[发明专利]用于电力变压器绕组故障的诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有关电力变压器绕组故障诊断的测量系统，将频率响应分析(FRA)和经验模态法(EMD)相结合，并将一种基于经验模态法(EMD)的特征能量法作为变压器绕组变形故障特征信息，特征能量的大小反映了变压器的工作状态。

背景技术

由于电网格局不断扩大、电能传输能力持续增长的需求，要切实保障电力系统的安全稳定运行。电力变压器担负着电压和电流的转换及功率传输的任务，是系统中最重要的设备之一。有关电力变压器的故障分析表明，绕组是变压器中最重要且最易发生故障的部件之一。随着变压器负载容量的增大，其内部电磁场也随之增大，变压器出口短路形成的电动力对绕组造成的危害就进一步加大，会造成绕组的机械变形，到达一定程度就会破坏绕组的稳定性，给变压器的安全稳定运行带来影响。若变压器发生事故，会造成很大的直接和间接经济损失，甚至严重的社会影响。

当前，已有的检测变压器绕组故障的方法有：短路阻抗法、频率响应法和振动分析法。短路阻抗法是判断绕组故障的传统方法，将50Hz时绕组的阻抗值作为特征量，存在着测试精度和灵敏度不高的缺陷。振动分析法根据油箱上的振动信息判断变压器的状态，受外界的影响因素较多，可实现在线测量。频率响应法由于在绕组故障检测中具有高灵敏度而成为近年来检测变压器绕组故障的主要方法。

在故障诊断领域中，故障信号的处理及特征参数提取是至关重要的。现在频响法还主要停留在比较两条曲线相似度的基础上，并且FRA分析中采用的IEC标准雷电脉冲激励信号是瞬态信号，获取的响应信号是非平稳信号。传统的傅里叶变换(FFT)和时频分析方法中的短时傅里叶变换(STFT)和小波变换(WT)由于拥有固定的基函数，均不能有效地提取非平稳信号中具有实际物理意义的特征信息。因此，在分析变压器绕组变形故障模式的基础上，研究一种准确反映变压器绕组变形瞬态信号时频特性且具有自适应性的分析方法是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足与缺陷，本发明提出一种能准确反映电力变压器绕组变形瞬态信号特征的故障诊断方法。

一种用于电力变压器绕组故障的诊断方法，将频率响应分析(FRA)和经验模态法(EMD)相结合进行绕组变形故障的诊断。使用FRA方法进行变压器绕组响应电压信号的采集，再使用EMD方法进行自适应分解，构建能量特征向量曲线，与变压器绕组无故障时的能量曲线进行比较，根据其能量的变化趋势，诊断出变压器绕组有无故障及故障类型和程度。提取的能量特征量用以构建故障数据库，用于建立绕组变形固有模式与FRA信号固有模式函数之间的映射关系，并搭建了基于EMD的特征能量信息的故障诊断集成分析系统。

使用FRA方法测量电压响应信号的采集系统包括，激励信号源、信号调理电路、工控机、现场仪表。其工作方法为：选择一种固定的接线方式，激励信号源对绕组进行激励，在所述绕组上测量电压信号作为响应信号，绕组激励端和响应端的信号经过信号调理电路送入工控机，进行数据的保存和数据库的构建。该系统结构简单、造价低、使用维护方便，能够准确的、方便的实现变压器绕组响应信号的采集，确保了后续分析的准确性。

与现有信号处理技术相比，EMD方法根据待分析信号的上下极值点拟合其包络进行分解。在整个分解过程中不需事先选定小波基，这是其最大的优点。根据不同的分析信号进行自适应的分解，得到反应信号最本质内容的一系列IMF，能够提取更多具有实际物理意义的特征信息。FRA方法测试中的响应信号多是瞬态信号，将EMD与FRA相结合更有利于提取故障特征信息，提高故障诊断的准确度和精度。

本发明中将基于经验模态法(EMD)的特征能量作为变压器绕组变形故障的特征信息，按如下步骤进行实施：

步骤1：采集变压器绕组的响应电压信号；

步骤2：对响应电压信号进行经验模态分解(EMD)，得到一组固有模式函数(IMF)；

步骤3：计算固有模式函数(IMF)与响应电压信号之间的相关系数并作为选取IMF的标准；

步骤4：分别计算选取的固有模式函数(IMF)的能量，构造特征能量向量；

步骤5：根据特征能量与绕组无故障时相比较进行绕组状态的判别。