一种特高压换流变压器声纹分析方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及换流变声纹监测，特别涉及一种特高压换流变压器声纹分析方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着我国经济工业的发展，工业和居民用电需求不断增大，超高压大型电网成为电力发展的必然趋势。其中，变压器是电能转化的关键设备，经过长时间的运行，变压器发生异常工况的机率不断增加，部分异常工况甚至会带来巨大的经济损失和社会危害，因此对变压器的运行工况进行检测的重要性越来越高，声纹监测具有不影响电力设备当前运行状态(与电力设备无接触，安全性更高)和区域监测(声纹监测技术采集的声音信号为区域内的复合声场，单测点可监测较大范围，部署更简便)的优点，但目前缺少真正能够表征特高压换流变运行状态声纹特征的特征值。

2、变压器正常运行情况下，变压器的振动大体上包括本体结构振动(稳态振动)、冷却装置工作振动(稳态振动)以及切换有载调压分接开关产生的振动(瞬态振动)等。这些振动信号中，由冷却系统引起的振动一般集中在100hz以内的低频区间，而有载调压分接开关的瞬态振动一般由khz级别的高频振动构成，占最主要地位的变压器本体振动主要来自变压器铁心和绕组的振动，其具有十分明显的频谱特征，即在正常运行时以100hz波形为基频，并混有高次谐波分量。由于变压器运行产生的声音信号来自变压器振动经由空气介质的向外辐射，因此变压器的声音信号成分与振动成分一致，主要来自变压器铁心和绕组的振动，在变压器正常运行时同样以100hz波形为基频，并混有高次谐波分量。当变压器处于某一工况时，本体振动产生的声音信号维持在稳定状态。当本体振动产生的声音信号状态发生改变，代表影响本体振动的核心因素--电压与电流，发生了改变，即变压器工况发生了改变，因此可以通过对变压器声音信号状态变化的识别来监测变压器的运行工况改变。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种特高压换流变压器声纹分析方法，能够为换流变压器的声纹监测领域找到与运行状态相关的声纹特征值，为换流变生产运维提供有效参考。

2、本发明还提出一种具有上述特高压换流变压器声纹分析方法的装置、设备及存储介质。

3、根据本发明的第一方面实施例的特高压换流变压器声纹分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、采集换流变压器的声纹信号；

5、计算所述声纹信号的功率谱；

6、基于所述声纹信号及其功率谱，计算其若干种声纹特征值；

7、基于所述每种声纹特征值的变化，确定每种特征值对换流变压器的运行状态影响的强弱，选择影响较高的若干个声纹特征值作为参考特征值。

8、根据本发明实施例的特高压换流变压器声纹分析方法，至少具有如下有益效果：该方法通过将本领域技术人员能够想到的常见声纹特征进行列举，分别计算其自相关性与互相关性，取其中相关系数较高的作为主要参考的声纹特征，能够为换流变压器声纹监测提供理论方向，减少无意义劳动，提高效率。

9、根据本发明的一些实施例，所述声纹特征值，包括以下五种：a计权声压级、c计权声压级、未计权声压级、100hz变压器基频及其倍频能量占比、700hz以上特定频段能量占比、50hz奇数倍频与偶数倍频能量之比、谱质心、谱信息熵。

10、根据本发明的一些实施例，所述参考特征值包括：a计权声压级、、100hz变压器基频及其倍频能量占比、50hz奇数倍频与偶数倍频能量之比、谱质心、谱信息熵。

11、根据本发明的一些实施例，所述a计权声压级计算公式为：

12、

13、其中lk为20hz-20khz三分之一倍频程各频段声压级，lak为20hz-20khz三分之一倍频程各频段a计权声级修正值。

14、根据本发明的一些实施例，所述100hz变压器基频及其倍频能量占比是指功率谱中100hz及其倍频能量之和，与功率谱全部频段能量之比，计算公式为：

15、

16、其中为功率谱中100hz倍频能量，100*n最大为声纹采样率的一半。

17、根据本发明的一些实施例，所述50hz奇数倍频与偶数倍频能量之比是指功率谱中50hz的奇数倍频能量之和，与50hz的偶数倍频能量之和之比，计算公式为：

18、

19、其中，为功率谱中50hz的奇数倍频能量，50*nj最大为声纹采样率的一半,为功率谱中50hz的偶数倍频能量，100*no最大为声纹采样率的一半。

20、根据本发明的一些实施例，所述谱质心的计算公式为：

21、

22、其中ak为信号功率谱，fk为对应的频率，n最大为声纹采样率的一半。

23、根据本发明的一些实施例，所述谱信息熵的计算公式为：

24、

25、其中ak为信号功率谱,n最大为声纹采样率的一半,nk为参与计算的功率谱个数。

26、根据本发明的第二方面实施例的特高压换流变压器声纹分析装置，该装置包括：

27、声纹采集模块，用于采集换流变压器的声纹信号；

28、功率谱分析模块，能够计算所述声纹信号的功率谱；

29、特征值计算模块，能够基于所述声纹信号及其功率谱，计算其若干种声纹特征值；

30、特征值筛选模块，能够基于所述每种声纹特征值的变化，确定每种特征值对换流变压器的运行状态影响的强弱，选择影响较高若干个声纹特征值作为参考特征值。

31、根据本发明第三方面实施例的终端，该终端包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时以实现上述特高压换流变压器声纹分析方法。

32、根据本发明第四方面实施例的计算机可读存储介质，该介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于以执行上述换流变压器声纹分析方法。

33、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种特高压换流变压器声纹分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声纹特征值，包括以下至少一种：a计权声压级、c计权声压级、未计权声压级、100hz变压器基频及其倍频能量占比、700hz以上特定频段能量占比、50hz奇数倍频与偶数倍频能量之比、谱质心、谱信息熵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考特征值包括下述中至少一种：a计权声压级、100hz变压器基频及其倍频能量占比、50hz奇数倍频与偶数倍频能量之比、谱质心、谱信息熵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述a计权声压级计算公式为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述100hz变压器基频及其倍频能量占比是指功率谱中100hz及其倍频能量之和，与功率谱全部频段能量之比，计算公式为：

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述50hz奇数倍频与偶数倍频能量之比是指功率谱中50hz的奇数倍频能量之和，与50hz的偶数倍频能量之和之比，计算公式为：

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述谱质心的计算公式为：

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述谱信息熵的计算公式为：

9.一种特高压换流变压器声纹分析装置，其特征在于，包括：

10.一种终端，包括：存储器、处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要1至8中任一项所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至8中任一项所述的方法。

技术总结本发明公开了一种特高压换流变压器声纹分析方法，并公开了具有特高压换流变压器声纹分析方法的装置、设备及存储介质，其中特高压换流变压器声纹分析方法本发明通过对功率谱提取A计权声压级、100Hz变压器基频及其倍频能量占比、50Hz奇数倍频与偶数倍频能量之比、谱质心、谱信息熵等五类声纹特征，找到与运行状态相关的声纹特征值，为换流变压器生产运维提供有效参考。技术研发人员：程涣超,王一林,赵晓宇,唐勇,余伟成,赵义焜,谭瑞娟,李嘉熙,张荐,吴超,遇心如受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/29