基于CEEMD-改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测三维成像方法.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CN110926386A(43)申请公布日2020.03.27(21)申请号201911170038.2G01S7/527(2006.01)(22)申请日2019.11.25G01S7/536(2006.01)(71)申请人国网吉林省电力有限公司电力科学研究院地址130000吉林省长春市人民大街4433号申请人吉林省电力科学研究院有限公司国家电网有限公司(72)发明人杜好阳徐清山崔伦敖明(74)专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有限责任公司22100代理人魏征骥(51)Int.Cl.G01B17/04(2006.01)G01S15/89(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图7页(54)发明名称基于CEEMD-改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测三维成像方法(57)摘要本发明涉及一种基于CEEMD-改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测三维成像方法，属于变压器绕组的形变检测方法。首先，对目标信号进行CEEMD分解得到多阶IMF分量，然后计算IMF分量的相关系数，对相关系数较低的高频分量进行改进小波阈值处理，最后将去噪分量、低频分量及剩余分量重构得到去噪后的信号。本发明在保留低幅值有效信息及高频有效信息的同时压制了大部分噪声，去噪效果较为理想。在超声检测三维成像系统中，去噪后的变压器绕组状态图视觉效果更好，故障位置更为清晰，说明本发明具有较好的去噪效果。CN110926386ACN110926386A权利要求书1/3页1.一种基于CEEMD-改进小波阈值去噪的变压器绕组超声检测三维成像方法，其特征在于：包括下列步骤：(1)采用超声检测成像系统1)在进行超声检测时，超声阵列探头的数量可根据需要进行灵活调整，假设第n个探头测到的超声波在变压器油中的传播速度为已知量v,超声波在箱体表面与绕组表面之间传播往返所需时间为t,则可计算出超声探头至绕组之间的距离为：式中,L为超声波探头至绕组表面的距离；如果考虑变压器箱体钢板的厚度，则(1)式可改写为式中,△L为变压器箱体钢板厚度。2)超声波距离转换算法为了利用检测数据生成变压器绕组的三维图像，首先要建立变压器绕组模型三维坐标系。在三维坐标系中，发射探头处的变压器外壳到绕组被测点的距离作为被测点在Y轴上的坐标；发射探头距绕组中心点的距离可作为被测点在X轴上的坐标，中心点为绕组的圆心到靠近发射探头的变压器外壳的垂线的垂点；发射探头距变压器外壳底面的垂直距离可作为绕组被测点在Z轴上的坐标，具体计算如下图所示。图2中，将发射探头置于A处，入射波传播路径为AC，反射波传播路径为CB′。设变压器绕组外表面距变压器外壳下表面的最短距离O″O′为x；变压器绕组半径为R；令O′A为z，即发射探头距中心点距离为z。忽略变压器外壳厚度，则超声波由直探头垂直入射，穿过发射探头保护膜、变压器外壳钢板，经过变压器油到达绕组表面发生反射，沿着CB′回到接收探头。超声波传播途径的几何推导如下。因为图中O′A为z已知，且O″O′为x、变压器绕组半径为R已知。则有AC＝R+x-Rcosθ(4)则接收探头与发射探头相距的距离为AB′＝tan(θ1+θ2)AC＝tan(2θ)AC(5)则接收探头与中心点距离为O′B′＝z+tan(2θ)(R+x-Rcosθ)(6)超声波探头安放位置确定后，进行实际检测时，被测点距变压器外壳钢板的距离可由公式(4)计算得到，从而可获得被测点在变压器绕组模型三维坐标系中的Y轴坐标。X轴及Z轴的坐标可以通过超声波探头的安放位置确定。对于变压器绕组发生变形的情况，可通过三维图像进行判断。(2)去噪方法1)CEEMD算法以EMD算法为基础，是对EEMD算法的改进，通过加入正负成对的辅助噪声2CN110926386A权利要求书2/3页消除来消除重构信号中的参与辅助噪声，是一种更为简便、高效的模态方法，可消除模态混叠效应，稳定性较好，主要包含如下步骤：a)向原始信号x(t)中添加n对正负白噪声信号，从而生成两套集合固有模态函数IMF，如式(7)所示；式中S为原信号；N为辅助噪声；M1和M2分别为加入n对正、负成对噪声后的信号，信号个数为2n；b)对集合中每一个信号做EMD分解，每个信号得到一组IMF分量，其中第i个信号的第j个IMF分量表示为IMFij。c)对集合中分量进行EMD分解并进行多组分量组合得到分解结果如式(8)所示；式中IMFj表示分解得到的第j个IMF分量。d)最终得到信号的j个IMF分量与残余分量r(t)，如式(9)所示：通过分析发现，在依次排列的各IMF分量当中，经CEEMD分解得到的前几个IMF分量为高频分量，通常该部分可能含有噪声，需对该部分去噪；2)改进小波去噪算法小波变换作为一种多尺度分析方法，在时域和频域都