[发明专利]一种大型电力变压器声学指纹预警装置

说明书

本发明公开了一种大型电力变压器声学指纹预警装置，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，指纹模型在监测过程中动态提取监测数据，形成某时段的变压器噪声指纹，噪声指纹通过三维模型和伪色图进行可视化展现，便于直观地分析设备状态。

技术领域

本发明涉及变压器监测领域，具体涉及一种大型电力变压器声学指纹预警装置。

背景技术

目前，在众多的变压器监测手段中，以噪声、温度、振动为代表的非电量监测方法因其不与被测设备产生直接的电或磁联系，对电力系统的安全运行影响微乎其微而被广泛应用。由于声音的产生由质点的振动引起，变压器的噪声主要来源是油箱、绕组、铁芯及冷却装置风扇等发生振动，由此可通过检测变压器箱体的振动来判断变压器内部的绝缘状况。

通常变压器运行在一个交变的电磁环境中，电场和磁场的周期性变化会导致变压器铁芯和绕组发生周期性振动，这些内部振动通过多重路径传递至变压器油箱，最终通过油箱的振动表现为噪声，由于振动检测法所得到的数据通常不能明显的表征电气设备的故障信息，而且振动参量比较难以检测，且得到的信号强度较弱和杂乱，很难及时判断设备的故障类型以及信息。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大型电力变压器声学指纹预警装置，可以合理利用电力变压器运行时产生的噪声信号并对其进行分析达到变压器实时在线监测、故障诊断和早期预警的目的。应用声学原理、友好存储和交互策略对监测结果进行展示，有利于全面掌握变压器运行状态，提高设备管理效率，对于及时发现设备故障隐患并进行针对性的检修具有很强的指导。

本发明提供了一种大型电力变压器声学指纹预警装置，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。

作为上述技术方案的进一步改进，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；