干式电抗器匝间短路故障诊断方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及电力设备故障诊断技术领域，尤其涉及一种干式电抗器匝间短路故障诊断方法、装置及电子设备。

背景技术

随着我国电力系统规模的扩大，感性负荷逐渐增加，系统对无功的需求也随之变高，干式空心电抗器具有线性度好、噪音低、占地面积少、损耗小、机械强度高等优点，因此被广泛的应用于电网。然而，随着接入电力系统的非线性负载的增多、电抗器投用数量的增加以及运行年限的增长，导致近年来干式空心电抗器故障引发的事故逐渐增多。其中，匝间短路故障发生的比例最大，单匝匝间短路在无法得到有效检测的情况下，继而发展成多匝短路，从而造成电抗器烧毁引发火灾，影响电力系统的正常运行，造成巨大损失。

目前，主要是通过温度监测法和探测线圈法对电抗器匝间短路故障进行检测，但是通过温度监测法进行检测时，温升变化缓慢，故不能及时发现故障；通过探测线圈法进行检测时，存在检测盲区且探测线圈可能会影响电抗器的正常运行。

因此，现有技术中对干式电抗器进行匝间短路故障诊断时，存在检测结果的准确度不高的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种干式电抗器匝间短路故障诊断方法、装置、电子设备以及存储介质，用以解决现有技术对干式电抗器进行匝间短路故障诊断时，检测结果的准确度不高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种干式电抗器匝间短路故障诊断方法，包括：

获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱；

根据电流信号频谱和电压信号频谱，基于传递函数公式，确定特征曲线；

获取初始曲线；

根据特征曲线和初始曲线，通过差值面积法，得到差值面积相关系数；

根据差值面积相关系数，判断干式电抗器是否存在匝间短路故障。

进一步地，获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱，包括：

获取干式电抗器的电流测试信号和电压测试信号，其中，电流测试信号包括进线端电流测试信号和出线端电流测试信号，电压测试信号包括进线端电压测试信号和出线端电压测试信号；

分别对电流测试信号和电压测试信号进行傅里叶变换，得到电流信号频谱和电压信号频谱。

进一步地，获取干式电抗器的电流测试信号和电压测试信号，包括：

获取电流测试波形和电压测试波形；

分别对电流测试波形和电压测试波形进行去噪处理，得到电流测试信号和电压测试信号。

进一步地，根据特征曲线和初始曲线，通过差值面积法，得到差值面积相关系数，包括：

根据特征曲线，确定特征曲线面积；

根据初始曲线，确定初始曲线面积；

根据特征曲线面积和初始曲线面积，通过差值面积公式，得到差值面积相关系数。

进一步地，根据特征曲线面积和初始曲线面积，通过差值面积公式，得到差值面积相关系数，还包括：

按照频率分别对特征曲线和初始曲线进行分段，得到多段特征曲线和多段初始曲线；

根据多段特征曲线和多段初始曲线，通过差值面积公式，得到对应的多个差值面积相关系数；

分别对多个差值面积相关系数分配权重系数，并根据多个差值面积相关系数及其对应的权重系数，确定差值面积相关系数。

进一步地，根据差值面积相关系数，判断干式电抗器是否存在匝间短路故障，包括：

获取差值面积相关系数阈值，判断差值面积相关系数是否大于差值面积相关系数阈值，若是，则干式电抗器存在匝间短路故障，若否，则干式电抗器不存在匝间短路故障。

进一步地，获取初始曲线，包括：

获取干式电抗器的多个初始电流信号频谱和多个初始电压信号频谱；

根据多个初始电流信号频谱和多个初始电压信号频谱，基于传递函数公式，确定多个初始特征曲线；

根据多个初始特征曲线，通过求平均操作，确定初始曲线。

为了解决上述问题，本发明还提供一种干式电抗器匝间短路故障诊断装置，包括：

信号频谱获取模块，用于获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱；

特征曲线获取模块，用于根据电流信号频谱和电压信号频谱，基于传递函数公式，确定特征曲线；

初始曲线获取模块，用于获取初始曲线；

差值面积相关系数获取模块，用于根据特征曲线和初始曲线，通过差值面积法，得到差值面积相关系数；

故障判断模块，用于根据差值面积相关系数，判断干式电抗器是否存在匝间短路故障。

为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的干式电抗器匝间短路故障诊断方法。

为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，程序介质存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被计算机执行时，实现如上述任一技术方案所述的干式电抗器匝间短路故障诊断方法。

采用上述实施例的有益效果是：本发明提供一种干式电抗器匝间短路故障诊断方法、装置、电子设备以及存储介质，该方法通过传递函数公式将干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱结合在一起分析，提高了数据的可靠度；通过传递函数公式将两种信号的数据进行综合，得到特征曲线，然后通过差值面积法，对特征曲线对应的面积和初始曲线对应的面积进行处理，以初始曲线为基准，即，以干式电抗器正常的初始运行状态为依据，能够实现针对性地获取某一干式电抗器对应的特征曲线在初始曲线的基础上产生的变化，能够发现更加细微的变化，从而有效提高判断干式电抗器是否存在匝间短路故障的检测结果的精确度。

附图说明

图1为本发明提供的干式电抗器匝间短路故障诊断方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱一实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的确定初始曲线一实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的确定差值面积相关系数一实施例的流程示意图；

图5为本发明提供的确定差值面积相关系数另一实施例的流程示意图；

图6为本发明提供的干式电抗器匝间短路故障诊断装置一实施例的结构框图；

图7为本发明提供的电子设备一实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在陈述实施例之前，先对关于电抗器、扫频、电流互感器、探头、波形记录仪以及传递函数进行阐述：

电抗器也叫电感器，电抗器是换流站和变电站的重要设备，在电网系统中的应用十分广泛。用于轻空载或轻负荷线路上的电容效应，以降低工频暂态过电压；改善长输电线路上的电压分布；使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡，防止无功功率不合理流动同时也减轻了线路上的功率损失。

扫频是为了测试而设计的，是指信号在一个频段内，频率由高到低(或由低到高)连续变化的过程。因此扫频信号就是为了测试，它主要用来测试元器件以及整机的频率特性。经常用于电子测量中对网络的阻抗特性和传输特性进行测量。

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成，它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

探头即传感器的再封装形式，是把传感器的最基本单元，通过合理的电子电路与外部封装结构，对传感器进行封装，使它具有我们所需的一些独立功能的部件。

波形记录仪又称多通道暂态记录仪、便携式波形记录仪、录波仪、数字录波仪、电力录波仪、便携式录波仪，波形记录仪能够实时绘制试验曲线，并且提供多种曲线分析工具，对波形数据进行分析处理。

传递函数是指零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。记作G(s)＝Y(s)/U(s)，其中Y(s)、U(s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具之一，经典控制理论的主要研究方法——频率响应法和根轨迹法——都是建立在传递函数的基础之上。传递函数是研究经典控制理论的主要工具之一。

目前，为了对电抗器匝间短路故障进行检测，主要是利用温度监测法和探测线圈法，然而，通过温度监测法进行检测时，温升变化缓慢，无法及时发现故障；通过探测线圈法进行检测时，存在检测盲区且探测线圈可能会影响电抗器的正常运行。

因此，现有技术中对干式电抗器进行匝间短路故障诊断时，存在检测结果的准确度不高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种干式电抗器匝间短路故障诊断方法、装置、电子设备以及存储介质，以下分别进行详细说明。

如图1所示，图1为本发明提供的干式电抗器匝间短路故障诊断方法一实施例的流程示意图，干式电抗器匝间短路故障诊断方法包括：

步骤S101：获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱。

步骤S102：根据电流信号频谱和电压信号频谱，基于传递函数公式，确定特征曲线。

步骤S103：获取初始曲线。

步骤S104：根据特征曲线和初始曲线，通过差值面积法，得到差值面积相关系数。

步骤S105：根据差值面积相关系数，判断干式电抗器是否存在匝间短路故障。

本实施例中，首先，对干式电抗器进行检测，得到电流信号频谱和电压信号频谱；接下来，根据传递函数公式，分别对电流信号频谱和电压信号频谱进行处理，得到相应的特征曲线；然后，根据差值面积法，分别对初始曲线和特征曲线对应的面积进行处理，得到差值面积相关系数；最后，根据差值面积相关系数判断干式电抗器是否存在匝间短路故障。

本实施例中，通过传递函数公式对干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱进行处理，能够将干式电抗器的电流信号和电压信号两种信号进行融合，避免了只依靠某一种信号可能带来的误差，并且传递函数公式能够将两种信号的数据进行综合，提高了对数据的处理效果，能够提高特征曲线的可靠度；通过差值面积法，对特征曲线对应的面积和初始曲线对应的面积进行处理，以初始曲线为基准，即，以干式电抗器正常的初始运行状态为依据，能够实现针对性地获取某一干式电抗器对应的特征曲线在初始曲线的基础上产生的变化，能够发现更加细微的变化，从而有效提高判断干式电抗器是否存在匝间短路故障的检测结果的精确度。

作为优选的实施例，在步骤S101中，为了获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱，如图2所示，图2为本发明提供的获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱一实施例的流程示意图，获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱包括：

步骤S111：获取干式电抗器的电流测试信号和电压测试信号，其中，电流测试信号包括进线端电流测试信号和出线端电流测试信号，电压测试信号包括进线端电压测试信号和出线端电压测试信号。

步骤S112：分别对电流测试信号和电压测试信号进行傅里叶变换，得到电流信号频谱和电压信号频谱。

本实施例中，通过对干式电抗器施加扫频信号，测试到干式电抗器的电流测试信号和电压测试信号，然后，通过傅里叶变换，确定电流信号频谱和电压信号频谱。通过傅里叶变换，能够实现对电流测试信号和电压测试信号进行频谱分析。

作为优选的实施例，在步骤S111中，对干式电抗器施加扫频信号，利用录波仪记录电流互感器和电压探头采集到的进线端电流信号、出线端电流信号、进线端电压信号和出线端电压信号。

也就是说，干式电抗器能够直接获取到的数据信号是电流测试波形和电压测试波形，因此，为了提高数据的精度，需要对电流测试波形和电压测试波形进行去噪处理，从而得到电流测试信号和电压测试信号。

在一具体实施例中，利用小波变换对对电流测试波形和电压测试波形进行去噪处理，含有噪声的信号模型可以表示为：

y(k)＝x(k)+e(k)

其中，y(k)为整体信号，x(k)为真实信号，e(k)为噪声信号。

优选地，进行小波变换的步骤包括：首先，对含噪信号进行小波分解，需要选择合适的小波和小波分解层数，得到相应的小波分解系数；其次，分别在每一层选择合适的阈值对小波系数进行阈值量化处理，去除信号中的噪声成分；最后将经过处理的小波系数重构，得到去噪后的信号波形。

在一具体实施例中，扫频信号的频率范围为0Hz-10MHz。

作为优选的实施例，在步骤S112中，分别对电流测试信号和电压测试信号进行快速傅里叶变换，能够得到进线端电流信号频谱、出线端电流信号频谱、进线端电压信号频谱和出线端电压信号频谱。

作为优选的实施例，在步骤S102中，为了确定特征曲线，需要通过传递函数公式对进线端电流信号频谱、出线端电流信号频谱、进线端电压频谱和出线端电压频谱进行处理，其中，传递函数公式的表达式为：

式中，H

本实施例中，通过传递函数公式，将检测到的进线端电流信号频谱、出线端电流信号频谱、进线端电压信号频谱和出线端电压信号频谱进行综合，得到干式电抗器对应的转移阻抗传递函数和转移导纳传递函数，以便后续进行数据分析。

作为优选的实施例，在步骤S103中，为了获取初始曲线，在干式电抗器正式开始使用之前，需要对干式电抗器进行测试，如图3所示，图3为本发明提供的确定初始曲线一实施例的流程示意图，确定包括：

步骤S131：获取干式电抗器的多个初始电流信号频谱和多个初始电压信号频谱。

步骤S132：根据多个初始电流信号频谱和多个初始电压信号频谱，基于传递函数公式，确定多个初始特征曲线。

步骤S133：根据多个初始特征曲线，通过求平均操作，确定初始曲线。

本实施例中，通过对正常运行的干式电抗器进行多次测试，得到干式电抗器的多个初始电流信号频谱和多个初始电压信号频谱；然后，基于传递函数公式，确定多个初始特征曲线；最后，对多个初始特征曲线进行求平均，确定初始曲线。通过对正常运行的干式电抗器进行多次测试，不仅保证了获取到的初始电流信号频谱和初始电压信号频谱的有效性，并且根据平均操作，进一步避免了偶然性的误差，保证了初始曲线的有效性和参考度。

在一具体实施例中，对正常运行的干式电抗器进行10次测试，得到10个初始电流信号频谱和10个初始电压信号频谱，在传递函数公式的作用下，得到10个初始特征曲线，对10个初始特征曲线进行求平均操作，确定初始曲线。

其中，对10个初始特征曲线进行求平均操作的公式为：

其中，H

在一具体实施例中，初始特征曲线包括转移阻抗传递函数和转移导纳传递函数。

作为优选的实施例，在步骤S104中，为了确定差值面积相关系数，如图4所示，图4为本发明提供的确定差值面积相关系数一实施例的流程示意图，确定差值面积相关系数包括：

步骤S141：根据特征曲线，确定特征曲线面积。

步骤S142：根据初始曲线，确定初始曲线面积。

步骤S143：根据特征曲线面积和初始曲线面积，通过差值面积公式，得到差值面积相关系数。

本实施例中，通过对特征曲线进行积分，求得特征曲线对应的积分面积为特征曲线面积；通过对初始曲线进行积分，求得初始曲线对应的积分面积为初始曲线面积；然后根据差值面积公式，确定差值面积相关系数。通过差值面积公式，对特征曲线面积和初始曲线面积进行数据处理，实现根据初始曲线，确定特征曲线的变化情况，即，确定干式电抗器在初始正常运行的基础上产生的变化，不仅能够排除其他外部环境因素或者个体差异导致的误差，还能将变化情况放大，提高检测结果的精度。

作为优选的实施例，在步骤S141中，为了确定特征曲线面积，需要对特征曲线进行积分运算。

作为优选的实施例，在步骤S142中，为了确定初始曲线面积，需要对初始曲线进行积分运算。

本实施例中，通过积分运算，将初始曲线与特征曲线的差别进行累计放大处理，以便于找到差异，发现问题。

作为优选的实施例，在步骤S143中，差值面积公式的表达式为：

其中，R为差值面积相关系数，S

作为优选的实施例，在步骤S143中，为了提高差值面积相关系数的准确度，如图5所示，图5为本发明提供的确定差值面积相关系数另一实施例的流程示意图，确定差值面积相关系数包括：

步骤S1431：按照频率分别对特征曲线和初始曲线进行分段，得到多段特征曲线和多段初始曲线。

步骤S1432：根据多段特征曲线和多段初始曲线，通过差值面积公式，得到对应的多个差值面积相关系数。

步骤S1433：分别对多个差值面积相关系数分配权重系数，并根据多个差值面积相关系数及其对应的权重系数，确定差值面积相关系数。

本实施例中，首先，通过对不同频段的波形进行分类处理，得到多段特征曲线和多段初始曲线；然后，分别对多段特征曲线和多段初始曲线进行积分，得到多个特征曲线面积和多个初始曲线面积，并通过差值面积公式，对应得到多个差值面积相关系数；最后，为多个差值面积相关系数设置相应的权重系数，通过加权算法，确定最终的差值面积相关系数。

本实施例中，通过对不同频段的波形进行分类处理，并设置权重，对重点频段对应的差值面积相关系数设置较大的权重，能够提高差值面积相关系数的检测效果。

在一具体实施例中，设置频率为0-5MHz的扫频信号对应的差值面积相关系数的权重系数为60％，频率为5-8MHz的扫频信号对应的差值面积相关系数的权重系数为30％，频率为8-10MHz的扫频信号对应的差值面积相关系数的权重系数为10％，那么最终的差值面积相关系数的计算公式为：

R

其中，R

在其他实施例中，还可以根据实际需要按照其他比例设置各个频率的扫频信号对应的差值面积相关系数的权重系数。

作为优选的实施例，在步骤S105中，在获取到差值面积相关系数后，还需要设置差值面积相关系数阈值，才能判断干式电抗器是否存在匝间短路故障。

在一具体实施例中，当差值面积相关系数大于差值面积相关系数阈值时，判断干式电抗器存在匝间短路故障；当差值面积相关系数不大于差值面积相关系数阈值时，判断干式电抗器不存在匝间短路故障。

在一具体实施例中，差值面积相关系数阈值设置为0.1，当最终的差值面积相关系数大于0.1时，判断干式电抗器发生了匝间短路故障。

根据上述方式，通过传递函数公式将干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱结合在一起分析，提高了数据的可靠度；通过传递函数公式将两种信号的数据进行综合，得到特征曲线，然后通过差值面积法，对特征曲线对应的面积和初始曲线对应的面积进行处理，以初始曲线为基准，即，以干式电抗器正常的初始运行状态为依据，能够实现针对性地获取某一干式电抗器对应的特征曲线在初始曲线的基础上产生的变化，能够发现更加细微的变化，从而有效提高判断干式电抗器是否存在匝间短路故障的检测结果的精确度。

本发明还提供了一种干式电抗器匝间短路故障诊断装置，如图6所示，图6为本发明提供的干式电抗器匝间短路故障诊断装置一实施例的结构框图，干式电抗器匝间短路故障诊断装置600包括：

信号频谱获取模块601，用于获取干式电抗器的电流信号频谱和电压信号频谱。

特征曲线获取模块602，用于根据电流信号频谱和电压信号频谱，基于传递函数公式，确定特征曲线。

初始曲线获取模块603，用于获取初始曲线。

差值面积相关系数获取模块604，用于根据特征曲线和初始曲线，通过差值面积法，得到差值面积相关系数。

故障判断模块605，用于根据差值面积相关系数，判断干式电抗器是否存在匝间短路故障。

本发明还相应提供了一种电子设备，如图7所示，图7为本发明提供的电子设备一实施例的结构框图。电子设备700可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。电子设备700包括处理器701以及存储器702，其中，存储器702上存储有干式电抗器匝间短路故障诊断程序703。

存储器702在一些实施例中可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器702在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器702还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器702用于存储安装于计算机设备的应用软件及各类数据，例如安装计算机设备的程序代码等。存储器702还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，干式电抗器匝间短路故障诊断程序703可被处理器701所执行，从而实现本发明各实施例的干式电抗器匝间短路故障诊断方法。

处理器701在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器702中存储的程序代码或处理数据，例如执行干式电抗器匝间短路故障诊断程序等。

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有干式电抗器匝间短路故障诊断程序，计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的干式电抗器匝间短路故障诊断方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。