[發明專利]一種非接觸式變壓器局部短路檢測方法及檢測裝置

在審

• 申請號: 202011126673.3
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112395947A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 康愛國;李廣;張琦;姚紫娟;陳松
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01R31/62;G01R31/52;H01F27/40
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;鄧東東

1.一種非接觸式變壓器局部短路檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：使用檢測裝置中的聲音傳感器對變壓器內部的聲音信號進行采集，所述聲音傳感器將聲音信號發送通過低通濾波器、模數轉換模塊后輸入微控制器進行預處理，并將處理后的數據以無線的方式上傳至上位機；

步驟二：所述上位機對聲音信號做基于EEMD的最優低通降噪處理：

將含有噪聲的聲音信號x(t)經過EEMD分解之后，重構信號表示為：

式中IMF_i(t)表示固有模態分量；r_n(t)表示余項；n表示余項足夠小或余項為單調函數的固有模態分量個數；

定義含有噪聲的原始信號為：

x＝(x₁,x₂,...,x_m)；

定義算法f的降噪偏差均方差為：

式中x_j表示第j時刻的聲音信號數值，j＝1,2,...m；m代表信號的長度，為降噪后數據，j＝1,2,...m；

將(MSE_f+1)的倒數定義為算法逼近度取值范圍當MSE_f越小，越接近于1，則降噪處理之后的信號與原始信號越相像；

定義降噪前信號為：

y＝(y₁,y₂,...,y_m)；

定義ρ_f表示降噪信號與原始信號y的相關系數，也稱為算法f的相關度，則有：

式中表示與y的協方差；表示降噪信號的標準差；表示原始信號y的標準差；

確定最好的降噪算法的標準為：

定義約束條件：

降噪算法f目標函數為：

式中α，1-α表示影響因子、|ρ_f|影響因子，兩個因子的取值隨著信號處理方式的要求來取，定義max{f}最小的算法，降噪效果最好；

步驟三：將處理后的信號基于CEEMDAN做二次分解：

定義將EEMD低通降噪算法處理之后的信號作為CEEMDAN的原始信號s(n)；

定義算子E_k(.)為通過EMD方法產生的第k個IMF，CEEMDAN所產生第k個IMF記為則CEEMDAN算法步驟如下：

步驟3.1：對信號進行I次實驗，通過EMD方法分解獲取第一個IMF，計算公式為：

式中表示第一個固有模態分量的第i次實驗；表示均值；n表示余項足夠小或余項為單調函數的固有模態分量個數；

步驟3.2：在第一階段(k＝1)，計算第一個唯一的余量信號，即：

式中表示第一個固有模態分量；s(n)表示原始信號；r₁(n)表示第一個唯一的余量信號，n表示余項足夠小或余項為單調函數的固有模態分量個數；

步驟3.3：進行i次實驗(i＝1,...,I)，每次實驗中，對信號r₁(n)+ε₁E₁(vⁱ(n))進行分解，直到得到第一個EMD模態分量為止；在此基礎上計算第二個模態分量如下：

式中ε₁表示信噪比的系數；vⁱ(n)表示加入的白噪聲分量；

步驟3.4：對其余每個階段，即k＝2,...,K，計算第k個余量信號，與步驟3.3計算過程一致，計算第k+1個模態分量如下：

步驟3.5：執行步驟3.4，直到所獲取的余量信號不再可能進行分解時為止，其判斷的標準為余量信號的極值點個數最多不超過兩個；

算法終止時，所有模態分量的數量為K，最終的余量信號為：

因此原始信號序列s(n)最終被分解為：

步驟四：能量熵計算：

對CEEMDAN處理之后的每個IMF進行能量計算，計算公式為：

式中E_k表示第k個IMF的能量，len表示信號長度，q表示信號點，imf_k(q)表示IMF_k在q點處的幅值；

用能量熵H_EN表示各頻帶內信號的能量變化，計算公式為：

式中為每個IMF分量能量在所有能量中所占比重。

2.一種非接觸式變壓器局部短路檢測系統，包括安裝在變壓器上的檢測裝置，其特征在于：所述檢測裝置內部設置有微控制器、低通濾波器、模數轉換模塊，所述檢測裝置外側通過導線與聲音傳感器相連，所述聲音傳感器的信號輸出端依次串接低通濾波器、模數轉換模塊后與微控制器相連；

所述微控制器還通過導線與無線通信模塊雙向連接，所述無線通信模塊通過無線網絡與上位機相連。