[發明專利]基于振動分析法的變壓器故障分類和識別方法

有效

• 申請號: 201611003127.4
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106646096B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 李敏;陳果;石同春;沈大千;秦少鵬;向天堂;鄧權倫;羅宇昆;高翔;陳大浩
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司廣安供電公司;國家電網公司
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06;G01H17/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 田甜

本發明公開了一種基于振動分析法的變壓器故障分類和識別方法，包括以下步驟：S1：選取變壓器試驗對象，采集不同狀態下變壓器振動信號為樣本數據；S2：利用希爾伯特?黃變換中集合經驗模式分解方法計算樣本數據得到本征模函數；S3：提取本征模函數分量中特征矢量V；S4：利用主成分分析法對特征矢量進行降維，坐標投影到二維圖像中；S5：利用K鄰近法對樣本數據進行分類；S6：利用距離公式計算測試樣本與原始樣本的距離；S7：進行模式識別；S8：輸出模式識別中相對應的變壓器故障類型；可直觀有效地判斷變壓器運行狀態。

技術領域

本發明涉及電力設備檢測領域，具體涉及一種基于振動分析法的變壓器故障分類和識別方法。

背景技術

在電力系統的各種設備中，變壓器是昂貴且重要的設備，其可靠性對于保證電網安全運行意義重大。變壓器歷年的故障統計表明，變壓器繞組和鐵芯是發生故障較多的部件，繞組和鐵芯引發的變壓器事故在變壓器總事故中所占比例達到70％。

目前，檢測變壓器運行狀態的方法日益增多。短路阻抗法，通過離線測量繞組的電抗并觀察其阻抗值變化來判斷繞組變形情況，但該方法靈敏度低、可靠性差。低壓脈沖法，主要應用于現場試驗測試，然而該方法具有易受干擾影響、需作校正、測試電路要求特殊布置以保證測試的重復性等缺陷。頻響分析法，通過測量變壓器3相繞組的頻率響應曲線進行測試變壓器繞組變形程度，克服了低壓脈沖法存在可重復性差的一些缺陷，但該方法只能對變壓器進行離線檢測。但是以上三種方法都只能實現離線檢測，因此，迫切需要一種可以進行對變壓器故障進行帶電檢測的方法。

現有的集合經驗模式分解方法，即EEMD方法來提取變壓器狀態的特征向量并利用Fisher判別法進行故障分類可以實現對變壓器故障的帶電檢測。但是，根據EEMD提取變壓器振動信號的特征矢量，特征矢量是多組數據，并且試驗樣本較多時，試驗樣本會成為一個多維數組。多維數組不利于計算，同時也不利于現實中的觀察；同時Fisher判別法只能實現線性分類，無法實現非線性分類，在試驗數據中由于試驗測量數據的不確定性，難免會出現錯誤數據，這些錯誤數據會影響到線性分類的效果。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題提供一種基于振動分析法的變壓器故障分類和識別方法。

本發明通過下述技術方案實現：

基于振動分析法的變壓器故障分類和識別方法，包括以下步驟：

S1：選取變壓器試驗對象，采集不同狀態下變壓器振動信號為樣本數據；

S2：利用希爾伯特-黃變換中集合經驗模式分解方法計算樣本數據得到本征模函數；

S3：提取本征模函數分量中特征矢量V；

S4：利用主成分分析法對特征矢量進行降維，坐標投影到二維圖像中；

S5：利用K鄰近法對樣本數據進行分類；

S6：利用距離公式計算測試樣本與原始樣本的距離；

S7：進行模式識別；

S8：輸出模式識別中相對應的變壓器故障類型。

由于變壓器繞組和鐵芯結構非線性特性的存在，變壓器振動信號會呈現出比較明顯的非線性。傳統的時頻分析方法在分析非線性非平穩信號存在不足。本發明采用主成分分析法和KNN分類識別法，實現對試驗樣本的直觀分類和模式識別。對于試驗樣本數據，可以實現在二維圖像上的直觀投影，達到直觀分類效果，在分類中的極少量錯誤數據不會影響到 KNN分類和模式識別的效果。

在步驟S2中，利用希爾伯特-黃變換中集合經驗模式分解方法計算樣本數據得到本征模函數的步驟為：

向原始信號x(t)中加入M次的高斯白噪音序列n_i(t)，(i＝1，2，…，M)，即：