基于时频振动分析的换流变压器故障诊断.docx

基于时频振动分析的换流变压器故障诊断为方便电力系统的电压管理，需要频繁开关换流变压器，因此有载开关运行良好是换流变压器运行良好的必要条件。本文介绍了一种方法来获得时间-频率域中的有载调压变压器振动特性。考虑在振动信号处理过程中可能存在的混叠效应，改进的经验模态分解方法提出屏蔽叠加的多频信号，与常规方法相比，这种方法在减少混叠效应方面有明显的优势。然后，基于洛伦兹信息测量出的有载调压变压器振动信号的能量分布变化，一种有效的故障诊断策略出炉。模型和实际有载调压变压器在正常和典型故障条件下得出的计算数据表明，不同条件下的能量谱差别很大，因此，相似性指数可以测量能量的分布情况。同时，接触松动指数大于绝缘面板松动指数，这表明，在切换有载调压开关的过程中，接触松动故障有更大的影响力。关键词：故障诊断，改进的经验模态分解方法，洛伦兹信息测量，有载分接开关，振动信号1.介绍大型换流变压器广泛用于电压调节，作为大型换流变压器中必不可少的组成部分，正确操作有载分接开关对高压直流输电系统的稳定性与安全性至关重要。有载分接开关故障模式和统计调查的结果表明，有载分接开关不规则操作引起的故障占换流器的所有故障的20%以上。有载分接开关通过一套电接点来改变输入/输出比以保持电压，包括开关触点和相关的驱动系统在内的机械设备是在上千次开关过程中最容易损坏的部件，其故障占有载调压变压器总故障的95%。因此，有必要提出有载分接开关机械特性识别的有效方法以早发现有载分接开关故障隐患和提高电力系统可靠性。近年来，工业设备中故障检测与诊断 (FDD) 技术，如基于PCA/PLS方法的数据驱动故障检测与诊断，得到了快速的发展。机械故障是有载分接开关最主要的故障，一些电气故障产生的主要原因也是来自机械故障，因此，机械诊断方法，比如振动分析应是解决此类问题最有效最方便的方法。机械诊断方法已被广泛应用于变压器故障诊断。振动信号，这是由抽头变化引起的，由大量的尖锐振荡组成。振动信号中包含大量的变压器工作信息。这个振动信号理论基础是在20世纪90年代初由本特松提出来的。 后来，Kang et al.基于自组织映射和小波方法开发了一个OLTC监测和评定系统。小波方法是提出来用以识别非周期震荡以及那些随时间变化的波的数学工具，小波方法采用了改进后的添加了希尔伯特变换的状态评估。同时，遗传算法已被应用在有载分接开关的状态监测中。目前的研究主要集中在时间域的特征。自振信号应是非线性和非平稳的，如连续接触振动的脉冲重叠特征是难以准确识别到的。更重要的是，考虑到复杂的内部真实结构和换流变压器有载分接开关的频繁开关，故障诊断更是难上加难，而这些又是目前研究中较少涉及的。为了有效而准确地识别出相应的特性，必须考虑时频分析方法。单独的频率不能被认为是一个稳定且有说服力的指标，所以简单的FFT不适用于这样的信号分析。经验模态分解方法在时间频率域被广泛应用于信号分析与故障诊断。然而，传统的经验模态分解不能有效地描述大量非线性非平稳信号，混叠现象也相当严重。因此，两种改进方法出炉，附带白噪声的集合经验模态分解（EEMD）和带有掩蔽信号的带限经验模态分解（BREMD），目的都是为了消除混叠效应。但是仍然有局限性，如白噪声的盲目性和掩蔽信号计算选择的易错性。因此，创造一个新改进的经验模态分解方法来有效降低混叠效应是非常重要的，这种方法也将完全可以应用于工业实践。在本文中，多频经验模态分解提出要找到提取有载分接开关振动的时频特征的最合理最有效的方式，这吸收了传统经验模态分解的精髓。在此基础上，确定了希尔伯特能量谱，并基于洛伦兹信息测量确定了相应的指标。最后对典型故障进行了仿真，并对主要用于换流变压器的R型有载分接开关进行了实机测验，借此比较正常和故障条件下提取的特征之间的差异，这为有载分接开关故障诊断确立判断标准奠定了基础。2. 时域分析原理2.1 经验模态分解经验模式分解是一种有效的时频分析方法，涉及1998年黄先生提出来的希尔伯特-黄变换。它能通过将任意信号分解为若干个固有模态函数（IMF）和剩余一小部分谐波反映出信号的内部特性。对于一个特定的信号x（t）进行经验模态分解的具体步骤如下：1）筛选：定义x的极值x（t），所有的极大值都在上包络线上，极小值都在下包络线上。平均包络线大约是上下包络线的中间位置。因此，第一个消除了低频的原固有模态函数（t）为x（t）-m（t）：（t）=x（t）-m（t） （1） 2)检查：检查组件（t）是否是一个固有模态函数，固有模态函数的判断条件如下： a）零交叉点和极端的数目不管是否相同，都是在整个数据集中。 b）在任何时候，两包络值的均值等于零。 如果（t）不满足上述两种情况，则令x（t）=（t），然后再进行第一步筛选流程。或者，定义（t）=（t）作为原始信号的