CN114091984A - 一种电力变压器运行状态评估方法和设备 - Google Patents

一种电力变压器运行状态评估方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力变压器运行状态评估方法和设备。该方法包括采集电力变压器的当前运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息；基于电压信息和电流信息计算当前的负荷和设定时长的平均负荷；根据当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息；对电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并与标准运行声音信息的特征的相似度；根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率；根据偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。本发明可为电力变压器的检修作业提供依据。

Description

一种电力变压器运行状态评估方法和设备
技术领域
本发明涉及电力变压器运行状态评估技术领域，具体涉及一种电力变压器运行状态评估方法和设备。
背景技术
电力变压器是配电网中广泛使用的设备，主要用于将某一数值的交流电压变成另一种或几种数值不同额电压。变压器正常运行时，一般有均匀的嗡嗡声，这是由于交变磁通引起铁芯振动而发出的声音。电力变压器的运行声音会随着负荷及工作状态而改变，其运行温度不仅会受到负荷的影响，还会受到环境温度及运行状态的影响。当电力变压器出现部件松动、接触不良以及绕组老化造成的绝缘下降和散热不佳等问题，会通过运行声音及运行温度异常显现出来。现有技术一般直接通过电力变压器的声音或温度来判断电力变压器的运行状态，但是由于受到正常因素的影响，单纯的从电力变压器的运行声音及运行温度来判断运行状态的精确度不高。因此，需要进行改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种电力变压器运行状态评估方法和设备。
为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种电力变压器运行状态评估方法，包括：
预先采集电力变压器在多种负荷下的标准运行声音信息以及在设定时长的平均负荷和多种环境温度下的标准平均温度信息，对所述标准运行声音信息进行特征提取，并将提取的标准运行声音信息的特征与负荷对应关系以及标准平均温度信息与设定时长的平均负荷和环境温度的对应关系分别进行存储；
在电力变压投入使用期间，采集电力变压器的当前运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息；
基于所述电压信息和电流信息计算电力变压器当前的负荷和设定时长的平均负荷；
根据电力变压器当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息；
对所述电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度；
根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率；
根据所述偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。
进一步的，将设定时长内的电力变压器的当前运行声音信息等份分割为n个样本，所述电力变压器当前的运行状态进行评估具体包括：
根据所述偏差率和相似度计算状态得分：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 755151DEST_PATH_IMAGE002
为设定的预算周期的状态得分，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为根据设定 时长内的n个样本分别计算出相似度，n为大于2的自然数，
Figure 740556DEST_PATH_IMAGE004
为取最小值函数，a为设 定的第一权重，D为平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率，b为设定的第二权重。
进一步的，所述特征包括时域特征和频域特征，在计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度时，先分别计算出提取的时域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度以及提取的频域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度，再对时域特征的相似度和频域特征的相似度加权后求和。
在第二方面，本发明提供了一种电力变压器运行状态评估设备，包括：
存储单元，用以将电力变压器的标准运行声音信息的特征与负荷对应关系以及标准平均温度信息与设定时长的平均负荷和环境温度的对应关系分别进行存储，所述标准平均温度信息包括在多种在设定时长的平均负荷和多种环境温度下的平均温度信息，所述电力变压器的标准运行声音信息的特征通过对电力变压器正常运行状态下的运行声音信息进行特征提取获得；
采集单元，用以在电力变压投入使用期间，采集电力变压器的当前运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息；
负荷计算单元，用以基于所述电压信息和电流信息计算电力变压器当前的负荷和设定时长的平均负荷；
匹配单元，根据电力变压器当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息；
特征相似度计算单元，用以对所述电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度；
温度偏差率计算单元，根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率；
状态输出单元，根据偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。
进一步的，将设定时长内的电力变压器的当前运行声音信息等份分割为n个样本，所述电力变压器当前的运行状态进行评估具体包括：
根据所述偏差率和相似度计算状态得分：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 754648DEST_PATH_IMAGE006
为设定的预算周期的状态得分，
Figure 810241DEST_PATH_IMAGE003
为根据设定 时长内的n个样本分别计算出相似度，n为大于2的自然数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为取最小值函数，a为设 定的第一权重，D为平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率，b为设定的第二权重。
进一步的，所述特征包括时域特征和频域特征，在计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度时，先分别计算出提取的时域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度以及提取的频域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度，再对时域特征的相似度和频域特征的相似度加权后求和。
有益效果：本发明通过预先并存储采集电力变压器在多种负荷下的标准运行声音信息以及在多种设定时长的平均负荷和多种环境温度下的标准平均温度信息，在运行期间通过实时采集的运行声音及温度信息，分别计算后与标准运行声音信息和标准平均温度信息进行比较，可有效识别出电力变压器因老化、瞬时、间断性故障等造成的运行声音异常和温度升高的现象，从而对电力变压器的运行状态进行评估，为电力变压器的检修作业提供依据。
附图说明
图1是电力变压器运行状态评估方法的流程示意图；
图2是电力变压器运行状态评估设备的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种电力变压器运行状态评估方法，包括：
预先采集电力变压器在多种负荷下的标准运行声音信息以及在多种设定时长的平均负荷和多种环境温度下的标准平均温度信息，对标准运行声音信息进行特征提取，并将提取的标准运行声音信息的特征与负荷对应关系以及标准平均温度信息与设定时长的平均负荷和环境温度的对应关系分别进行存储。其中，标准运行声音信息和标准平均温度信息均是在电力变压器运行正常的条件下获取的。一般来说，同一规格型号的电力变压器，其在同一负荷条件下的运行声音是基本一致的，且其运行温度在同一负荷和同一环境温度下也是基本一致的，可通过模拟实验获得其对应的关系即可。上述设定时长设置可以为10S、30S或1分钟等，目的是利用设定时长内的采样数据进行一次评估。
在电力变压投入使用期间，采集电力变压器的当前运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息。
基于电压信息和电流信息计算电力变压器当前的负荷和设定时长的平均负荷。其中，平均负荷为设定时长内电力变压器当前的负荷的所有样本数量之和与该样本数量之比。
根据电力变压器当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息。具体的，根据电力变压器当前的负荷可从存储的数据中匹配到该负荷对应的标准运行声音信息的特征。根据设定时长的平均负荷和环境温度信息可从存储的数据中匹配到标准平均温度信息。需要说的是，由于设定时长的时间较短，在设定时长内环境温度信息不会产生突变，所以在设定时长的起始点与设定时长的终止点的环境温度信息是基本相同的，可直接采用起始点或终止点的环境温度即可。
对电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度。具体的，为了确保精确度，该特征优选包括时域特征和频域特征，在计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度时，先分别计算出提取的时域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度以及提取的频域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度，再对时域特征的相似度和频域特征的相似度加权后求和。在特征提取前，可对采集的运行声音进行去噪处理。
根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率。平均温度信息即为在设定时间内的当前温度信息的样本之和与该样本数量之比。偏差率为平均温度信息与标准平均温度信息的差值的绝对值与标准平均温度信息之比。
根据偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。具体的，将设定时长内的电力变压器的当前运行声音信息等份分割为n个样本，对电力变压器当前的运行状态进行评估具体包括：
根据偏差率和相似度计算状态得分：
Figure 720428DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 927549DEST_PATH_IMAGE006
为设定的预算周期的状态得分，
Figure 683016DEST_PATH_IMAGE003
为根据设定 时长内的n个样本分别计算出相似度，具体的，n为大于2的自然数，
Figure 72409DEST_PATH_IMAGE007
为取最小值函 数，a为设定的第一权重，D为平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率，b为设定的第二 权重。第一权重和第二权重的取值可以根据实际需要进行设置，以第一权重和第二权重分 别为0.5为例进行说明，
Figure 137186DEST_PATH_IMAGE008
的取值范围在0-1之间，上述状态评估结果可以分为 正常、轻度异常和重度异常，如将
Figure 815292DEST_PATH_IMAGE009
的取值为0.9以上列为正常，将
Figure 374449DEST_PATH_IMAGE006
的取值为0.7至0.9之间列为轻度异常，将
Figure 87190DEST_PATH_IMAGE008
的取值为0.7以下 列为重度异常。
基于以上实施例，如图2所示，本发明还提供了一种电力变压器运行状态评估设备，包括，存储单元1、采集单元2、负荷计算单元3、匹配单元4、特征相似度计算单元5、温度偏差率计算单元6和状态输出单元7。
其中，存储单元1用以将电力变压器的标准运行声音信息的特征与负荷对应关系以及标准平均温度信息与设定时长的平均负荷和环境温度的对应关系分别进行存储，所述标准平均温度信息包括在多种在设定时长的平均负荷和多种环境温度下的平均温度信息，电力变压器的标准运行声音信息的特征通过对电力变压器正常运行状态下的运行声音信息进行特征提取获得。一般来说，同一规格型号的电力变压器，其在同一负荷条件下的运行声音是基本一致的，且其运行温度在同一负荷和同一环境温度下也是基本一致的，可通过模拟实验获得其对应的关系即可。上述设定时长设置可以为5S或10S等，目的是利用设定时长内的采样数据进行一次评估。
采集单元2用以在电力变压投入使用期间，采集电力变压器的当前运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息。
负荷计算单元3用以基于电压信息和电流信息计算电力变压器当前的负荷和设定时长的平均负荷。其中，平均负荷为设定时长内电力变压器当前的负荷的所有样本数量之和与该样本数量之比。
匹配单元4用以根据电力变压器当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息。具体的，根据电力变压器当前的负荷可从存储的数据中匹配到该负荷对应的标准运行声音信息的特征。根据设定时长的平均负荷和环境温度信息可从存储的数据中匹配到标准平均温度信息。需要说的是，由于设定时长的时间较短，在设定时长内环境温度信息不会产生突变，所以在设定时长的起始点与设定时长的终止点的环境温度信息是基本相同的，可直接采用起始点或终止点的环境温度即可。
特征相似度计算单元5用以对电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度。具体的，为了确保精确度，该特征优选包括时域特征和频域特征，在计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度时，先分别计算出提取的时域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度以及提取的频域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度，再对时域特征的相似度和频域特征的相似度加权后求和。在特征提取前，可对采集的运行声音进行去噪处理。
温度偏差率计算单元6用以根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率。平均温度信息即为在设定时间内的当前温度信息的样本之和与该样本数量之比。偏差率为平均温度信息与标准平均温度信息的差值的绝对值与标准平均温度信息之比。
状态输出单元7用以根据偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。具体的，将设定时长内的电力变压器的当前运行声音信息等份分割为n个样本，对电力变压器当前的运行状态进行评估具体包括：
根据偏差率和相似度计算状态得分：
Figure 355492DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 786473DEST_PATH_IMAGE011
为设定的预算周期的状态得分，
Figure 883742DEST_PATH_IMAGE012
为根据设定 时长内的n个样本分别计算出相似度，具体的，n为大于2的自然数，
Figure 700257DEST_PATH_IMAGE007
为取最小值函 数，a为设定的第一权重，D为平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率，b为设定的第二 权重。第一权重和第二权重的取值可以根据实际需要进行设置，以第一权重和第二权重分 别为0.5为例进行说明，
Figure 591990DEST_PATH_IMAGE008
的取值范围在0-1之间，上述状态评估结果可以分为 正常、轻度异常和重度异常，如将
Figure 510267DEST_PATH_IMAGE009
的取值为0.9以上列为正常，将
Figure 411227DEST_PATH_IMAGE006
的取值为0.7至0.9之间列为轻度异常，将
Figure 583713DEST_PATH_IMAGE008
的取值为0.7以下 列为重度异常。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电力变压器运行状态评估方法，其特征在于，包括：
预先采集电力变压器在多种负荷下的标准运行声音信息以及在设定时长的平均负荷和多种环境温度下的标准平均温度信息，对所述标准运行声音信息进行特征提取，并将提取的标准运行声音信息的特征与负荷对应关系以及标准平均温度信息与设定时长的平均负荷和环境温度的对应关系分别进行存储；
在电力变压投入使用期间，采集电力变压器当前的运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息；
基于所述电压信息和电流信息计算电力变压器当前的负荷和设定时长的平均负荷；
根据电力变压器当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息；
对所述电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度；
根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率；
根据所述偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。
2.根据权利要求1所述的电力变压器运行状态评估方法，其特征在于，将设定时长内的电力变压器的当前运行声音信息等份分割为n个样本，所述电力变压器当前的运行状态进行评估具体包括：
根据所述偏差率和相似度计算状态得分：
Figure 995965DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 990465DEST_PATH_IMAGE002
为设定的预算周期的状态得分，
Figure 600438DEST_PATH_IMAGE003
为根据设定时长 内的n个样本分别计算出相似度，n为大于2的自然数，
Figure 629574DEST_PATH_IMAGE004
为取最小值函数，a为设定的 第一权重，D为平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率，b为设定的第二权重。
3.根据权利要求1所述的电力变压器运行状态评估方法，其特征在于，所述特征包括时域特征和频域特征，在计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度时，先分别计算出提取的时域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度以及提取的频域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度，再对时域特征的相似度和频域特征的相似度加权后求和。
4.一种电力变压器运行状态评估设备，其特征在于，包括：
存储单元，用以将电力变压器的标准运行声音信息的特征与负荷对应关系以及标准平均温度信息与设定时长的平均负荷和环境温度的对应关系分别进行存储，所述标准平均温度信息包括在多种在设定时长的平均负荷和多种环境温度下的平均温度信息，所述电力变压器的标准运行声音信息的特征通过对电力变压器正常运行状态下的运行声音信息进行特征提取获得；
采集单元，用以在电力变压投入使用期间，采集电力变压器的当前运行声音信息、当前温度信息、电压信息、电流信息和环境温度信息；
负荷计算单元，用以基于所述电压信息和电流信息计算电力变压器当前的负荷和设定时长的平均负荷；
匹配单元，根据电力变压器当前的负荷以及设定时长的平均负荷和环境温度信息分别匹配其对应的标准运行声音信息的特征和标准平均温度信息；
特征相似度计算单元，用以对所述电力变压器的当前运行声音信息进行特征提取，并计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度；
温度偏差率计算单元，根据设定时长内的当前温度信息计算平均温度信息，并计算平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率；
状态输出单元，根据偏差率和相似度对电力变压器当前的运行状态进行评估，并输出状态评估结果。
5.根据权利要求4所述的电力变压器运行状态评估设备，其特征在于，将设定时长内的电力变压器的当前运行声音信息等份分割为n个样本，所述电力变压器当前的运行状态进行评估具体包括：
根据所述偏差率和相似度计算状态得分：
Figure 978385DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 460182DEST_PATH_IMAGE006
为设定的预算周期的状态得分，
Figure 873846DEST_PATH_IMAGE003
为根据设定时长 内的n个样本分别计算出相似度，n为大于2的自然数，
Figure 242641DEST_PATH_IMAGE007
为取最小值函数，a为设定的 第一权重，D为平均温度信息与标准平均温度信息的偏差率，b为设定的第二权重。
6.根据权利要求4所述的电力变压器运行状态评估设备，其特征在于，所述特征包括时域特征和频域特征，在计算提取的特征与标准运行声音信息的特征的相似度时，先分别计算出提取的时域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度以及提取的频域特征与标准运行声音信息的时域特征的相似度，再对时域特征的相似度和频域特征的相似度加权后求和。
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