信號g(t); (3) 將振動(dòng)信號X(](t)與窄帶白噪聲信號g(t)進(jìn)行相加，得到疊加信號x(t)，并將疊 加信號X (t)分解為若干個(gè)固有模式函數(shù)分量； (4) 計(jì)算振動(dòng)信號X(](t)與步驟（3)分解得到的每一個(gè)固有模式函數(shù)分量之間的相關(guān) 系數(shù)，并選取數(shù)值最大的相關(guān)系數(shù)所對應(yīng)的固有模式函數(shù)分量為特征振動(dòng)固有模態(tài)分量， 記為頂F n; 其中，所述振動(dòng)信號^(0與步驟（3)中分解得到的第k個(gè)固有模式函數(shù)分量的相關(guān) 系數(shù)cork的計(jì)算公式為式中，xw(t)為振動(dòng)信號X(：(t)在第t+i/f。時(shí)刻的幅值；％(〇為振動(dòng)信號 X(](t)幅值 的平均值；ckl⑴為第k個(gè)固有模式函數(shù)分量在第t+i/f。時(shí)刻的幅值；&⑴為第k個(gè)固有 模式函數(shù)分量ck (t)幅值的平均值；f。為振動(dòng)信號X。(〇的采樣頻率； (5) 根據(jù)固有模態(tài)分量頂Fni的峰值變化確定振動(dòng)信號X。(〇穩(wěn)態(tài)振動(dòng)過程的起始時(shí)刻 tb和結(jié)束時(shí)刻t y并記振動(dòng)信號X。(t)從起始時(shí)刻tb至結(jié)束時(shí)刻t e的時(shí)間段內(nèi)的部分為穩(wěn) 態(tài)振動(dòng)信號Xs (t); (6) 計(jì)算穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號Xs (t)的形態(tài)譜和形態(tài)譜熵，其計(jì)算公式為式中，H(f/g)為形態(tài)譜熵；PSf ( λ，g)為形態(tài)譜；f為網(wǎng)格數(shù)Ng'（t) ;g為結(jié)構(gòu)元素 ；λ 為尺度；λ_為尺度最大值；λ _為尺度最小值； (7) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號xs(t)的形態(tài)譜熵對繞組狀態(tài)進(jìn)行判別：當(dāng)形態(tài)譜熵的變化ΔΗ 滿足，判定變壓器的繞組在變壓器發(fā)生第Y次突發(fā)短路時(shí) 發(fā)生松動(dòng)或變形；其中，H1為變壓器第1次發(fā)生突發(fā)短路時(shí)所采集振動(dòng)信號的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信 號形態(tài)譜熵，Hy為變壓器第Y次發(fā)生突發(fā)短路時(shí)所采集振動(dòng)信號的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號形態(tài)譜熵。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（Ia)中，對所述變壓器箱壁采 集振動(dòng)信號的開始時(shí)間接近于所述變壓器發(fā)生突發(fā)短路的起始時(shí)刻。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟（2)中，用振動(dòng)信號X。(〇構(gòu) 造出窄帶白噪聲信號g(t)的方法包括以下步驟： 2a.對振動(dòng)信號X(](t)進(jìn)行傅里葉變換，得到振動(dòng)信號X(](t)的頻譜分布； 2b.根據(jù)振動(dòng)信號X(](t)的頻譜分布生成白噪聲信號S(](t)，其中白噪聲信號 S(](t)的 幅值A(chǔ)的表達(dá)式為式中，K為系數(shù)，系數(shù)K取值為振動(dòng)信號X。(t)幅值平均值的1/10 ;Nf為振動(dòng)信號X。(t) 頻譜分量中最高頻率分量fH與50Hz的比值；f = 1，2,…，Nf)為振動(dòng)信號xQ(t)的各個(gè) 頻率分量；a; (i = 1，2,…，Nf)為振動(dòng)信號X。(t)的各個(gè)頻率分量對應(yīng)的幅值； 2c.使用巴特沃斯帶通濾波器對白噪聲信號S(](t)進(jìn)行濾波，得到窄帶白噪聲信號 g(t);所述巴特沃斯帶通濾波器的傳遞函數(shù)表達(dá)式為式中，KJ3I 4為低頻截止頻率，為振動(dòng)信號X(](t)頻譜分量中的最低頻率分 量，I為低頻帶寬系數(shù)；ω K Η2 π fH為高頻截止頻率，f H為振動(dòng)信號X。(t)頻譜分量中的 最高頻率分量，Kh為高頻帶寬系數(shù)；m為濾波器階數(shù)；ω = 2 π f為角頻率，f = 50。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟（3)中，將疊加信號x(t)分 解為若干個(gè)固有模式函數(shù)分量的方法包括以下步驟： 3a.對疊加信號x(t)求導(dǎo)，得到時(shí)間序列y(t); 3b.計(jì)算時(shí)間序列y(t)相鄰兩點(diǎn)的乘積 Pyi (t) = Yi (t) Xyi i(t) 式中，i = 2, 3, 一,N-1，其中，N為信號點(diǎn)數(shù)； 3c.根據(jù)乘積Py1 (t)和時(shí)間序列y(t)的正負(fù)，依次找尋疊加信號x(t)的所有局部極 大值點(diǎn)eb(t)和所有局部極小值點(diǎn)es(t): 當(dāng)Pyi (t) < 0時(shí)，若Pyi (t) < 0且y; !⑴< 0,則Xi !⑴為局部極小值點(diǎn)；若Pyi⑴ < 〇且Y1 i⑴> 0,則X1 i⑴為局部極大值點(diǎn)； 當(dāng)Pyi (t) > 0時(shí)，Xi丨⑴為非極值點(diǎn)； 當(dāng)Pyi (t) = 0時(shí)，若y;丨⑴=0,計(jì)算兩點(diǎn)y;⑴和y; 2⑴的乘積，令Pyi⑴'= yi⑴x yi 2⑴，若Pyi⑴' < 0且y; 2⑴< 0,貝丨J Xi !⑴為局部極小值點(diǎn)；若Pyi⑴' < 0 且yi 2⑴> 〇,則Xi 1⑴為局部極大值點(diǎn)；若yi 2⑴=〇,則Xi 1⑴為非極值點(diǎn)； 3d.將所有局部極大值點(diǎn)eb(t)和所有局部極小值點(diǎn)es(t)用三次樣條插值函數(shù)s (t) 連接起來分別求出上包絡(luò)線e_(t)和下包絡(luò)線e_(t)，所述的三次樣條插值函數(shù)s (t)是 在疊加信號x(t)的每一個(gè)小區(qū)間[Ut1Ja = 1，2，···，Ν_1)上不超過三次的多項(xiàng)式，其 表達(dá)式為式中，mjPm1+1為三次樣條插值函數(shù)s(t)在區(qū)間But1J兩端點(diǎn)處的二階導(dǎo)數(shù)值； 3e.根據(jù)求得的上包絡(luò)線e_(t)和下包絡(luò)線emin(t)計(jì)算上、下包絡(luò)線的均值m(t)= (e_(t)+e_(t))/2,將疊加信號x(t)減去m(t)，得到一個(gè)新的時(shí)間序列yi⑴； 3f.判斷時(shí)間序列yi(t)是否同時(shí)滿足下述兩個(gè)條件： A. 在整個(gè)信號長度上，極值點(diǎn)和過零點(diǎn)的數(shù)目必須相等或者至多只相差一個(gè)； B. 在任意時(shí)刻，由極大值點(diǎn)定義的上包絡(luò)線和由極小值點(diǎn)定義的下包絡(luò)線的平均值為 零； 若同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則yi(t)為固有模式函數(shù)分量；若不能同時(shí)滿足上述兩個(gè)條 件，則將L (t)作為一個(gè)原始分量，重復(fù)前述步驟3a~3e，直到時(shí)間序列yi (t)同時(shí)滿足上 述兩個(gè)條件，將同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件的71(0記為(31(〇，則(： 1(〇為疊加信號以〇的一 個(gè)固有模式函數(shù)分量，并且i = 1，2，···，\，Nh為疊加信號x(t)的固有模式函數(shù)分量總數(shù) 量； 3g.將(^(〇從疊加信號x(t)中分離出來，得到差值信號^(〇為 Ti (t) = x(t)-Ci(t) 3h.將差值信號ri(t)作為待處理信號替代疊加信號x(t)來重復(fù)上述步驟3a~3g， 直至滿足迭代終止準(zhǔn)則，得到全部Nh個(gè)固有模式函數(shù)分量，所述迭代終止準(zhǔn)則為：得到新的 時(shí)間序列又"^為窄帶信號； 經(jīng)過上述步驟，振動(dòng)信號X(](t)已經(jīng)被分解為若干個(gè)固有模式函數(shù)分量與剩余信號之 和，其表達(dá)式為 X0 ⑴=Σ Ci (t)+!Ti ⑴。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟（5)中，根據(jù)固有模態(tài)分量 MFni的峰值變化確定振動(dòng)信號X。(〇穩(wěn)態(tài)振動(dòng)過程的起始時(shí)刻tb、結(jié)束時(shí)刻％和穩(wěn)態(tài)振動(dòng) 信號X s(t)的方法包括以下步驟： 5a.計(jì)算特征振動(dòng)固有模態(tài)分量IMFni的頻譜分布，選取頻譜分量中幅值最大的振動(dòng)頻 率為特征頻率，記為圪； 5b.從振動(dòng)信號X(](t)的起始時(shí)刻開始按時(shí)間順序依次計(jì)算振動(dòng)信號X(](t)在各個(gè)時(shí) 刻的網(wǎng)格數(shù)Ng(t)，其中，網(wǎng)格數(shù)Ng(t)是指振動(dòng)信號xQ(t)在時(shí)間段[t，t+0.5Tj內(nèi)變化 量絕對值之和的平均值，其計(jì)算公式為式中，N。為振動(dòng)信號xQ(t)在時(shí)間段[t, t+0. 5TJ內(nèi)的數(shù)據(jù)長度；xQl(t)和xQ(1+1) (t)分 別為振動(dòng)信號在第t+i/f。時(shí)刻和t+(i+1)/f。時(shí)刻的的幅值；f。為振動(dòng)信號X。(t)的采樣頻 率；Tni為特征頻率L的倒數(shù)； 5c.按時(shí)間順序依次對振動(dòng)信號X(：(t)在各個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格數(shù)Ng(t)進(jìn)行篩選，篩選的原 則為：若某個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格數(shù)Ng(t)大于預(yù)設(shè)的閾值，則保留該時(shí)刻的網(wǎng)格數(shù)；若某個(gè)時(shí)刻的 Ng(t)小于預(yù)設(shè)的閾值，則將該時(shí)刻的網(wǎng)格數(shù)設(shè)置為O ;記振動(dòng)信號X(](t)進(jìn)行篩選后的網(wǎng) 格數(shù)為篩選后網(wǎng)格數(shù)Ng'（t); 5d.從篩選后網(wǎng)格數(shù)Ng'（t)中的第一個(gè)非O網(wǎng)格數(shù)對應(yīng)的時(shí)刻開始依次進(jìn)行開 Top-hat運(yùn)算，檢測到的第一個(gè)峰值即為振動(dòng)信號X(](t)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)過程的起始時(shí)刻tb;從 篩選后網(wǎng)格數(shù)Ng'（t)中的最后一個(gè)非0網(wǎng)格數(shù)對應(yīng)的時(shí)刻開始反向依次進(jìn)行開Top-hat 運(yùn)算，檢測到的第一個(gè)峰值即為振動(dòng)信號^(0穩(wěn)態(tài)振動(dòng)過程的結(jié)束時(shí)刻U所述的開 Top-hat運(yùn)算的表達(dá)式為式中，f為網(wǎng)格數(shù)Ng'（t) ;g為結(jié)構(gòu)元素；/0g為使用結(jié)構(gòu)元素 g對信號f進(jìn)行腐蝕 運(yùn)算：為使用結(jié)構(gòu)元素 g對信號進(jìn)行膨脹運(yùn)算。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述的步驟5c中，所述預(yù)設(shè)的閾值取值 為網(wǎng)格數(shù)Ng(t)最大值的20%并取整值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振動(dòng)信號形態(tài)譜的變壓器突發(fā)短路下繞組狀態(tài)診斷方法，包括：(1)對變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)短路監(jiān)測，并且，每當(dāng)檢測到變壓器發(fā)生突發(fā)短路時(shí)采集變壓器箱壁的一段連續(xù)的振動(dòng)信號，并通過以下步驟(2)至步驟(6)的方法計(jì)算出每一次變壓器發(fā)生突發(fā)短路時(shí)所采集振動(dòng)信號的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號形態(tài)譜熵；(7)根據(jù)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號xs(t)的形態(tài)譜熵對繞組狀態(tài)進(jìn)行判別：當(dāng)形態(tài)譜熵的變化ΔH滿足時(shí)，判定變壓器的繞組在變壓器發(fā)生第Y次突發(fā)短路時(shí)發(fā)生松動(dòng)或變形。本發(fā)明具有準(zhǔn)確、高效的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01R31/06
【公開號】CN105182172
【申請?zhí)枴緾N201510437469
【發(fā)明人】楊賢, 林春耀, 王豐華, 周丹, 歐小波, 馬志欽
【申請人】廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 上海交通大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年7月23日