基于CWT和CNN-BiLSTM的散绕同步电机定子绕组短路故障检测方法

近年来,基于脉冲频率响应法(impulse frequency response analysis,IFRA)的神经网络模型已被证实能够有效检测定子绕组故障。然而,这些模型普遍具有鲁棒性不强、抗噪能力差等特点,究其原因是大多数的模型采用简单的神经网络架构且常规的IFRA普遍采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)对暂态信号进行时频变换,而FFT并不适合处理暂态突变的非平稳信号。文中以散绕结构的同步电机定子绕组为检测对象,采用连续小波变换(continual wavelet transform,CWT)代替FFT处理IFRA的暂态信号,并基于一维卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和双向长短时记忆网络(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)构建CNN-BiLSTM模型对采用CWT变换之后的信号进行故障检测。实验结果表明:采用CWT处理后的频域序列作为该模型的输入,相较于其它结构单一的模型,其平均准确率最优且高达99.01%。噪声对比实验表明:采用CWT变换后的数据能使故障诊断模型的鲁棒性及泛化性更强。

基于动态时间规整的变压器绕组变形故障诊断方法研究

绕组变形是导致变压器故障的主要原因之一,频率响应分析法是一种常用的检测绕组变形故障的方法。文中针对实际应用中,因频率响应数据解释不足导致的绕组故障诊断效果不佳、抗噪性能差和故障程度指标与实际故障程度的单调性不良等问题,提出了基于动态时间DTW(dynamic time warping)规整路径与K最邻近算法(KNN,K⁃nearest neighbor)的变压器绕组状态判别法、基于DTW偏离度的变压器绕组故障程度表征法。通过在一台实际变压器及一台模型变压器上的运用,验证了其在绕组状态判别及绕组故障程度表征方面的性能。通过对比实验,分析了该方法在绕组状态判别中的准确性,抗噪性,以及在故障程度表征上的灵敏性与线性相关性。结果表明,在这两个案例中,与现行变压器绕组故障诊断标准相比,文中方法有更高的准确率,更能反映变压器绕组变形故障的程度,有着更好的抗噪性能。

基于SSA-BGOMP的滚动轴承振动信号压缩重构方法

针对广义正交匹配追踪算法(GOMP)在进行滚动轴承振动信号压缩感知重构的迭代过程中无法剔除错误原子,重构效果较差的问题,提出了基于麻雀搜索算法-回溯广义正交匹配追踪(SSA-BGOMP)的轴承振动信号压缩重构方法,在GOMP的基础上引入具有自适应特性的改进回溯机制,通过麻雀搜索算法自动设置阈值,对支撑集原子进行二次回溯筛选,从而降低错误原子选入支撑集的概率,提升算法的抗噪性和重构效果。仿真信号以及CWRU,XJTU-SY轴承故障数据集的试验结果表明:在DCT和K-SVD字典上,SSA-BGOMP比GOMP的相对误差分别降低2%~12%与3%~13%,有效改善了滚动轴承振动信号的压缩重构效果。

基于谱聚类算法的变压器绕组故障分析方法初探

频率响应分析法是检测变压器绕组变形故障的主流方法之一。为了解决现有频率响应分析法对绕组故障分析的客观性不足等问题,结合人工智能技术,提出新的分析方法,研究了基于谱聚类算法的变压器绕组故障分析方法。首先,对方法的基本原理进行了介绍,给出了故障分析的流程。然后通过模拟试验测量了变压器绕组三种典型变形缺陷下的频率响应曲线,并基于7种统计指标表征了频率响应曲线,实现了原始数据的降维。最后,采用谱聚类算法对频率响应数据进行处理,结果表明聚类分析的平均准确率达到90%,取得较为满意的效果。该方法具有精确诊断绕组变形故障类型的潜力。

同步电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应仿真分析

为了得到同步发电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应特征,实现设备的早期维护,文章以一台凸极同步发电机为例搭建“场-路”耦合模型,分析了该电机定子绕组匝间短路前后的电流、电压、损耗及绕组电磁力的分布规律,并将结果导入Workbench仿真平台,利用“电磁-热”、“电磁-结构”耦合方法求取了该电机定子绕组故障前后的温度及力学响应(总体变形、等效应变与等效应力)变化特征。分析得到故障后电机定子绕组的温升已对附近槽绕组温度产生了影响,受力及易形变部位集中在定子端部绕组以及端部绕组与直线段连接的部分。文章为同步发电机的预防性绝缘制造以及定子绕组匝间短路的故障检测和诊断技术提供了依据。

基于暂态过电压特性的电力变压器绕组变形故障在线检测

为了在线检测电力变压器绕组变形,及时发现运行变压器潜伏性故障,结合频率响应法的基本原理和变压器绕组在运行期间遭受站内过电压冲击特性,提出了基于暂态过电压特性的绕组变形故障在线检测方法。基于耦合电容原理,通过有限元软件仿真技术,研制了用于在线获取过电压信号的传感器,并进行了相关性能实验测试。与此同时,开展了模拟绕组不同故障类型、故障程度和故障位置的试验。结果表明:研制的110 k V和10 k V过电压传感器均满足过电压信号的在线测量要求,分压比分别为109 723和10 231,响应时间<50 ns;绕组试验中不同故障类型绕组的频率响应曲线体现出差异性,不同故障程度和故障位置绕组的频率响应曲线体现出规律性。频率响应曲线波峰波谷变化能综合反映绕组故障信息,从而确定了提出的绕组变形故障在线检测方法具备实际在线应用的潜力。

基于短时Fourier变换的变压器绕组变形脉冲频率响应曲线获取方法

为了在利用脉冲注入法在线检测电力变压器绕组变形故障时能正确处理暂态信号,获取绕组的脉冲频率响应曲线,避免绕组变形状态的误判,提出了基于短时Fourier变换的脉冲频率响应曲线获取新方法,对该方法的基本原理进行了理论推导。然后,从理论推导入手,构建了单绕组仿真模型,结合PSPICE和MATLAB进行了联合仿真分析。仿真结果表明该仿真模型下经过短时Fourier变换的频率响应曲线谐振频率位于2 MHz,接近传统正弦频率响应曲线的谐振频率,初步证实了该方法的正确性。最后开展了110 k V变压器试验测试,分别用快速Fourier变换(FFT)和短时Fourier变换(STFT)处理了测试数据,采用相关系数指标进行了分段评判。试验结果表明经过短时Fourier算法处理后,绕组间频率响应曲线相关系数均>3,频率响应曲线清晰度较高,比快速Fourier变换处理效果更好。仿真分析与试验测试的数据处理结果均表明了该方法的可行性和优越性。

基于频率响应二值化图像的变压器绕组变形故障诊断方法

为了弥补现有频率响应分析法在检测变压器绕组变形故障时仅分析处理幅频特性曲线的变化而忽略相频特性曲线信息的缺陷,提出了一种基于频率响应二值化图像的绕组变形故障诊断方法。首先对该方法的基本原理进行了介绍,给出了绕组变形故障诊断流程;然后搭建了变压器绕组变形模拟试验平台开展3类典型故障试验测试,将实测频率响应的幅频特性和相频特性转换为极坐标图像,利用数字图像处理技术获得了图像相关度诊断指标和判据;最后分析了大型电力变压器的实测案例。试验结果显示:典型故障绕组对应诊断指标在3维空间分布呈现出分类和聚集特性,可用于识别绕组故障;并且,诊断判据可实现电力变压器的绕组故障有无的诊断。分析结论表明,所提方法比传统频率响应法在诊断灵敏度方面更具优势。

基于变压器电压电流图形特性的绕组变形在线监测方法

电力变压器是电力系统中最重要的设备之一。为了对变压器内部绕组状况开展实时在线监测、及时发现绕组变形故障,提出了一种绕组变形在线监测新方法。该方法基于变压器原副边电压电流信号构造特征图形,通过图形的变化来反映绕组变形情况。论文首先借助仿真软件建立模型,模拟绕组正常和故障情况,进行仿真测试;在此基础上,进一步搭建变压器绕组变形故障模拟实验平台,设置不同的绕组故障,并开展了一系列重复性及灵敏度验证实验。在仿真及实测条件下,测试得到的特征图型参数均发生了明显的变化且重复性良好。研究结果表明,论文所提的方法能够灵敏地反映出变压器的绕组变形故障情况,具有一定的工程推广应用价值。

基于脉冲频率响应法的变压器绕组变形带电检测仪

针对目前变压器绕组变形检测设备只能在变压器离线状态下对绕组运行状态进行检测的不足,研制基于脉冲频率响应法的变压器绕组变形便携式带电检测仪。该检测仪以固态Marx电路作为脉冲发生电路,以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,以AD采集电路为信号采集电路,集高压脉冲信号的产生、脉冲信号及响应信号的采集于一体,并可进一步对频率响应曲线进行快速分析,以期达到现场快速检测的目的。离线试验、电容耦合试验和带电试验结果均表明,所研制的检测仪频率响应曲线谐振点位置与现有离线检测设备频率响应曲线谐振点位置基本一致,可真实、准确地反映绕组状态,且可用于变压器绕组运行状态的带电检测。所研制的检测仪为基于脉冲频率响应法的变压器绕组变形带电检测技术的有效性和可靠性的进一步验证及在电力系统中的推广应用奠定了基础。

基于有限元法的电力变压器绕组集总参数电路仿真建模

频率响应法常与变压器绕组等值电路结合起来共同分析变压器的频响机理和绕组状态,而绕组建模是必要的基础性工作。为此,提出了一种基于有限元法的变压器绕组建模方法。利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell建立了电力变压器（容量为400kVA,连接组别为YNyn0）的有限元模型,结合推导的基于单饼的变压器绕组纠结和顺序缠绕方式的等值纵向电容计算方法,求解得到了变压器的主要电气参数并搭建了绕组的等值集总参数电路,然后对健康和饼间短路故障绕组进行了仿真和实测研究。研究结果表明：缠绕方式是绕组建模需要考虑的一个重要影响因素;健康绕组和短路故障绕组所得仿真和实测扫频频响曲线走势均大体一致,部分谐振点谐振频率几乎重合,前者第3、4、6、7个谐振峰值和第2、4、6、7、9个谐振谷值对应频率基本一致,最大误差为6.76%,验证了电路模型以及计算方法的正确性。该建模方法具有直观、方便、简单的特点,后期可用于探索研究更多变压器绕组变形,辅助实现故障模式识别等。

基于等效电路和温度场模型的10 kV干式铁芯串联电抗器故障的影响因素分析

在电力系统中,串联电抗器常用于限制电网中的短路电流和高次谐波。然而,由于绝缘老化、电压波动、谐波以及外界环境等因素的影响,电抗器会在运行中产生缺陷,严重时会引起烧毁甚至爆炸等事故。其中谐波与温升是引起电抗器绝缘缺陷的重要因素。为提供一种谐波以及温升对10 kV干式铁芯串联电抗器故障的影响的分析思路以便于其运行维护,以一台型号为CKSC-300/10-5的串联电抗器为例,通过建立其等效电路和温度场模型,分析并研究了两种因素对该电抗器烧毁故障的作用效果。结果表明:在选取合适的电抗率下,谐波并不是造成此电抗器烧毁故障的最直接的因素;经过温度场仿真分析,温升也不是造成此电抗器烧毁的直接因素之一,仍需要进一步考虑其他故障原因的影响。

基于连续小波变换的变压器绕组变形故障类型检测

利用脉冲频率响应法在线检测电力变压器绕组变形故障时,传统的频率响应曲线并不能刻画暂态信号的时域特性,且快速Fourier变换的局限性可能造成有用信息的缺失。为了克服以上缺陷,提出利用连续小波变换处理脉冲在线注入获得的暂态信号,绘制检测信号小波时频图,以矩阵相似度作为故障评判的量化指标。首先从理论推导入手,构建了单绕组仿真模型,开展了各种故障类型仿真分析;其次,进行了故障绕组试验,分析了信号时频特性,另外,采用矩阵相似度量化评判健康与故障绕组检测信号的关联程度。结果表明:仿真不同故障类型对应的小波时频图与健康绕组的时频图差异明显,且时频图在各频段差异表现出和频率响应相似的规律;与健康绕组相比,试验故障绕组的小波时频图在0.6 MHz以上高频段出现较大偏差,表现出绕组电容性故障应有的特性,而在0~0.6 MHz频段,试验绕组小波时频图的矩阵相似度为0.928 0,大于采用快速Fourier变换获得频响曲线的关联系数0.800 3,证实了小波变换的优越性。仿真分析与实验测试的数据处理结果,均初步证实该方法的可行性。

基于有限元法探究电力变压器绕组变形频率响应的仿真研究

利用有限元软件ANSYS Maxwell计算健康绕组的等值电路参数,通过与解析公式法计算结果对比验证有限元计算结果的正确性。然后基于有限元软件建立了不同变形类型和变形程度的绕组模型,仿真得到了绕组轴心偏移、辐向变形和饼间间距变化绕组的等值电路参数的变化。基于等值电路参数利用电路仿真软件PSPICE仿真绕组变形下的频率响应特性曲线,得到3种变形类型对谐振点的频率、幅值的影响。

基于纳秒脉冲技术的超/特高压设备绕组变形带电检测研究

绕组变形检测作为超/特高压绕组设备(变压器/高压电抗器)的检验项目,采用传统的离线检测,无疑限制了主要依靠带电检测/在线监测信号支持的电气设备状态评价。根据新疆电网750 k V变压器/高压电抗器状态评价需要,提出实现该类设备带电检测/在线监测设想,采用在高/低压套管末屏位置加装耦合电容和隔离装置,在高压套管侧注入激励纳秒脉冲而在低压套管侧检测其响应信号,构建绕组变形故障诊断的特征曲线。通过建模理论研究纳秒脉冲法检测绕组变形故障并首次设计现场耦合电容环和隔离装置对新疆乌北变电站750 k V高压电抗器进行3种试验电压实测和分析,研究结果表明,该方法实现超/特高压设备绕组变形故障的带电检测技术是可行的。

暂态过电压检测电力变压器绕组匝间短路故障

变压器在运行过程中,其内部初始故障最终有可能发展成灾难性事故,导致设备停运和电网停电,绕组变形被认为是变压器内部的最主要的故障之一。利用变压器运行时遭受过电压信号冲击的特性,提出利用暂态过电压可实现绕组变形故障的在线检测。首先,介绍了该方法的基本原理,在此基础上搭建了验证性试验平台,进行了匝间短路故障模拟试验。试验结果表明,该方法在一定程度上可实现绕组匝间短路故障的检测,具有一定的参考价值。

基于粒子群算法优化支持向量机的变压器绕组变形分类方法

变压器是电网最为核心的设备,绕组变形是变压器主要的故障类型之一,频率响应分析法(frequency response analysis, FRA)是目前广泛应用的绕组变形检测方法。为提高绕组变形分类诊断的性能,文中提出基于粒子群算法优化支持向量机(particle swarm optimization-support vector machine, PSO-SVM)的变压器绕组变形分类方法,采用数学统计方法提取频率响应曲线的特征参量,并输入到支持向量机模型进行训练,利用粒子群算法优化支持向量机模型参数,使其能够有效区分不同的绕组故障类型。为证明文中方法在变压器绕组故障诊断方面的有效性,在一台特制模型变压器上进行了一系列故障模拟实验。数据处理结果表明,训练后的支持向量模型表现出了极高的性能,并且,相比传统的网格搜索参数优化算法,粒子群算法优化的支持向量机可以显著提高变压器绕组变形故障的分类性能。

基于FEM的变压器绕组辐向变形频率响应特性研究

利用有限元分析软件对健康变压器绕组和辐向变形故障绕组建立了电磁模型,计算了绕组等效电路参数,对绕组辐向变形故障下的频率响应进行了仿真分析和特性研究。

基于套管CCS的高压并联电抗器绕组故障检测方法研究

针对高压并联电抗器绕组故障检测的必要性和现有方法的不便捷性,基于套管电容耦合传感器,提出和研制一种高压电抗器绕组故障检测方法。该方法依据脉冲频率响应法的基本原理,充分考虑了高压并联电抗器的结构特点,采取了套管耦合的方式实现信号的注入与测量方式。并联电抗器绕组故障的电路仿真,初步证实了检测方法的可行性。现场750 kV健康电抗器实验与故障模拟实验的测试分析,进一步证实了检测方法的可行性和有效性,为后续该方法的现场应用及在线应用的推广奠定了基础。

基于连续小波变换获取变压器绕组变形脉冲频率响应曲线的方法

绕组变形是变压器常见的故障类型之一,脉冲频率响应分析法作为一种近年来新兴的检测方法,具有实现在线检测绕组变形的潜力。然而,现有脉冲频率响应分析法从暂态检测信号获取频率响应曲线,大多直接采用快速Fourier变换,实际上并不适合处理暂态突变信号,现场实测结果也发现由Fourier变换得到的频响曲线易受噪声影响。为此,提出基于连续小波变换获取变压器绕组的脉冲频率响应曲线,对变压器绕组等效电路模型进行仿真分析,证实小波变换方法的可行性和有效性,变压器实测分析证实小波变换方法相比快速Fourier变换具有优越性。