一种电力变压器油箱表面振动信号的处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110132401A(43)申请公布日2019.08.16(21)申请号201910426752.7(22)申请日2019.05.21(71)申请人国家电网有限公司地址100031北京市西城区西长安街86号申请人国网河北省电力有限公司国网河北省电力有限公司保定供电分公司(72)发明人刘胜军沈辰龚乐乐乔红军王敏(74)专利代理机构石家庄新世纪专利商标事务所有限公司13100代理人张晓佩(51)Int.Cl.G01H11/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图1页(54)发明名称一种电力变压器油箱表面振动信号的处理方法(57)摘要本发明涉及一种电力变压器油箱表面振动信号的处理方法，包括以下步骤：a)首先采集电力变压器油箱表面的振动信号；b)选取近似电压条件、不同负载条件下的油箱壁测点j处的振动x1，j(n)及x2，j(n)作为信号分离对象；c)对信号使用时频比混合盲源分离算法，估计混合矩阵，获得分离后信号；d)计算分离后的信号与该测点空载状态下的振动进行比较，计算两者间的归一化均方误差NMSE。本发明能够为设备检修提供初期判断，减少了重大事故的发生率，降低了设备的维护数量和维修费用，保证了电力变压器的正常运行。CN110132401ACN110132401A权利要求书1/3页1.一种电力变压器油箱表面振动信号的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：a)首先采集电力变压器油箱表面的振动信号；b)选取近似电压条件、不同负载条件下的油箱壁测点j处的振动x1，j(n)及x2，j(n)作为信号分离对象；c)对信号使用时频比混合盲源分离算法，估计混合矩阵，获得分离后信号；d)计算分离后的信号与该测点空载状态下的振动进行比较，计算两者间的归一化均方误差NMSE。2.根据权利要求1所述的一种电力变压器油箱表面振动信号的处理方法，其特征在于，时频比混合盲源分离算法包括以下步骤：电力变压器油箱振动源信号混合盲源分离问题混合过程视为瞬时线性混合,假设设备中存在N个信源sk(n)，k∈1，…，N，从设备外部获得P个观测值xj(n)，j∈1，…，P，则可将观测值与信源的关系定义为：其中实数aji为混合比例系数，nji为时间偏移。将上述式(1)进行傅里叶变换，可得：写成矩阵形式：X(ω)＝A(ω)S(ω)(3)T式中：S(ω)＝[S1(ω)…SN(ω)]，TX(ω)＝[X1(ω)…XP(ω)]，且变压器油箱表面的振动主要是由铁芯和绕组所产生的振动经过油和箱体的传递、混合而成的；其中，绕组振动主要是来自电流流过线圈时产生的电动力，该电动力大小与电流的平方成正比，因此绕组的振动以电流频率的倍频100Hz为主；而铁芯振动主要由铁芯的磁致伸缩以及硅钢片接缝和叠片中间的漏磁所产生的电磁力贡献获得，由于磁致伸缩中的非线性因素，铁芯振动信号的基频虽也为100Hz，但是仍然存在除100Hz外幅值较高50Hz的奇次谐波；另外，变压器其他部件的振动也会对油箱表面的测量结果造成影响；因此，将变压器的振动源及相关传递过程简化如以下模型：xtank,j(n)＝aj1(hj,win(n)*swin(n))+aj2(hj,core(n)*score(n))(5)式中：xtank,j(n)为测点j位置所测的振动信号，swin(n)与score(n)分别为绕组与铁芯源振动信号，aj1和aj2为混合系数，另外，将变压器振动从振动源到变压器油箱壁某测点j的传递过程看作一个有限脉冲响应滤波器hj,source(n)，*表示卷积计算；将(5)改写成：2CN110132401A权利要求书2/3页式中：和分别对应绕组振动和铁芯振动通过路径传递后达到油箱壁上的振动信号，从而将变压器中的振动混合模型转化为BSS模型。3.根据权利要求2所述的一种电力变压器油箱表面振动信号的处理方法，其特征在于，对BSS模型即式(1)中的信号源进行重新排序，即通过一个排序函数σ(·)将下标i变为σ(i)，令:si'(n)＝a1,σ(i)sσ(i)(n-n1,1,σ(i))(7)代入(2)后得：式中：重写(4)得到：X(ω)＝B(ω)S'(ω)(9)T式中：S'(ω)＝[S1'(ω)…SN'(ω)]当N＝P时，可对B(ω)求逆，计算:Y(ω)＝B－1(ω)X(ω)(11)式中:Y(ω)＝[Y1(ω)…YN(ω)]T，为分离信号的傅里叶变换。已知短时傅里叶(STFT)的变换公式如下：h(k－n)是一个中心位于n的移位窗函数。考虑混合信号在时频域中STFT变换的比值：当位于仅有源信号Sk(n，ω)作用下的单源可见区时，其余信号的时频变换结果皆为零，同时混合时频比将为一与源信号完全无关的恒定值:式中:m＝σ(k)；在单源可见区内，时频比Bj(n，ω