基于随机暂态信号捕获分析的牵引变压器绕组状态在线感知技术研究.pdf
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1、书 书 书 铁道技术标准第卷 第期 收稿日期:;修回日期:基于随机暂态信号捕获分析的牵引变压器绕组状态在线感知技术研究郭蕾,蔡育宏,张俊,周猛,王东阳,周利军,(西南交通大学智能牵引供电铁路行业重点实验室,四川成都;西南交通大学电气工程学院,四川成都)作者简介:郭蕾,年月生,副教授,博士,电子邮箱:。主要从事研究方向:牵引供电系统建模和电能质量分析。主持国家自然科学基金青年基金、中央高校科研业务经费等项目;主研国家自然科学基金、国家科技支撑计划、铁道部科技开发计划、中铁咨询有限公司科技项目等项目。以第一作者或通讯作者发表 检索的学术论文余篇,授权发明专利项(项第发明人)。摘要:牵引变压器的安全
2、运行关乎电力系统的稳定,为识别变压器绕组故障,本文提出基于随机暂态信号捕获分析的牵引变压器绕组状态在线感知与智能评估方法。首先获取牵引变压器绕组的端口暂态电信号,得到变压器绕组的频响曲线,然后结合频响曲线的幅频特性和相频特性转化为灰度图,根据灰度图提取图像的灰度梯度共生矩阵的纹理特征,根据提取的个纹理特征计算特征关联度()来识别绕组故障,最后在一台试验牵引变压器上进行局部翘曲的故障模拟。结果表明,由端口暂态电信号的频响曲线转化得到的灰度图在不同故障程度下存在差异,绕组不同故障位置的特征关联度(,)数值有明显不同,且不同故障程度有其相应规律,根据灰度图提取的个图像特征与相应的特征关联度,可区分牵
3、引变压器局部翘曲故障情况下故障位置与故障程度。关键词:牵引变压器;局部翘曲;暂态电信号;频率响应法;图像特征文章编号:()中图分类号:文献标识码:,铁道技术标准(,;,):,:,;,;,():,(),:;:():引言牵引变压器作为电网中电压等级变换、电能分配和转移的枢纽设备,其安全稳定运行对整个电网的安稳运行至关重要。同时我国铁路事业飞速发展,对牵引变压器安全可靠运行提出了更高要求。因此,诊断牵引变压器的状态,及时发现牵引变压器的故障并进行维修是电力系统安全运行的保障。近年来利用频率响应法实现变压器的故障诊断逐渐成熟,结合幅频曲线和相频曲线建立极坐标图像,分析变压器绕组种典型故障极坐标图变化规
4、律,验证了极坐标图对绕组状态变化的高灵敏度;基于频响曲线拟合得到绕组传递函数,通过传递函数零极点的突变进行绕组故障诊断;周利军利用小波变换对频响曲线进行多分辨率分解处理,进一步构建极坐标图提取图像特征,能够较好识别绕组状态;朱明林采用正交多项式辨识变压器传递函数,根据零极点分布诊断变压器绕组变形。本文根据端口暂态电信号实现变压器绕组的故障诊断,首先搭建实验平台获取变压器在线运行时的绕组端口暂态信号,通过将端口暂态电信号转郭蕾等:基于随机暂态信号捕获分析的牵引变压器绕组状态在线感知技术研究化为频响曲线,然后利用类内积矩阵法,结合频响曲线的幅频图和相频图转化为灰度图,再提取灰度图的纹理特征,分析提
5、取的特征值和并且计算图像的,最后在一台牵引变压器上进行局部翘曲的故障模拟,并且使用提出的方法进行验证分析,该方法可为变压器绕组的故障诊断提供新方法。频率响应法在变压器绕组一端施加一个正弦扫频信号,在另一端测量响应信号,通过计算得到绕组的幅频特性响应和相频特性响应,并对检测结果进行横向或纵向比较,即扫频频率响应方法(,)。所测得幅频特性曲线和相频特性曲线为()()()()()()()()式中:()为幅频特性曲线;()、()分别为绕组的暂态过电压激励信号和响应信号,由时域信号经过变换得到;为电压信号的角度;()为相频特性曲线,取值区间为(,);为频率,本文测试范围为 。本文通过向变压器绕组注入暂态
6、信号,获得输入绕组前后的暂态信号,通过式()、式()获得变压器绕组的频响曲线,正常情况下输入和响应的暂态信号见图,暂态信号下变压器绕组正常频响曲线见图。图像处理方法 灰度处理现有研究关于处理频响曲线的方法有直接分析幅频曲线,也有将幅频曲线曲线极角、相频曲线作为极径,转化为极坐标图的方法,文献 基于极坐标图提出基于动态分频段的频率响应分析法,能准确区分自耦变压器轴向移位的故障绕组与故障程度,本文针对牵引变压器的绕组故障诊断提出一种结合幅频曲线和相频曲线特性的方法类内积矩阵法,具体操作步骤如下:()内积操作。定义内积操作为幅频曲线和图输入和响应的暂态信号相频曲线差的乘积,为()()()()()()
7、()式中:()为参考频响曲线;()为测试频响曲线;()为参考幅频曲线;()为测试幅频曲线;()为参考相频曲线;()为测试相频曲线。()类内积矩阵生成()()()()()()()()()()()()()()()()()()()式中:为频响曲线类内积矩阵;()()测试频率为 时频响曲线类内积运算。()生成灰度图利用类内积矩阵生成灰度图,为使灰度图的分辨程度更高,定义频响曲线范围对应的灰度级为,即从正常状态下的全黑至灰度图全白分为级,铁道技术标准图暂态信号下变压器绕组正常频响曲线将类内积矩阵归化到,之间,把每个像素点所对应的幅频和相频转换成相应的灰度,根据式()将归化到,之间,为归化后的灰度图谱 (
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