速度时域信号分别记为；

步骤4、对步骤3求取的电力变压器表面振动的3个振动加速度时域信号，分别进行快速傅里叶变换，即将传感器测量得到的时域振动加速度信号（幅值对时间）转换成为频域信号（幅值对频率），求取每次采样的振动频谱，信号的振动频谱依次分别记为；

步骤5、根据步骤4获得的振动频谱，依照设定的电力变压器表面测点振动特征频率点，分别计算求取各个特征频率点附近频段的通频振动值，具体方法如下：

①定义100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz作为电力变压器表面测点振动信号的特征频率点，各个特征频率点的频率值依次记为；

②对于特征频率点的附近频段包括的频率值是：，其单位是Hz；

③振动频谱的各个特征频率点附近频段通频振动值计算方法如下：

          （1）

其中，是振动频谱的特征频率点的附近频段的通频振动值，表示振动频谱中频率为的振动幅值；

步骤6、根据步骤5计算获得的特征频率点附近的通频振动值，计算求取电力变压器表面测点振动信号的特征向量，其计算方法是：

                （2）

其中是电力变压器表面测点振动信号的特征向量中的第个值。

本发明具有以下特点：

（1）根据理论分析和实践经验，设定了电力变压器表面测点振动信号的特征频率点。

（2）考虑电力变压器的个体差异，以电力变压器表面测点振动信号的特征频率点附近带宽的通频振动值作为电力变压器表面测点振动特征向量的计算基础，使得本发明有良好的适用性。

（3）根据连续3次采样求取的电力变压器振动表面测点信号计算其特征向量，有效避免了测量误差和随机干扰的影响。

（4）计算速度快，效率高，便于推广。