运行中电力变压器表面三维振动信号小波分析.pdf

第 5 2卷第 1 5期 2 0 1 5年8月 1 O日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e n t& I n s t r u me n t a t i o n V0 l _ 5 2 NO ． 1 5 Au g ． 1 0， 2 01 5 运行 中电力变压器表面三维振动信 号小波分析 院一敏 李宗恩 ， 武晓 明 ( 1 ． 国网冀北 电力有限公司 张家口供 电公 司， ． 河北 张家口0 7 5 0 0 0 ； 2 ．华北电力大学， 河北 保定 0 7 1 0 0 3 ； 3 ．国网湖南省 电力公 司 常德供 电分公司， 湖南 常德 4 1 5 0 0 0 ； 4 ．国网河北省电力公司 邯郸供电分公司，河北 邯郸 0 5 6 0 0 0 ． ) 摘要 ： 理论和实践表 明根据电力变压器表面振动信号可以分析判断其绕组和铁芯的工作状态。表面振动信号 特征分析是振动法分析电力变压器状态的一个重要基础 。应用小波多分辨率技术 ， 分析 了现场采集的电力变 压器表面三维振动信号 ， 并基于帕赛瓦尔定理计算 比较了 x、 Y、 z三个方 向振动信号 的频段一 能量分布特征 ， 为 振动法分析电力变压器运行状态提供参考。 关键词 ： 电力变压器 ； 振动信号 ； 小波理论 ； 频段- 能量分析 中图分类号 ： T M 4 0 6 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 —1 3 9 0 ( 2 0 1 5 ) 1 5— 0 0 9 6— 0 5 W a v e l e t a na l y s i s o n t h r e e di m e n s i o n a l s u r f a c e v i br a t i o n s i g n a l o f t h e r u nn i n g p o we r t r a ns f o r me r Yua n Yi mi n ，Li Zo n g e n ，W u Xi a o mi n g ( ． Z h a n g j i a k o u P o w e r S u p p l y C o m p a n y ， S t a t e G r i d fib e r E l e c t r i c P o w e r C o ． ， L t d ．， Z h a n g j i a k o u 0 7 5 0 0 0 ， C h i n a ． No r t h Ch i n a El e c t r i c Po we r Un i v e r s i t y，Ba o di n g 0 7 1 0 0 3，He b e i ，Chi n a． 3 ． B r a n c h P o w e r C o m p a n y o f C h a n g d e i n H u n a n P r o v i n c e ， C h a n g d e 4 1 5 0 0 0， Hu n a n ， C h i n a ． 4 ． H a n d a n P o w e r S u p p l y C o m p a n y ， S t a t e G r i d H e b e i E l e c t r i c P o w e r C o m p a n y ， H a n d a n 0 5 6 0 0 0 ， H e b e i ， C h i n ( ~) Abs t r a c t：Th e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d p r a c t i c e e x p e r i e n c e h a v e s h o wn t h a t t h e v i b r a t i o n s i g n a l o n p o we r t r a n s f o r me r s u r - f a c e c a n b e u s e d t o a n a l y z e a n d j u d g e t h e w o r k i n g s t a t e o f t h e w i n d i n g a n d i r o n c o r e ．F o r v i b r a t i o n a n a l y s i s ， t o e x t r a c t a p r e c i s e f e a t u r e o f t h e v i b r a t i o n s i g n a l i s a n i mp o r t a n t b a s i c wo r k．Th r e e — d i me n s i o n a l s u r f a c e v i b r a t i o n s i g n a l o f t he r u n n i n g p o we r t r a ns f o r me r i s a n a l y z e d b a s e d o n wa v e l e t mu hi r e s o l ut i o n t e c hn i q ue ．Me a n wh i l e，b a s e d o n t h e Pa r s e v a l t h e o r e m ，t h e f e a t u r e o f f r e q u e n c y b a n d s - e n e r g y i n X ，Y，Z d i r e c t i o n s i s c o mp u t e d a n d c o mp a r e d．I t c a n p r o v i d e s o me r e f e r e n c e f o r t h e w o r k i n g s t a t e o f p o we r t r a n s f o r me r t h r o u g h u s i n g v i b r a t i o n a n a l y s i s ． Ke y wo r d s： p o we r t r a n s f o r me r，v i b r a t i o n s i g n a l ，wa v e l e t t h e o r y，f r e q u e n c y ba n d s - e ne r g y a na l y s i s 0 引 言 电力变压器是电力系统 中重要 的设备之一 。随 着我国电力系统朝着超高压 、 大容量、 智能化 的方 向 发展 ， 在线监测 电力变压器运行状态 日显重要 。基 于振动分析方法在线监测电力变压器 的运行状态 已 逐步得到了国内学者的关注 J ， 该方法通过安装在 电力变压器表面的传感器采集 振动信号 ， 并传输到 电脑或者处理器 中进行分析处理 ， 从而判断 电力变 压器是否正常运行 J ， 与 电力 系统无 直接电气连 接 ， 不影响电力变压器的正常工作 。 文献[ 6 ] 中在实验状态下将压力传感器直 接放 一 96 一 在 电力变压器 的绕组上来研究绕组 的轴 向夹 紧力。 文献[ 7 ] 利用切 贝雪夫． 里兹法分析 了电力变压器铁 心 的三维 自由振动理论。文献 [ 7 ． 1 0 ]运 用里兹法 、 有 限层分析法 、 级数法等从理论上建立 了电力变压 器绕组和铁心的振动结构模型。 目前， 电力变压器绕组与铁芯各方 向振 动与表 面振动之间的关 系问题 尚未得到充分 的研究 ， 这一 关系的确定是振动法监测 电力变压器的一个前提和 基础 。 本文首先简介了电力变压器表面振动信号及小 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 1 5期 2 01 5 年8 月 1 0 日 电测与仪表 El e ct ri c al Me as ur em ent ＆ VO I ． 5 2 NO ． 1 5 Au g ． 1 0， 2 01 5 尺度l 的尺度系数a l 图 6 X方 向小 波分解 的尺 度 系数 F i g ． 6 S c a l e c o e f f i c i e n t o f w a v e l e t i n X d i r e c t i o n 尺度1 的小波系数d 1 O ． 0 2 0 -0 ． 0 2 0 ． O 5 0 — 0 ． 0 5 O —O 尺度2 的小波系数d 2 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 8 0 0 尺度2 的小渡系数d 3 ^ ^ ^ 一 1 0 2 O 4 0 6 0 8 o 1 0 0 1 2 0 1 4 0 尺度2 的小波系数d 4 0 ． 0 2 0 尺度2 的小波系数d 6 5 1 O 1 5 2 0 25 图 7 X方 向 小波分 解的 小波 系数 W a v e l e t c o e m c i e n t o f wa v e l e t i n X d i r e c t i o n 表 3 x方向振动信号频段 能量分析 Ta b． 3 Fr e q u e n c y b a n ds — e n e r g y a na l y s i s o f v i b r a t i o n s i g n a l i n X d i r e c t i o n 表 4 Y方向振动信号频段． 能量分析 Ta b． 4 F r e q u e n c y b a n d s — e ne r g y a n a l y s i s o f v i b r a t i o n s i g na l i n Y d i r e c t i o n 表 5 z方向振动信号频段． 能量分析 Ta b． 5 F r e q u e nc y ba nd s — e n e r g y a na l y s i s o f v i b r a t i o n s i g n a l i n Z d i r e c t i o n 为进一步说明振动测点 X、 Y、 Z方向振动信号的 异同， 图 8显示 了各个方 向振动信号频段 一能量对 比 关系 ， 其 中黑色代表尺度频段能量百分 比， 白色代 表 小波频段能量百分比。 根据图 8 ， X、 Y、 z方向振动信号频段 一能量在 1 — 4层尺度分解 中， 低频能量 占该层总能量的 7 5 ％以 上 ； 随着尺度的增加 ， 低频信号能量所 占的 比例逐渐 减小， 当分解到第 5 层时， 信号的高频能量大于低频 能量 ； 当分解到第 6层时 ， 频段能量特征发生 了显著 变化 ： x方向的第 6层低频能量大于高频能量 ， 而 Y 和 z方 向第 6层分解的高低频能量几乎相等 。 一 99 — 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m