一种变压器有载分接开关运行状态的在线监测方法

摘要

一种变压器有载分接开关运行状态的在线监测方法，属信号监测领域。其实时采集变压器箱壁的机械振动信号；使用延迟坐标法对振动信号x(t)进行相空间重构；确定重构相空间的指定区域V；计算空间相点的密度分布；计算有载分接开关动作前后空间密度曲线的相关系数ρ；若相关系数ρ>0.8，则判断有载分接开关运行状态正常；若相关系数ρ<0.8，则判断有载分接开关运行状态异常。其通过对有载分接开关动作过程中的振动信号进行实时监控，能够实现对变压器有载分接开关工作状态的高效、准确地判断。可广泛用于各种变压器有载分接开关的在线监测与故障诊断领域。

主权项

一种变压器有载分接开关运行状态的在线监测方法，包括采集变压器有载分接开关表面的振动信号，使用延迟坐标法对振动信号时间序列x(t)进行相空间重构和确定重构相空间的指定区域V，所述的使用延迟坐标法对振动信号时间序列x(t)进行相空间重构，为$\left\{\begin{array}{c}X\left(1\right)=\left[x\right(1),x(1+\tau ),...,x(1+(m-1)\tau \left)\right]\\ X\left(2\right)=\left[x\right(2),x(2+\tau ),...,x(2+(m-1)\tau \left)\right]\\ ......\\ X\left(k\right)=\left[x\right(k),x(k+\tau ),...,x(k+(m-1)\tau \left)\right]\end{array}\right.$式中，m为嵌入维数，τ为延迟时间，这k个向量形成了一个重构的相空间；其特征在于所述的在线监测方法包括下列步骤：(1)将采集到的振动信号进行抗混迭数字滤波和高速缓存，然后通过高速总线传输至数据分析模块；(2)在使用延迟坐标法对振动信号时间序列x(t)进行相空间重构和确定重构相空间的指定区域V后，计算空间相点的密度分布；(3)计算有载分接开关动作前后空间密度曲线的相关系数ρ；若相关系数ρ>0.8，则判断有载分接开关运行状态正常；若相关系数ρ<0.8，则判断有载分接开关运行状态异常；其所述的变压器有载分接开关运行状态的在线监测方法，以通过对变压器有载分接开关表面振动信号的实时监控，来直接判断变压器有载分接开关的工作状态，便于操作人员及时发现变压器有载分接开关的异常，从而根据异常情况对变压器有载分接开关进行及时地检修，可大大降低变压器有载分接开关的故障损坏率；其中，其所述的嵌入维数m和延迟时间τ的计算过程为：(2‑1)计算振动信号时间序列x(t)的标准差σ；(2‑2)将振动信号时间序列x(t)分成t个不相交的子序列，每个子序列的长度l为l＝N/t，此处有t＝6；式中，N为振动信号时间序列的均值；(2‑3)对每个子序列，计算三个统计量和S_cor(t)，为$\bar{S}\left(t\right)=\frac{1}{16}\underset{m=2}{\overset{5}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}S(m,r_j,t)$$\Delta \bar{S}\left(t\right)=\frac{1}{4}\underset{m=2}{\overset{5}{\Sigma }}\Delta S(m,t)$$S_{cor}\left(t\right)=\Delta \bar{S}\left(t\right)+\left|\bar{S}\left(t\right)\right|$$S(m,r,t)=\frac{1}{t}\underset{s=1}{\overset{t}{\Sigma }}[C_s(m,r,t)-C_s^m(1,r,t)]$$S(m,N,r,t)=\frac{1}{t}\underset{s=1}{\overset{t}{\Sigma }}[C_s(m,N/t,r,t)-C_s^m(1,N/t,r,t)],N\to \infty$$C_s(m,N,r,t)=\frac{2}{k(k-1)}\underset{1\le i\le j\le k}{\Sigma }H(r-d_{ij}),r>0$d_ij＝||X(i)‑X(j)||，其中的d_ij为欧氏距离；$H\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& r\ge 0\\ 0,& r<0\end{array}\right.$为Heaviside阶跃函数式中，r为半径，其取值范围为1～4；(2‑4)寻找的第一个零点或的第一个极小值点，第一个零点或第一个极小值点对应的时间即为延迟时间τ；(2‑5)寻找S_cor(t)的最小值点，对应的时间为振动信号时间序列x(t)的第一个整体最大值时间窗口τ_w，计算嵌入维数m，为m＝int(τ_w/τ+1)式中，int为取整函数；其所述的空间相点密度分布的计算过程为：等间隔划分计算空间[2R_a,3R_a]，此处等间隔分为5份，其中的2R_a为圆心，3R_a为圆域的半径；计算重构相空间各个相点距离原点的欧氏距离，统计相点落在各个空间的点数，得到各个划分空间的相点分布密度；其所述的相关系数ρ的计算公式为：$\rho =\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(X_i-\bar{X})(Y_i-\bar{Y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(X_i-\bar{X})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(Y_i-\bar{Y})}^2}}.$