一种有载分接开关振动包络相关性分析方法与流程

1.本发明涉及电力设备监测技术领域，特别涉及一种有载分接开关振动包络相关性分析方法。


背景技术：

2.有载分接开关（on-load tap changer，以下简称oltc）是有载调压变压器的关键组成部分，在电力系统中发挥着稳定电网电压、调节无功潮流和增加电网灵活度等重要作用。有载分接开关发生机械故障后，往往会引起严重的变压器事故和停电事故，造成重大的社会经济损失，因此对有载分接开关故障的检测和诊断对保证电网安全和供电可靠性意义重大。
3.基于振动信号的时域包络相关性诊断是实现oltc故障诊断的一种重要方法，然而有载分接开关的电流和振动数据的采样起点是由电流阈值触发方式实现的，这种触发方式由于电流的随机波形性而存在微小的差异，这个微小差异在判断有载分接开关的整体运行状态时，不会产生问题，但是在应用振动信号包络相关性方法对不同动作的振动信号进行分析时，会引起了振动信号切换峰值段错位的现象，导致计算结果出现明显偏差，最终影响诊断分析结果。


技术实现要素：

4.本发明提供一种有载分接开关振动包络相关性分析方法，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。
5.本发明采用如下技术方案：一种有载分接开关振动包络相关性分析方法，包括如下步骤：s1、对预先设定的标准包络曲线和基于实时监测得到的实测包络曲线进行分段处理，从而将oltc开关切换过程中的振动信号切分为具有非线性特征的储能段和切换段；s2、选取标准包络曲线和实测包络曲线中的第一个切换段的起点作为参照点，在设定的移位区间内，按照设定的步长逐次对参照点之后的实测包络曲线图进行移位，并逐次计算参照点之后的实测包络曲线与参照点之后的标准包络曲线的重合度；s3、记录重合度最大时实测包络曲线的参照点坐标，将整体实测包络曲线进行移位，使其第一个切换段的起点坐标与参照点坐标重合；s4、计算移位后的整体实测包络曲线与整体标准包络曲线的重合度，并以该重合度作为报警系数进行振动包络相关性异常诊断分析。
6.进一步，在步骤s2和s4中，重合度的计算方法采用互相关系数算法，以标准样本数据作为数组x，以实测数据作为数组y，则所述互相关系数的计算公式为：（1）
式中：r
xy
表示样本相关系数，即报警系数；s
xy
表示样本协方差；s
x
表示数组x的样本标准差；sy表示数组y的样本标准差。
7.进一步，在公式（1）中，样本协方差s
xy
的计算公式为： （2）样本标准差s
x
的计算公式为：（3）样本标准差sy的计算公式： （4）式中：
ꢀꢀ
和
ꢀꢀ
分别表示数组x和y的平均值，n表示波形的数据点数。
8.进一步，在步骤s2中，设定的移位区间为-0.1s~0.1s*sarate。
9.进一步，在步骤s2中，设定固定移位步长为50个数据点。
10.进一步，在步骤s1中，通过若干通道采集oltc开关切换时的振动信号，并绘制出各通道的实测包络曲线；对各通道的实测包络曲线进行步骤s2、s3和s4的处理以得到各通道的报警系数。
11.进一步，设通道的数量为j，各通道的报警系数为[v1，v2，
……
，vj]；则振动包络相关性异常诊断方法为：若各个通道的报警系数[v1，v2，
……
，vj]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的报警系数小于0.5，则振动包络相关性诊断为异常。
[0012]
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：本发明基于振动信号的形成特点，以标准包络曲线为基准，对实测包络曲线进行移位，并通过计算实测包络曲线与标准包络曲线的重合度来确定移位距离，从而实现oltc振动包络曲线的自动对齐，由此修正振动信号切换峰值段错位的现象，为振动包络相关性异常诊断分析提供了准确的数据保障，从根本上提高了oltc故障诊断结果的准确性和可靠性，具有算法简单和通用性强等优点。
附图说明
[0013]
图1为本发明中移位前的标准包络曲线和实测包络曲线的示意图。
[0014]
图2为本发明中移位前标准包络曲线和实测包络曲线的第一个切换段的示意图。
[0015]
图3为本发明中移位后标准包络曲线和实测包络曲线的第一个切换段的示意图。
[0016]
图4为本发明中移位后的标准包络曲线和实测包络曲线的示意图。
具体实施方式
[0017]
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
[0018]
参照图1至图4，本发明提供了一种有载分接开关振动包络相关性分析方法，包括如下步骤：s1、对预先设定的标准包络曲线和基于实时监测得到的实测包络曲线进行分段处理，从而将oltc开关切换过程中的振动信号切分为具有非线性特征的储能段和切换段。
[0019]
在该步骤中，标准包络曲线的标准样本数据可由测试人员依据现场数据及经验选定。实测包络曲线的实测数据来源于振动加速度传感器采集到的oltc开关切换时的振动信号。具体来说，本发明通过若干通道采集振动加速度传感器的振动信号，并分别计算各个通道的振动包络相关性实时数据，由此绘制成各个通道的实测包络曲线。设振动加速度传感器的数量为j，即通道的数量为j，并且j≥1，振动加速度传感器的安装部位根据实际需求而定，一般是安装于oltc的侧壁、顶部和齿轮盒等位置。
[0020]
关于标准包络曲线和实测包络曲线的分段处理方式可参照申请号为201910823825.6的中国专利所提供的振动信号的曲线分段方式来实施，在此不作赘述。
[0021]
s2、选取标准包络曲线和实测包络曲线中的第一个切换段的起点作为参照点，在设定的移位区间内，按照设定的步长逐次对参照点之后的实测包络曲线图进行移位，并逐次计算参照点之后的实测包络曲线与参照点之后的标准包络曲线的重合度。
[0022]
优选地，本实施例设定的移位区间为-0.1s~0.1s*sarate，sarate为系统采样率；设定固定移位步长为50个数据点。
[0023]
优选地，在该步骤中，重合度的计算方法采用互相关系数算法，即通过评价振动包络相关性的实测数据与标准样本数据的相关度来评价重合度。具体地，以标准样本数据作为数组x，以实测数据作为数组y，则所述互相关系数的计算公式为：（1）式中：r
xy
表示样本相关系数，即报警系数；s
xy
表示样本协方差；s
x
表示数组x的样本标准差；sy表示数组y的样本标准差。
[0024]
在公式（1）中，样本协方差s
xy
的计算公式为：（2）样本标准差s
x
的计算公式为：（3）样本标准差sy的计算公式：（4）式中： 和
ꢀꢀ
分别表示数组x和y的平均值，n表示波形的数据点数。
[0025]
s3、记录重合度最大时实测包络曲线的参照点坐标，将整体实测包络曲线进行移
位，使其第一个切换段的起点坐标与参照点坐标重合。对比图2和3可知，通过移位可以实现oltc振动包络曲线的自动对齐，由此修正振动信号切换峰值段错位的现象，为下一步计算整体重合度提供准确的数据保障。
[0026]
s4、计算移位后的整体实测包络曲线与整体标准包络曲线的重合度，并以该重合度作为报警系数进行振动包络相关性异常诊断分析。
[0027]
该过程中重合度的计算方式与步骤s2相同，因此不再赘述。但是需要说明的是，在计算重合度时，应保持数据的长度一致。经该算法所求得的各通道的报警系数记为[v1，v2，
……
，vj]；则振动包络相关性的的异常诊断方法为：若各个通道的报警系数[v1，v2，
……
，vj]的平均值小于0.7，或者任意单个通道的报警系数小于0.5，则振动包络相关性诊断为异常。采用该诊断方式能够准确、敏感地反映振动信号的异常情况，充分确保振动包络相关性异常诊断分析的准确性和可靠性。
[0028]
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。