基于声学特征的变压器故障诊断研究

分类号学号M200971163学校代码10487密级硕士学位论文基于声学特征的变压器故障诊断研究学位申请人：吴松学科专业：高电压与绝缘技术指导教师：陈俊武副教授答辩日期：2012年1月6日AThesisSubmittedinPartialofFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonFaultDiagnosisofPowerTransformerBasedonAcousticFeaturesCandidate:WuSongMajor:HighVoltageandInsulationTechnologySupervisor:AssociateProf.ChenJunwuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJan.,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文I摘要变压器作为电力系统中重要的设备之一，承担着系统内电压变换、电能分配与传输等关键任务。电力设备故障诊断技术是一门结合工程实际的实用性学科，在电力生产应用中发挥着重要的作用。深入研究新型监测诊断方法，开发相应的监测设备对电力变压器早期故障预测和诊断具有十分重要的意义。基于声学特征量的变压器故障诊断技术，是一种新型的检测方法，具有声信号的检测传播不受电场和磁场的干扰，监测过程不影响变压器正常运行等优点。本课题主要研究频率20Hz-20KHz的可听声，理论分析变压器故障类型、发声机理以及声信号的物理特征。采用电容式声传感器或听诊器探测鼓膜进行声信号探测，采集变压器运行现场的原始声信号进行分析。重点分析以小波算法和阈值算法为基础的声信号消噪原理，对比分析传统的频谱分析方法、基于小波算法、基于Hilbert-Huang变换等特征信号提取技术。本课题通过实地检测获得变压器声信号资料，运用软件分析得出声信号的物理特征量。进而搭建实验平台模拟变压器放电故障检测声信号的物理特征量，分析放电故障声信号的实验结果，从中提取特征信号作为变压器故障检测的重要判据。研究表明，运用声学特征量对变压器运行状况进行监测，能够快速准确获取设备的状态信息。根据本课题的信号处理方法，可有效实现变压器故障运行声信号的特征提取，准确诊断故障类型。其中，变压器放电声信号特征频率为250Hz是故障诊断数据库的重要特征判据之一。课题下一步研究将重点收集各种具体故障声信号的特征量完善数据库的设计。关键词：变压器，故障诊断，声学特征，特征提取华中科技大学硕士学位论文IIAbstractAsoneofthemostimportantequipmentinthepowersystem,thetransformerundertakesthevoltagetransformationfromprimarysidetosecondaryside,thedistributionandtransmissionofpowerandsomeothercriticaltasks.Therefore,thetechnologyofelectricalequipment’sfailuredetectionisapracticalsubjectcombinedwithengineeringpracticewhichplaysanimportantroleinthepracticalapplicationofelectricalproductions.Itisofgreattheoreticalandpracticalsignificancetostudyonanidealdiagnosticmethodforpowertransformerfailures’predictionandearlydetection.Thisarticleisbasedontheacousticsignalasthecharacteristicsignalwhichisemittedfromtheoperationtransformertocarryoutthefaultdiagnosis.Theelectricandmagneticfieldsdonotinterferewiththedetectionanddisseminationoftheacousticsignals,andthemonitoringprocessdoesnotaffectthenormaloperationofthetransformers,soitisamoreeffectivemeanstodetectthefailureofthetransformersbytheacousticsignals.Thispapermainlystudiestheaudiblesoundswithfrequencybandof20Hz-20kHz.Thispaperhasmainlystudiedthetheoreticalmechanismofacousticsignalemittedbydifferenttypesoftransformerfailureanditsphysicalcharacteristic.Capacitiveacousticsensororstethoscopehavebeenusedtogettheacousticsignalonthesite.Thepaperhasmainlystudiedthewaveletalgorithmandvalvealgorithmtofilteroutthenoisesandcomparedwiththeresultsoftraditionalmethodssuchasfrequencyspectrumanalysis,waveletanalysisandHilbert-Huangtransformation.Farthermore,fieldtestdatahavebeenobtainedfromon-sitetransformersoundsignals,andanalyzethesoundsignalsbyusingsoftwaretogetthephysicalcharacteristics.Intheinitialstageoftheresearch,laboratoryhassetupaplatformbystudyingthedischargecharacteristicsofthephysicalvolumeofthesoundsignalstosetupthefoundationfortransformerfaultdetection.Researchshowsthatbyusingtheacousticsignal’scharacteristictodetectthetransformerfailureisfastandaccurate.Byusingthedataprocessingmethodinthispaper,thecharacteristicofthesignalcanbeusedtodecidethefailuretypesoftransformer.Thesoundsignalsobtainedfromlaboratorysimulationdischargetesthaveafundamentalfrequencyof250Hzisoneofthemostimportantcharacteristic.Thenextstepofthisstudy华中科技大学硕士学位论文IIIwillfocusoncollectingalargeamountofsoundsignalsandimprovingtheintelligentdatabasedesignofthetransformerfaultdiagnosis.Keywords:Transformer，Faultdiagnosis，Acousticcharacteristics，Featureextraction华中科技大学硕士学位论文IV目录摘要..............................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................II1绪论...........................................................................................................11.1课题研究的背景与意义........................................................................11.2变压器声学诊断方法的分析................................................................21.3本课题的重点工作................................................................................52变压器故障与声学诊断研究...................................................................62.1电力变压器故障类型分析....................................................................62.2基于声学特征的变压器运行状态分析................................................92.3变压器铁芯振动发声机理分析..........................................................122.4本章小结..............................................................................................153变压器声学特征量的检测方法.............................................................163.1声信号检测系统方案..........................................................................163.2声学特征信号消噪方法................................................