[發明專利]一種直流偏磁條件下電力變壓器運行狀態的在線監測方法

有效

• 申請號: 201310729107.5
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103713217B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 韓金華;王豐華;楊曉輝;王偉;李予全;董曼玲;鄭含博;楊威;郭磊;王吉;王震宇
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;上海交通大學;國家電網公司
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種直流偏磁條件下電力變壓器運行狀態的在線監測方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

(1)：通過將振動傳感器設置在變壓器的箱壁上，實時采集變壓器箱壁的振動信號；通過電壓互感器和電流互感器分別采集變壓器的三相電壓信號和三相電流信號；通過直流電流互感器采集變壓器中性點的直流電流；

(2)：將步驟(1)中采集到的振動信號進行抗混迭數字濾波和高速緩存，然后與電壓互感器、電流互感器和直流電流互感器分別采集到的變壓器的三相電壓信號、三相電流信號和中性點直流電流一起通過高速總線傳輸至數據分析模塊；

(3)：數據分析模塊對接收到的信號數據通過K-means聚類分析法建立變壓器振動聚類模型；

所述的通過K-means聚類分析法建立變壓器振動聚類模型具體包括以下幾個步驟：

3a：通過下列公式對中性點電流為某一定值時的振動信號、三相電壓信號和三相電流信號分別進行歸一化處理：

xnorm(t)=x(t)xmax(t),unorm(t)=u(t)-umax(t)umax(t)-umin(t),inorm(t)=i(t)-imax(t)imax(t)-imin(t)]]>

式中，x(t)、u(t)和i(t)分別為振動信號、三相電壓信號和三相電流信號；x_norm(t)、u_norm(t)和i_norm(t)為歸一化后的振動信號、三相電壓信號和三相電流信號；x_max(t)為振動信號的最大值；u_max(t)和u_min(t)分別為三相電壓信號的最大值和最小值；i_max(t)和i_min(t)分別為三相電流信號的最大值和最小值；

3b：在歸一化后的三相電壓信號、三相電流信號和振動信號100Hz在Z軸分量構成的三維空間中任選K_C1個振動信號作為初始聚類中心，K_C1個類集的初始聚類中心在三維空間的位置分別為X₀(i,j,k)，其中1<i,j,k≤N，，此處N為三相電壓信號或三相電流信號的長度；計算其余振動信號與這K_C1個振動信號的歐氏距離，按照距離最近的原則將其余振動信號歸入到這K_C1個類集中；

3c：計算K_C1個類集中所有振動信號的平均中心位置，作為K_C1個類集的在三維空間的新的聚類中心，記新的聚類中心為X'₀(i,j,k)，其中1<i,j,k≤N；

3d：利用下述公式計算新的聚類中心X'₀(i,j,k)相對于原有聚類中心X₀(i,j,k)的偏移比例BP(Bias Proportion)，當偏移比例BP小于1％時，可認為類集的位置中心X'₀(i,j,k)是穩定的；當偏移比例BP大于1％時，可認為類集的位置中心X'₀(i,j,k)是不穩定的，重復步驟3a、步驟3b和步驟3c，直至得到K_C1個穩定的新的聚類中心位置；偏移比例BP的計算公式為:

3e：根據確定的K_C1個新的聚類中心X'₀(i,j,k)，重新計算其余振動信號相對于K_C1個類集的聚類中心X'₀(i,j,k)的歐氏距離，按照距離最近的原則將其余振動信號歸入到這K_C1個聚類中；

3f：計算每個聚類的總體距離；

3g：令K_C＝K_C1+1，重復步驟3a～步驟3f，得到K_C個聚類的總體距離，記為J'(C)；計算K_C個聚類的總體距離的減小速率(Decreasing Rate,DRK_C)，當減小速率小于5％時，可認為總體距離的減小速率基本穩定，此時即為所求的聚類中心的數目，X'₀(i,j,k)即為K_C個聚類中心的位置坐標其中1<i,j,k<K_C；否則重復步驟3a～步驟3f，直至總體距離的減小速率基本穩定，此時對應的K_C即為所求的聚類中心的數目；所述的減小速率的計算公式為:其中J(C)為該聚類的總體距離；

(4)：在采集的變壓器箱壁上的振動信號中選取與變壓器振動聚類模型的輸出量Y時間相對應的振動信號，對此振動信號進行傅里葉變換，得到該振動信號的100Hz分量的幅值Y'；

(5)：將Y'與變壓器振動聚類模型的輸出量Y進行比較，若二者的相對誤差小于15％，則判斷變壓器運行狀態正常；若二者的相對誤差大于等于15％，則判斷變壓器運行狀態異常。

2.根據權利要求1所述的直流偏磁條件下電力變壓器運行狀態的在線監測方法，其特征在于：所述的步驟3f計算每個聚類的總體距離具體包括以下兩個步驟：

3f1：利用公式分別計算K_C1個類集的聚類中心與屬于該聚類的各個振動信號的距離，式中X'₀(i,j,k)為第m個類集的聚類中心位置，1<m≤K_C1；X'(i,j,k)為屬于第m個類集的振動信號位置；

3f2：將每個聚類中心與屬于該類集的振動信號的距離累加，得到該聚類的總體距離，其計算公式為