变压器有载分接开关机械状态的在线监测方法

摘要

本发明公开了一种变压器有载分接开关机械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；对振动信号x(t)进行相空间重构，得到振动信号的重构相空间；计算振动信号在重构相空间的簇中心个数K_C及K_C个簇中心的位置坐标；计算有载分接开关操作过程中振动信号重构相空间中K_C个簇中心相对于第1个簇中心的相对误差。本发明有效地、高灵敏度地在线监测出变压器有载分接开关运行状态，从而可及时检修或更换变压器有载分接开关，避免有载分接开关损坏而导致变压器故障及电力系统故障。

主权项

1.一种变压器有载分接开关机械状态的在线监测方法，其特征在于，包括下列步骤：（1）将振动传感器设置在变压器有载分接开关的表面上，实时采集变压器有载分接开关表面的振动信号x(t)，t=1,…N₀,N₀为时间序列的长度；（2）使用延迟坐标法对振动信号x(t)进行相空间重构，为$\left\{\begin{array}{c}X\left(1\right)=[x\left(1\right),x(1+\tau ),...,x(1+(m-1)\tau )]\\ X\left(2\right)=[x\left(2\right),x(2+\tau ),...,x(2+(m-1)\tau )]\\ ......\\ X\left(k\right)=[x\left(k\right),x(k+\tau ),...,x(k+(m-1)\tau )]\\ ......\\ X\left(N\right)=[x\left(N\right),x(N+\tau ),...,x(N+(m-1)\tau )]\end{array}\right.$式中，N为相空间重构后的相空间中的时间向量个数，m为嵌入维数，τ为延迟时间，X(k)(k＝1,…,N)为对振动信号x(t)进行重构后的相空间的第k个时间向量，N₀＝N+(m-1)τ；这N个时间向量形成了一个重构的相空间，这N个延迟时间序列的关联积分函数为$C_s(m,N,r,t)=\frac{2}{N(N-1)}\underset{1\le i\le j\le N}{\Sigma }H(r-d_{\mathrm{ij}}),r>0$d_ij＝||X(i)-X(j)||$H\left(r\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& r\ge 0\\ 0,& r<0\end{array}\right.$式中，H(r)为Heaviside阶跃函数，r为半径；所述的嵌入维数m和延迟时间τ的计算过程为：（I）计算振动信号x(t)的标准差σ；（II）将振动信号x(t)分成t₀个不相交的子序列，为$\{x_1,x_{t_0+1},x_{{2t}_0+1},...\}$$\{x_2,x_{t_0+2},x_{2t_0+2},...\}$……$\{x_{t_0},x_{{2t}_0},x_{{3t}_0},...\}$此处，每个子序列的长度为l＝N₀/t₀；（III）定义这t₀个子序列的检验统计量为嵌入维数为m时t₀个子序列的关联积分函数与嵌入维数为1时t₀子序列的关联积分函数差值之和的平均值，其计算公式为$S(m,N_0,r,t_0)=\frac{1}{t_0}\underset{s=1}{\overset{t_0}{\Sigma }}[C_s(m,N_0/t_0,r,t_0)-C_s^m(1,N_0/t_0,r,t_0)]$则当N₀→∞时，有$S(m,r,t_0)=\frac{1}{t_0}\underset{s=1}{\overset{t_0}{\Sigma }}[C_s(m,r,t_0)-C_s^m(1,r,t_0)]$（IV）对t₀个子序列，分别计算：检验统计量的均值检验统计量的差值和检验统计量的方差S_cor(t₀)，其表达式分别为$\bar{S}\left(t_0\right)=\frac{1}{16}\underset{m=2}{\overset{5}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}S(m,r_j,t_0)$$\Delta \bar{S}\left(t_0\right)=\frac{1}{4}\underset{m=2}{\overset{5}{\Sigma }}\mathrm{\Delta S}(m,t_0)$$S_{\mathrm{cor}}\left(t_0\right)=\Delta \bar{S}\left(t_0\right)+\left|\bar{S}\left(t_0\right)\right|$ΔS(m,t₀)＝max{S(m,r_j,t₀)}-min{S(m,r_j,t₀)}式中，r_j＝jσ/2；（IV）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；（V）寻找S_cor(t₀)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，公式如下：m＝int(τ_w/τ+1)式中，int为取整函数。（3）根据K-means聚类分析法计算振动信号在重构相空间的簇中心个数K_C及各簇中心的位置坐标；（4）分别计算每个簇中心与第1个簇中心的绝对距离；（5）计算每个簇中心相对于第1个簇中心的相对误差：若第2个簇中心与第1个簇中心的绝对距离减小为原来的20%且第2个簇中心与第1个簇中心的绝对距离大于其余K_C-2个簇中心与第1个簇中心的绝对距离，则判断有载分接开关操作过程中运行状态异常；否则，认为有载分接开关操作过程中运行状态正常。