一种变压器故障分析方法和系统与流程

本发明涉及信号处理及变压器故障诊断，尤其涉及一种变压器故障分析方法和系统。

背景技术：

1、随着我国电力事业的发展，电网规模不断扩大，其中在发电、输电、变电、配电中起到核心作用的设备——变压器的稳定可靠运行显得尤为重要。据dl/t 573-2010《电力变压器检修导则》统计，变压器约30％以上的缺陷与声音有关，因此基于声纹信号对变压器进行健康状态监测和故障诊断具有深刻而长远的意义。

2、变压器结构复杂，其中常见的绝缘缺陷和机械类故障均会产生异常声纹。当变压器内部或套管等处发生绝缘缺陷时会引起局部放电现象并产生超声信号(20khz以上)，且超声信号发生的频率和工频具有较强的相关性，同样，当变压器发生机械类故障如铁芯松动、绕组变形时会引起低频声纹(50hz-2000hz)发生改变。同时，由于变压器一般运行在户外，周围环境嘈杂，存在较大的人为和自然噪音，并伴随冷却风机运行噪声的干扰。因此，对变压器不同频段的声纹信号进行定向提取和分离，去除不相关噪声，对于变压器的状态监测和故障诊断具有重要意义。

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明提供一种变压器故障分析方法和系统，旨在提升变压器故障诊断的准确率。

2、一种变压器故障分析方法，包括：

3、步骤a1，由多个麦克风组成的麦克风阵列采集变压器的声纹信号；

4、步骤a2，对声纹信号从时域转换成频域，得到声纹信号对应的频域信号；

5、步骤a3，基于声纹信号对应的频域信号获取初次分析频率；

6、步骤a4，对初次分析频率进行筛选，获取最终分析频率；

7、步骤a5，计算最终分析频率的空间谱，并基于空间谱形成定向增强信号；

8、步骤a6，基于定向增强信号进行变压器的故障分析，得到故障分析结果。

9、进一步的，步骤a3包括：

10、步骤a31，获取频域信号中的幅值极大值；

11、步骤a32，从幅值极大值中筛选出大于第一门限值的幅值极大值；

12、步骤a33，对筛选出的幅值极大值对应的声音频率进行校正得到校正频率，将校正频率作为初次分析频率。

13、进一步的，步骤a4包括：

14、步骤a41，基于初次分析频率，计算每个麦克风采集的声纹信号相对于参考通道声纹信号的相位差；

15、步骤a42，基于相位差计算初次分析频率之间的空间相关系数；

16、步骤a43，基于空间相关系数从初次分析频率中筛选出最终分析频率。

17、进一步的，步骤a43包括：

18、步骤a431，进行第一次筛选，筛选出空间相关系数小于第二门限值对应的初次分析频率，得到第一筛选结果；

19、步骤a432，进行第二次筛选，从第一筛选结果中选取对应的模值最大的初次分析频率，作为第二次筛选结果；

20、步骤a433，进行第三次筛选，筛选出与第二次筛选结果中的初次分析频率空间相关系数最小的初次分析频率，作为第三次筛选结果；

21、步骤a434，将第二次筛选结果和第三次筛选结果筛选出的初次分析频率最为最终分析频率。

22、进一步的，步骤a5包括：

23、步骤a51，基于多重信号分类算法依次计算得到最终分析频率的空间谱；

24、步骤a52，对空间谱进行搜索，得到空间谱上的强度最大值点；

25、步骤a53，获取强度最大值点对应的位置信息，位置信息包括方位角和俯仰角；

26、步骤a54，基于位置信息计算每个强度最大值点对应的时延参数；

27、步骤a55，基于时延参数设计时延滤波器，并使用设计的时延滤波器对声纹信号进行时延滤波，得到时延滤波后的声纹信号；

28、步骤a56，对进行时延滤波后的声纹信号进行叠加计算得到定向增强信号。

29、进一步的，在步骤a6中，包括提取定向增强信号中的高频段信号进行故障分析，得到第一故障分析结果；

30、第一故障分析结果的得到过程包括：

31、步骤a601，从定向增强信号中提取高频段信号；

32、步骤a602，对高频段信号进行带通滤波；

33、步骤a603，将带通滤波后的高频段信号进行检波处理；

34、步骤a604，将进行检波处理后的高频段信号从时域转变成频域，得到包络谱信号；

35、步骤a605，基于包络谱信号计算第一故障评价参数，第一故障评价参数包括至少一个预定出现频率对应的谐波成分有效值相对于预定出现频段的谐波成分有效值的相对值；

36、步骤a606，第一故障评价参数中的每一个相对值具有对应的门限值，判断相对值是否超过各自对应的第三门限值：

37、若至少一个相对值超出对应的第三门限值，则执行步骤a607，否则，执行步骤a608；

38、步骤a607，输出变压器存在第一类故障的第一故障分析结果；

39、步骤a608，输出变压器不存在第一类故障的第一故障分析结果。

40、进一步的，第一故障评价参数包括：

41、预定出现频率为50hz对应的谐波成分有效值相对于0hz-2000hz频段的谐波成分有效值的相对值；

42、预定出现频率为100hz对应的谐波成分有效值相对于0hz-2000hz频段的谐波成分有效值的相对值。

43、进一步的，在步骤a6中，还包括提取定向增强信号中的低频段信号进行故障分析，得到第二故障分析结果；

44、第二故障分析结果的得到过程包括：

45、步骤a611，从定向增强信号中提取低频段信号；

46、步骤a612，将低频段信号从时域转换成频域，得到低频段信号对应的频域信号；

47、步骤a613，基于低频段信号对应的频域信号计算第二故障评价参数，第二故障评价参数包括信噪比、奇偶谐波比、高频能量占比、声压级；

48、步骤a614，判断信噪比是否超过第四门限值，且奇偶谐波比、高频能量占比和声压级是否超过各自对应的第五门限值：

49、若信噪比超过第四门限值，且奇偶谐波比、高频能量占比和声压级中的至少一个超过对应的第五门限值，执行步骤a615，否则，执行步骤a616；

50、步骤a615，输出变压器存在第二类故障的第二故障分析结果；

51、步骤a616，输出变压器不存在第二类故障的第二故障分析结果。

52、进一步的，在步骤a32中，第一门限值为频域信号的幅值谱均值的预定倍数。

53、一种变压器故障分析系统，用于执行如前述的一种变压器故障分析方法，包括：

54、信号获取模块，连接麦克风阵列，用于获取由多个麦克风组成的麦克风阵列采集的变压器的声纹信号；

55、频域转换模块，连接信号获取模块，用于将声纹信号从时域转换成频域，得到声纹信号对应的频域信号；

56、第一频率获取模块，连接频域转换模块，用于基于声纹信号对应的频域信号获取初次分析频率；

57、第二频率获取模块，连接第一频率获取模块，用于对初次分析频率进行筛选，获取最终分析频率；

58、空间谱计算模块，连接第二频率获取模块，用于计算最终分析频率对应的空间谱；

59、信号定向拾取模块，连接空间谱计算模块，用于基于空间谱形成定向增强信号；

60、故障分析模块，连接信号定向拾取模块，用于基于定向增强信号进行变压器的故障分析，得到故障分析结果。

61、本发明的有益技术效果在于：本发明进行定向声纹拾取时时，仅仅对有限的初次分析频率进行相位差计算，减少了传统算法进行通道的全部点数fft的运算量，并且通过对初次分析频率的进一步筛选，对更少的最终分析频率进行music空间谱计算，通过减少重复的music的计算进一步降低了运算量。