[发明专利]一种大型电力变压器声学指纹预警装置

权利要求书

1.一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，所述预警装置包括：

声信号检测模块，用于检测变压器的运行状态，对故障物理学模型的变量进行监测，并与模型的计算值进行比较得到电力变压器的声音数据；

声信号分析模块，用于分析目标源信号的统计规律特性，将采集到的声音数据分离出源信号，并在分离过程汇总逐步找寻最优的分离矩阵，使分离出的信号之间互相独立，以在噪声环境下提取出目标声信号；

数据处理模块，用于向信号中加入有限次的白噪声序列，抑制EMD的模态混叠，并通过对有限次的分解结果求均值来消除白噪声；

特征提取模块，将目标声信号进行FastICA分离，分离出若干个待处理的声信号，分别对分离出的待处理声信号进行CEEMDAN分解，CEEMDAN将待处理的声信号分解成若干个IMF，将各阶IMF组合构成特惠总能矩阵H，然后对其进行奇异值求解，求解出的奇异值构成电力变压器的故障声信号奇异谱，CEEMDAN把信号分解成频率从高到低的频带，求取各阶IMF的能量并求取能量熵以得到电力变压器故障声信号的CEEMDAN能量熵，对各阶IMF进行Hilbert变换，求取边际谱，将求取的各熵值进行归一化处理，最后将特征向量组成特性向量用于分类和识别；

指纹模型构建模块，先对采集到的噪声信号进行预处理形成描述参数并制定模型构造过程，对所得状态监测数据进行处理，对三维异构数据进行归一化处理和插值计算，构造描述设备状态特征的三维模型和伪色图，以实现对监测数据的多维特征和发展趋势的直观数据展现。

2.根据权利要求1所述的一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，指纹模型构建模块包括电气设备层、监测对象层和应用层，根据专家知识的组合制定模型构造规则，通过规则检索相应的状态监测数据构造变压器噪声指纹，应用层划分为全局噪声和测点噪声并分别用于整合变压器的噪声状态描述、变压器噪声测点的局部噪声状态描述；

其中，噪声指纹随着变压器运行工况的变化而变化，这些变化反映变压器的噪声水平和发展趋势，并间接反映变压器的运行状态，噪声指纹给出变压器噪声状态的独立诊断结果，以实现对噪声监测信息的表达描述或比对解释。

3.根据权利要求2所述的一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，测点噪声指纹用于描述变压器各测点所在局部的噪声状态，选取测点噪声主频、测点噪声主频幅值、测点噪声次频、测点噪声次频幅值、测点噪声主倍频、测点噪声主倍频幅值、测点噪声次倍频和测点噪声次倍频幅值来描述噪声状态，所选特征指标在体现各测点噪声信号强度时，对噪声信号的成分进行细致划分，其中，伪色图以二维形成呈现，根据伪色图的局部形状特征、色彩特征、纹理特征进行图像识别以评估变压器的噪声状态。

4.根据权利要求2所述的一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，全局噪声指纹用于整台变压器的宏观噪声状态并通过全局噪声指纹描述，选取整机噪声声压均值、整机噪声声压级最大值、整机噪声声功率级来描述整台变压器的噪声状态，其中，伪色图以二维形式呈现，根据伪色图的局部形状特征、色彩特征、纹理特征进行图像识别以评估变压器的噪声状态。

5.根据权利要求2所述的一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，指纹模型构建模块还包括噪声指纹比对单元，通过存储噪声指纹并将噪声指纹与变压器实际工况联系，对不同工况、不同测点噪声指纹描述进行对比，统计归纳噪声指纹在变压器正常运行和故障状态下的变化规律，以获得初步的状态判断依据。

6.根据权利要求5所述的一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，噪声指纹比对单元包括正常－异常噪声指纹比对过程和测点－测点噪声指纹比对过程，正常－异常噪声指纹比对过程中的噪声指纹具有以下特征：

测点噪声主频和主倍频分布具有一致性，表示当前变压器噪声来源以交变电，磁场变化和实用市电的设备振动或转动为主；

以次频、次倍频为中心频率的噪声信号含量与主频、主倍频相比差异明显；

变压器噪声响度水平稳定，在预设尺度的噪声指纹没有出现明显的突变点。

7.根据权利要求1所述的一种大型电力变压器声学指纹预警装置，其特征在于，所述预警装置还包括：

声信号分类模块，用于故障声信号模型训练阶段与待测声信号识别阶段的变压器的故障声信号分类与识别，通过模拟配电变压器各种故障和现场实测各种故障声信号获取，再通过上述特征值提取过程提取故障声信号的特征值用于SVDD模型训练，采用训练好的SVDD配电变压器故障噪声信号模型对待测声信号进行识别。