[发明专利]一种基于聚类分析的变压器绕组状态在线监测方法

权利要求书

1.一种基于聚类分析的变压器绕组状态在线监测方法，它包括：

步骤1、采集变压器箱壁的振动信号x(t)，对采集到的振动信号x(t)进行标准化处理；

步骤2、对标准化处理后的振动信号进行截取，截取间隔为Δt，截取长度为N₁，将振动信号的最低点处作为各组振动信号的起始点，得到m组振动信号；

步骤3、对变压器的m组振动信号进行聚类分析，得到变压器振动特征曲线；

步骤3所述的变压器振动特征曲线的计算方法包括：

步骤3.1、记m组数据为C₁⁽⁰⁾、C₂⁽⁰⁾、……、C_m⁽⁰⁾，并将每组数据视为独立的一类，计算每两类之间的欧氏距离，得到m阶初始距离矩阵D⁽⁰⁾；

步骤3.2、寻找初始距离矩阵D⁽⁰⁾中所有元素的最小值，记为d_0ij，式中：i＝1,…,m，j＝1,…,m，且满足i≠j，将与d_0ij对应的两类C_i⁽⁰⁾和C_j⁽⁰⁾进行合并，得到新的类簇C_ij⁽¹⁾＝{C_i⁽⁰⁾,C_j⁽⁰⁾}；

步骤3.3、将新的类簇C_ij⁽¹⁾与未经合并的类视为新的m-1类数据；计算这m-1类中每两类之间的距离，得到新的m-1阶距离矩阵D⁽¹⁾，其中，未经合并的每两类之间的距离使用欧氏距离进行计算，类簇C_ij⁽¹⁾与未经合并的m-2类之间的距离使用中间距离公式进行计算，计算公式为

式中，h为类簇C_ij⁽¹⁾中的类的个数；d_xp为类簇C_ij⁽¹⁾中第p个类到第x个未经合并的类的欧氏距离；d_xq为类簇C_ij⁽¹⁾中第q个类到第x个未经合并的类的欧氏距离；d_pq为类簇C_ij⁽¹⁾中第p个类和第q个类的欧氏距离；

步骤3.4、寻找距离矩阵D⁽¹⁾中所有元素的最小值，记为d_1ij，其中，i＝1,…,m-1，j＝1,…,m-1，且满足i≠j，将与d_1ij对应的两类C_i⁽¹⁾和C_j⁽¹⁾进行合并，得到新的类簇C_ij⁽²⁾＝{C_i⁽¹⁾,C_j⁽¹⁾}，重复步骤3.3，直到k次运算后得到的距离矩阵D^(k)中所有元素的最小值d_kij小于设定阈值或距离矩阵维数为0时，停止计算，将距离矩阵D^(k)中的各组数据对应的各个类簇记为C₁^(k)、C₂^(k)、……、C_b^(k)；

步骤3.5、将包括类的个数最多的类簇记为C_t^(k)，1≤t≤b，计算类簇C_t^(k)的质心Z_t作为变压器的振动特征曲线，质心Z_t的计算公式为

式中，h为类簇C_t^(k)中包含的类的数目；y_jN为类簇C_t^(k)中的第j条振动信号曲线；

步骤4、计算类簇为C_t^(k)中的各类振动信号相对于变压器振动特征曲线Z_t的曲线变化率Y_ci的均方根值Y_cmi(i＝1,…,h)，求取均方根值Y_cmi的平均值为Y_cm；

步骤4所述计算类簇为C_t^(k)中的各类振动信号相对于变压器振动特征曲线Z_t的曲线变化率Y_ci的计算公式为

式中，y_i为类簇C_t^(k)中的第i条振动信号曲线；为第i条振动信号曲线的均值；为变压器振动特征曲线的均值；

步骤5、计算待检测的变压器振动曲线y'_c相对于变压器振动特征曲线Z_t的曲线变化率Y′_c的均方值Y′_cm；

步骤5所述的计算待检测的变压器振动曲线y'_c相对于变压器振动特征曲线Z_t的曲线变化率Y′_c计算公式为

步骤6、将Y′_cm与Y_cm进行比较，若满足Y′_cm≤Y_cm，则判断变压器绕组运行状态正常；若满足Y′_cm＞Y_cm，则判断变压器绕组发生了松动或变形。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚类分析的变压器绕组状态在线监测方法，其特征在于，步骤1所述的振动信号标准化处理的计算公式为

式中，为振动信号x(t)的平均值；N为振动信号x(t)的长度；y(t)为标准化处理后的振动信号。