基于小波包的换流变压器振动信号特征分析方法
发布时间：2020-12-18 18:46
本文中作者提出一种基于小波包分解的换流变压器振动信号特征分析方法,利用小波包分解对换流变振动信号进行分解重构,计算得到频段能量谱,并分析换流变压器的振动特征。
【文章来源】：变压器. 2020年11期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
换流变压器振动传播途径
nlun2jΨt-lΨ（7）由此可由小波包系数rj+1,nl求解得到小波包系数在子空间U2nj上的小波包系数rj,2nl和在子空间U2n+1j上的小波系数rj,2n+1l:rj,2nl=∑kHk-2l·rj+1,nkrj,2n+1l=∑kGk-2l·rj+1,nk∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈（8）式（8）即为小波包分解算法，该算法可以将原始信号分解为数个小波包，这些小波包分别表征带宽相同、相互衔接的频段，且其中涵盖的信号点数相当于前一层的二分之一，其分解原理如图2所示。当不断增加小波包分解层数时，频率分辨率也会随之提升，相应的时域分辨率会随之下降。为了在提升频率分辨率的同时确保相应的时间分辨率也得到提升，需要重构各个小波包，重构算法原理为：原始信号经过j层小波分解以后可以获得小波包的数量为2j，则在重构时需要保留所需重构的小波包的数据而对同层的其它小波包的数据清零，然后重构小波包数据从而提升时域分辨率至原有水准，重构算法计算公式为：rj+1,nl=∑kHl-2krj,2nl+Gl-2krj,2n+1k∈∈（9）3.3小波包特征提取方法小波包分解后第i层第m(m=0，1，···，2i-1)个子频带所包含的重构信号xi,m所具有的能量Ei,m可用下式进行计算：Ei,m=∑Nnx2mn（11）其中，N表示信号数据样本的长度，xmn表示的是信号经过重构后各离散点的幅值，利用各频段能量构建相应的特征向量V：V=Ei,0，Ei,1，···，Ei,n∈∈（12）考虑到信号部分频段的能量可能会过大，因此需要对特征向量进行归一化处理，设定所有频带的能量和为：E=∑2i-1i=1Ei,m（13）则对特征?
疚纳瓒ǖ幕涣鞅溲蛊髟诵凶刺?锌赵睾?1.05p.u.负载两种情况，针对这两种情况采集振动信号并对信号特征进行分析。分析软件选择为Matlab2018b，全部运算均通过该软件完成。通过编程对信号进行性小波分析，由于Meyer小波对称且具有较好的正交性和规则性，可以有效波面信号的相位畸变，适用于分析换流变所产生的非平稳振动信号，因此本文分析时采用的小波基为Meyer小波。4.1空载条件下换流变压器振动信号特征分析根据3.4节中换流变压器振动信号特征分析流程，首先需要对空载条件下振动信号频谱进行分析，所得到的频谱如图5所示。由图5可以看出，空载时换流变压器振动信号频谱主要分布在0Hz~800Hz，基本集中在100Hz~400Hz，而振动传感器采样频率为20000Hz。若此时应用小波包分解，根据奈奎斯特定理，当分解i层时，各频段划分的带宽长度为20000/2i+1Hz，此时第一个频段0Hz~1250Hz的能量占所有频段能量的比例将趋近于100%，无法进行特征分析，此时需要对信号进行重采样。重采样主要考虑所分析信号的频带带宽，根据图5结果，设定重采样频率为1600Hz。根据以往的研究结果，小波包分解层数选为3层可以确保在进行多分辨率分析时的时间分辨率与频率分辨率均保持较好的精度，因此本文的小波包分解层数设定为3层。对空载时换流变压器振动信号进行小波包分解与重构，分解为8个小波包，这些小波包分别表征带宽相同、相互衔接的频段。然后保留所需重构的小波包的数据而对同层的其它小波包的数据清图4测点分布图图5空载时换流变压器振动信号频谱24
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于故障本征证据和特征指标的换流变压器状态评估[J]. 皮杰,宋佳翰,张先捷,李婧娇,孙勇,樊友平. 电力自动化设备. 2020(06)
[2]换流变压器和交流变压器振动信号特征的比较分析[J]. 潘志城,邓军,谢志成,张晋寅,梁晨,周海滨. 变压器. 2020(03)
[3]一种换流变现场检修热油喷淋干燥处理终点判定的高效方法[J]. 欧松松,马虎涛. 变压器. 2020(01)
[4]换流变压器典型绝缘缺陷案例[J]. 梁晨,邓军,周海滨,张晋寅,刘青松,潘志城. 变压器. 2019(10)
[5]基于振动信号分析法的换流变压器振动特性及其影响因素研究[J]. 李鹏程. 高压电器. 2018(04)
[6]新型换流变压器绕组振动特性的ANSYS分析[J]. 戴丽宦,罗隆福,刘涛,刘俊华,陈尚敏. 电源技术. 2017(10)
[7]基于角域经验小波变换的滚动轴承故障诊断[J]. 杨长征. 机械传动. 2017(04)
[8]混合直流输电技术及发展分析[J]. 王永平,赵文强,杨建明,汪楠楠,卢宇,李海英. 电力系统自动化. 2017(07)
[9]先进交直流输电技术在中国的发展与应用[J]. 汤广福,庞辉,贺之渊. 中国电机工程学报. 2016(07)
[10]基于小波包特征能量提取的变压器绕组变形故障诊断[J]. 钱苏翔,杜琦,顾小军,李竹平. 机械设计与制造. 2012(09)
本文编号：2924424
【文章来源】：变压器. 2020年11期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
换流变压器振动传播途径
nlun2jΨt-lΨ（7）由此可由小波包系数rj+1,nl求解得到小波包系数在子空间U2nj上的小波包系数rj,2nl和在子空间U2n+1j上的小波系数rj,2n+1l:rj,2nl=∑kHk-2l·rj+1,nkrj,2n+1l=∑kGk-2l·rj+1,nk∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈（8）式（8）即为小波包分解算法，该算法可以将原始信号分解为数个小波包，这些小波包分别表征带宽相同、相互衔接的频段，且其中涵盖的信号点数相当于前一层的二分之一，其分解原理如图2所示。当不断增加小波包分解层数时，频率分辨率也会随之提升，相应的时域分辨率会随之下降。为了在提升频率分辨率的同时确保相应的时间分辨率也得到提升，需要重构各个小波包，重构算法原理为：原始信号经过j层小波分解以后可以获得小波包的数量为2j，则在重构时需要保留所需重构的小波包的数据而对同层的其它小波包的数据清零，然后重构小波包数据从而提升时域分辨率至原有水准，重构算法计算公式为：rj+1,nl=∑kHl-2krj,2nl+Gl-2krj,2n+1k∈∈（9）3.3小波包特征提取方法小波包分解后第i层第m(m=0，1，···，2i-1)个子频带所包含的重构信号xi,m所具有的能量Ei,m可用下式进行计算：Ei,m=∑Nnx2mn（11）其中，N表示信号数据样本的长度，xmn表示的是信号经过重构后各离散点的幅值，利用各频段能量构建相应的特征向量V：V=Ei,0，Ei,1，···，Ei,n∈∈（12）考虑到信号部分频段的能量可能会过大，因此需要对特征向量进行归一化处理，设定所有频带的能量和为：E=∑2i-1i=1Ei,m（13）则对特征?
疚纳瓒ǖ幕涣鞅溲蛊髟诵凶刺?锌赵睾?1.05p.u.负载两种情况，针对这两种情况采集振动信号并对信号特征进行分析。分析软件选择为Matlab2018b，全部运算均通过该软件完成。通过编程对信号进行性小波分析，由于Meyer小波对称且具有较好的正交性和规则性，可以有效波面信号的相位畸变，适用于分析换流变所产生的非平稳振动信号，因此本文分析时采用的小波基为Meyer小波。4.1空载条件下换流变压器振动信号特征分析根据3.4节中换流变压器振动信号特征分析流程，首先需要对空载条件下振动信号频谱进行分析，所得到的频谱如图5所示。由图5可以看出，空载时换流变压器振动信号频谱主要分布在0Hz~800Hz，基本集中在100Hz~400Hz，而振动传感器采样频率为20000Hz。若此时应用小波包分解，根据奈奎斯特定理，当分解i层时，各频段划分的带宽长度为20000/2i+1Hz，此时第一个频段0Hz~1250Hz的能量占所有频段能量的比例将趋近于100%，无法进行特征分析，此时需要对信号进行重采样。重采样主要考虑所分析信号的频带带宽，根据图5结果，设定重采样频率为1600Hz。根据以往的研究结果，小波包分解层数选为3层可以确保在进行多分辨率分析时的时间分辨率与频率分辨率均保持较好的精度，因此本文的小波包分解层数设定为3层。对空载时换流变压器振动信号进行小波包分解与重构，分解为8个小波包，这些小波包分别表征带宽相同、相互衔接的频段。然后保留所需重构的小波包的数据而对同层的其它小波包的数据清图4测点分布图图5空载时换流变压器振动信号频谱24
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于故障本征证据和特征指标的换流变压器状态评估[J]. 皮杰,宋佳翰,张先捷,李婧娇,孙勇,樊友平. 电力自动化设备. 2020(06)
[2]换流变压器和交流变压器振动信号特征的比较分析[J]. 潘志城,邓军,谢志成,张晋寅,梁晨,周海滨. 变压器. 2020(03)
[3]一种换流变现场检修热油喷淋干燥处理终点判定的高效方法[J]. 欧松松,马虎涛. 变压器. 2020(01)
[4]换流变压器典型绝缘缺陷案例[J]. 梁晨,邓军,周海滨,张晋寅,刘青松,潘志城. 变压器. 2019(10)
[5]基于振动信号分析法的换流变压器振动特性及其影响因素研究[J]. 李鹏程. 高压电器. 2018(04)
[6]新型换流变压器绕组振动特性的ANSYS分析[J]. 戴丽宦,罗隆福,刘涛,刘俊华,陈尚敏. 电源技术. 2017(10)
[7]基于角域经验小波变换的滚动轴承故障诊断[J]. 杨长征. 机械传动. 2017(04)
[8]混合直流输电技术及发展分析[J]. 王永平,赵文强,杨建明,汪楠楠,卢宇,李海英. 电力系统自动化. 2017(07)
[9]先进交直流输电技术在中国的发展与应用[J]. 汤广福,庞辉,贺之渊. 中国电机工程学报. 2016(07)
[10]基于小波包特征能量提取的变压器绕组变形故障诊断[J]. 钱苏翔,杜琦,顾小军,李竹平. 机械设计与制造. 2012(09)
本文编号：2924424
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