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电力变压器声学指纹监测系统的应用

发布时间：2022-09-14T06:50:37.363Z来源：《中国电业与能源》2022年5月9期作者：黎昊，靳征，王滕藤，刘超，焦新敬

[导读]本文介绍了电力变压器声学指纹监测系统的原理、组成及诊断方法，该系统能对电力变压器的典型异常状态进行监测预警，有效判

断设备的健康运行水平。

黎昊，靳征，王滕藤，刘超，焦新敬

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摘要：本文介绍了电力变压器声学指纹监测系统的原理、组成及诊断方法，该系统能对电力变压器的典型异常状态进行监测预警，有

效判断设备的健康运行水平。

关键字：变压器在线监测声学指纹

0概述

变压器运行过程中在电磁场的作用下将产生声音与振动。声音的幅值、时域波形、频谱特性与其运行电压、电流、机械状态、励磁状

态、绝缘状态等密切相关。因此，特高压变压器的声音信号与其运行状态存在必然联系。现有智能运检技术仍然存在状态评价诊断能力不

强、设备状态评价诊断手段不足、诊断系统种类繁多、系统集成不足，不能进行多方面数据综合评估等问题。因此，开展特高压变压器声

纹监测系统研究，符合电网智能运检技术发展以及现场设备安全运行需求。

本文将通过声音传感器及布置、声纹数据处理、变压器声纹特征提取、变压器故障诊断四个部分介绍声音指纹监测系统在变压器监测

中的应用。

1声音传感器及布置

变电站内主设备声音频率主要分布在20Hz至20kHz范围内均，变压器声音能量一般集中分布在100Hz及其一系列谐频上，而且随着频率

的提高，能量分布逐渐减少。由于变压器内部结构的复杂性，振动经过结构传递到油箱表面后，其模态非常复杂，油箱表面不同位置辐射

的振动噪声并不相同。因此，为了提高测量结果的有效性，需要在变压器周围设置多个噪声检测点。另外，由于变压器噪声检测点数量较

多，为了能够实时检测、尽可能还原真实信号，需要采用高精度、高采样率、低噪声、多通道的数据采集卡。按照换能方式的不同，传声

器可分为电容式、压电式等类型，

变压器周围不同位置噪声水平存在较大差异，根据GB/T1094.10-2003《电力变压器第10部分：声级测定》标准要求，在实际测试过程

中，在变压器每个侧面布置1个传声器。具体布置方法为：传感器位于变压器每个侧面的正中央1.5m高度位置，冷却风扇开启与关闭条件

下，分别距离主变基准面2m与0.3m。

2、声纹数据处理

变压器噪声测量结果往往受到变电站内其它噪声源以及周边环境噪声干扰(如鸟鸣、虫鸣、车辆等)的影响。环境噪声类型较为复杂，产

生与持续时间具有不确定性和非平稳性，在进行现场噪声测量时仪器设备无法对其进行有效处理。因此，为了提高噪声测量精度，需要对

采集到的原始噪声信号进行分析处理。与电力设备声音相比，环境干扰一般具有突发性与间歇性的特点，且干扰类型丰富多样，干扰噪声

不可避免地存在与变压器噪声相同的频率成分，因此，常规的频谱滤波方法难以普遍适用。

可以采用小波包分析方法对受干扰电力设备声音信号进行时频域分解与重构，利用电力设备声音与干扰源噪声的平稳性差异定位干扰

所在频段，在受干扰频段中截取平稳片段估计电力设备声功率谱，利用谱减法分别对受干扰频段声信号进行处理，进而分离出干扰声与电

力设备声音，将处理后的不同频段电力设备比声信号叠加即可还原出实际的设备声信号。

3、变压器特征提取

变压器的声音在短期内不会发生显著变化，可认为是准、平、稳信号。对于准、平、稳信号，无需长时间测量。考虑50Hz的供电频

率，1s采样时间足够。对于平稳声音，其特点可采用声压幅值和频率描述。正常情况下，变压器的噪声信号频谱位于0~700Hz范围内，以

50Hz偶数倍分量为主，如100Hz、200Hz等。异常情况下，变压器频谱分布特性发生改变，如频率分量、频谱范围变化等。虽然通过声音频

谱能够发现异常缺陷，但对于运行人员的经验要求较高，即使利用具有机器学习功能的声音监测系统进行监测与诊断，也存在数据量大、

不便于直接分析的问题。因此，可考虑从频谱中提取能够反映变压器运行状态的关键声纹特征参数，并据此对变压器运行状态进行评价。

4、变压器故障诊断

4.1变压器声音指纹监测与故障诊断系统结构原理

变压器声音指纹监测与故障诊断系统典型结构包括以下几个基本单元：

）信号检1测单元。由相应的传感器从待测设备上检测出反映设备状态的物理量，并将其转换为合适的电信号，向后续单元传送。

）数据采集2及前置单元。将传感器传输的信号进行预处理，包括对混杂在信号中的干扰进行抑制，提高信噪比。经过预处理后