[發明專利]一種電抗器鐵心松動故障診斷方法、裝置和設備

在審

• 申請號: 202110990077.8
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113723496A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 吳經鋒;王文森;張璐;丁彬;韓彥華;吳昊;王南;尚宇;毛辰;唐露甜;王辰曦
• 申請（專利權）人: 國網陜西省電力公司電力科學研究院;國網陜西省電力公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G01H11/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種電抗器鐵心松動故障診斷方法、裝置和設備，利用振動測量裝置對高壓并聯電抗器進行振動信號的采集，選取電抗器油箱表面作為測量位置，對采集到的信號進行預處理，將預處理后的振動信號進行模型預測，從而檢測電抗器鐵心是否發生松動故障。采用GBDT分類算法有效的將采集到的振動信號分類到適當的標簽下，并且進行分類的速度快、精度高，在進行信號采集時，對振動位置和負載大小的要求不高，使得具有初步判斷對高壓并聯電抗器螺母松動故障發生，并預測松動程度成為可能。

技術領域

本發明屬于電路設備故障診斷技術領域，具體涉及電抗器鐵心故障診斷方法、裝置和設備。

背景技術

在現在電壓等級不斷提高和市場經濟快速發展的環境下，使得電力企業提高了對輸變電設備的安全、經濟運行的要求，高壓并聯電抗器在電力系統中是關鍵的一環，若其可靠性出現波動，則直接影響電力系統的安全與穩定。據統計資料表明，由于高壓并聯電抗器電壓等級高，具有大容量，長期運行的振動容易造成結構件松動等問題，其中約束鐵心的緊固夾件是易產生松動的部件。高壓并聯電抗器由于其多氣隙鐵心結構等特殊結構等原因，在交變磁場中產生的振動更為強烈，振動期間鐵心餅與緊固夾件、繞組與壓板等連接結構件會產生軸向、徑向相對位移和一定程度的形變，造成螺栓松動、絕緣材料老化等故障。因此，電抗器各組件的振動情況在一定程度上表征其機械狀態，積極開展電抗器松動故障診斷，以便及時發現并采取相應措施，不但可以減少運行維護成本，延長設備壽命，而且能夠預防嚴重事故的發生，帶來良好的社會和經濟效益。通過分析振動信號可以實現對電抗器運行狀態進行監測與評估，從而預先發現潛伏性故障，及時進行排查，這對電力系統的安全穩定運行有著重要意義。

目前，國內外學者關于電抗器的研究主要集中于降噪減振裝置研制、絕緣油色譜分析與電磁場分析等方面，關于電抗器振動研究較少，振動信號分析法不僅可以同時診斷繞組和鐵心狀況，而且與整個電力系統無電氣連接，可方便、安全可靠地實現帶電檢測。現階段進行部分的電抗器振動研究有基于有限元分析軟件COMSOL對電抗器鐵心進行三維建模，對鐵心電磁力及夾件等鋼結構受力進行仿真計算；還有建立電抗器基于電磁、流體和溫度三維的溫升計算模型，研究電抗器整體及內部繞組的溫度分布特性；也有分析了電抗器振動機理，介紹了兩種振動信號測試方法，并對實測振動信號進行頻譜分析和基于實測特高壓并聯電抗器振動信號分析，明確了振動頻譜及油箱表面分布特性。可見振動法在近些年來一直是國內外研究的熱點。高壓并聯電抗器表面采集到的振動信號在經過處理后會反映當前設備健康狀態，在故障發生時產生的振動信號較正常情況下會產生差別，如果可以判斷設備處于何種狀態下，可及時報告研究員進行檢修，避免造成更嚴重的事故和經濟損失。

發明內容

本發明提供了一種電抗器鐵心松動故障診斷方法、裝置和設備，解決高壓并聯電抗器在長期運行期間不可避免地產生緊固結構松動后，不易檢測出異常技術問題。

為達到上述目的，本發明所述一種基于梯度提升決策樹算法的電抗器鐵心松動故障診斷方法，，包括以下步驟：

S1、采集高壓并聯電抗器工作狀態下的振動源信號，提取振動源信號中關鍵的數據特征；用GBDT算法構建的初始預測模型；

S2、將提取的數據特征設置分類標簽，作為訓練集，對初始預測模型進行訓練；在訓練過程中，使預測模型不停地學習數據包含的特征，每次迭代在上一輪訓練模型的殘差值基礎上訓練，經過多次迭代進行的殘差計算和權值加權后，使得強學習器學習到不同狀態下電抗器振動信號所包含的特征，得到目標預測模型；

S3、采集待診斷的電抗器的振動信號，將采集到的振動信號輸入目標預測模型，判斷當前電抗器是否處于螺母松動故障下，并預測電抗器處于何種松動程度下。

進一步的，S1中，用GBDT算法構建的初始預測模型包括以下步驟：

S A1、初始化第一個弱學習器的閾值與權值；

S A2、建立M棵分類回歸樹；