[發明專利]變壓器有載分接開關機械狀態的在線監測方法

無效

• 申請號: 201310346646.0
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN103438978A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 王豐華;周翔;段若晨
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種變壓器有載分接開關機械狀態的在線監測方法，其特征在于，包括下列步驟：

（1）將振動傳感器設置在變壓器有載分接開關的表面上，實時采集變壓器有載分接開關表面的振動信號x(t)，t=1,…N₀,N₀為時間序列的長度；

（2）使用延遲坐標法對振動信號x(t)進行相空間重構，為

X(1)=[x(1),x(1+τ),...,x(1+(m-1)τ)]X(2)=[x(2),x(2+τ),...,x(2+(m-1)τ)]......X(k)=[x(k),x(k+τ),...,x(k+(m-1)τ)]......X(N)=[x(N),x(N+τ),...,x(N+(m-1)τ)]]]>

式中，N為相空間重構后的相空間中的時間向量個數，m為嵌入維數，τ為延遲時間，X(k)(k＝1,…,N)為對振動信號x(t)進行重構后的相空間的第k個時間向量，N₀＝N+(m-1)τ；

這N個時間向量形成了一個重構的相空間，這N個延遲時間序列的關聯積分函數為

Cs(m,N,r,t)=2N(N-1)Σ1≤i≤j≤NH(r-dij),r>0]]>

d_ij＝||X(i)-X(j)||

H(r)=1,r≥00,r<0]]>

式中，H(r)為Heaviside階躍函數，r為半徑；

所述的嵌入維數m和延遲時間τ的計算過程為：

（I）計算振動信號x(t)的標準差σ；

（II）將振動信號x(t)分成t₀個不相交的子序列，為

{x1,xt0+1,x2t0+1,...}]]>

{x2,xt0+2,x2t0+2,...}]]>

……

{xt0,x2t0,x3t0,...}]]>

此處，每個子序列的長度為l＝N₀/t₀；

（III）定義這t₀個子序列的檢驗統計量為嵌入維數為m時t₀個子序列的關聯積分函數與嵌入維數為1時t₀子序列的關聯積分函數差值之和的平均值，其計算公式為

S(m,N0,r,t0)=1t0Σs=1t0[Cs(m,N0/t0,r,t0)-Csm(1,N0/t0,r,t0)]]]>

則當N₀→∞時，有

S(m,r,t0)=1t0Σs=1t0[Cs(m,r,t0)-Csm(1,r,t0)]]]>

（IV）對t₀個子序列，分別計算：檢驗統計量的均值檢驗統計量的差值和檢驗統計量的方差S_cor(t₀)，其表達式分別為

S‾(t0)=116Σm=25Σj=14S(m,rj,t0)]]>

ΔS‾(t0)=14Σm=25ΔS(m,t0)]]>

Scor(t0)=ΔS‾(t0)+|S‾(t0)|]]>

ΔS(m,t₀)＝max{S(m,r_j,t₀)}-min{S(m,r_j,t₀)}

式中，r_j＝jσ/2；

（IV）尋找的第一個零點或的第一個極小值點，第一個零點或第一個極小值點對應的時間即為延遲時間τ；

（V）尋找S_cor(t₀)的最小值點，對應的時間為振動信號時間序列x(t)的第一個整體最大值時間窗口τ_w，計算嵌入維數m，公式如下：

m＝int(τ_w/τ+1)

式中，int為取整函數。

（3）根據K-means聚類分析法計算振動信號在重構相空間的簇中心個數K_C及各簇中心的位置坐標；

（4）分別計算每個簇中心與第1個簇中心的絕對距離；

（5）計算每個簇中心相對于第1個簇中心的相對誤差：若第2個簇中心與第1個簇中心的絕對距離減小為原來的20%且第2個簇中心與第1個簇中心的絕對距離大于其余K_C-2個簇中心與第1個簇中心的絕對距離，則判斷有載分接開關操作過程中運行狀態異常；否則，認為有載分接開關操作過程中運行狀態正常。

2.根據權利要求1所述的變壓器有載分接開關機械狀態的在線監測方法，其特征在于，所述的簇中心個數K_C及各個簇中心的位置坐標的具體計算方法如下：

（I）在重構相空間的N個向量中任選K_C1個相點作為簇中心，這K_C1個簇中心在重構相空間的位置為X(i)(1＜i≤K_C1)，分別計算相空間中其余相點與這K_C1個相點的歐氏距離，按照距離最近的原則將其余相點歸入到這K_C1個簇中；

（II）計算這K_C1簇中所有相點的平均中心位置，作為這K_C1個簇的在相空間的新的簇中心位置，記為X'(i)(1＜i≤K_C1)，即X'(i)在相空間的m維坐標分別為以K_C1簇內所有相點的m維坐標的平均值；

（III）計算新簇的簇中心X'(i)相對于原有簇的簇中心X(i)的偏移比例BP，公式如下

當偏移比例小于1%時，認為新簇的位置中心X'(i)是穩定的，進入步驟（IV）；

當偏移比例大于1%時，認為新簇的位置中心X'(i)是不穩定的，返回步驟（I）；

（IV）根據確定的K_C1個新簇中心X'(i)，重新計算相空間中其余相點相對于這K_C1個簇中心X'(i)的歐氏距離，按照距離最近的原則將其余相點歸入到這K_C1個簇中。

（V）分別計算這K_C1個簇中每個簇中心與屬于該簇的各個相點的距離，其計算公式為

J(CKC1)=ΣXi∈CKC||X′(i)-X(j)||2]]>?1＜i≤K_C1?1≤j≤P_t

式中，X'(i)為第i個簇的簇中心的相空間位置，1＜i≤K_C1；X(j)為屬于第i個簇的第j個相點的相空間坐標；P_t為屬于第i個簇的相點數目。

將每個簇中心與屬于該簇的相點的距離進行累加，得到該簇的總體距離，其計算公式為

J(C)=ΣK=1KC1J(KC1)]]>

（VI）令K_C＝K_C1+1，重復步驟（I）～步驟（V），得到K_C個簇的總體距離，記為J'(C)；

計算總體距離的減小速率DR，公式為

DR=|J′(C)-J(C)||J(C)|×100%]]>

當減小速率小于5%時，認為總體距離的減小速率基本穩定，重構信號已經被充分表示，此時K'_C即為所求的簇中心的數目，X'(i)(1＜i≤K_C1)即為K_C個簇中心的位置坐標；

否則重復步驟（I）～步驟（VI），直至總體距離的減小速率基本穩定，此時對應的K_C即為所求的簇中心的數目。