专利名称：一种圆柱结构非晶合金变压器铁心及其振动监测方法
技术领域：
本发明公开了一种圆柱结构非晶合金变压器铁心及其振动监测方法，属于变压器设计制造与信号监测技术领域。
背景技术：
非晶合金是将主要的材料相互溶化(其中硼、铁、镍、硅以及碳等为主要的选用材料)，在溶化之后的液体状态之下，以106K/S的速度急速的冷却下去，在冷却之后，从合金液体形态一次成形为金属薄片，而其固态的合金并没有晶格与晶界这两种的存在；所以，这样的合金也就称之为非晶态合金。非晶合金带材没有晶格和晶界存在，其磁化功率非常小，且具有良好的温度稳定性。在变压器领域，非晶合金作为一种新型高科技的变压器铁心材料具有许多独特性能特点，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度、高强度、高电阻率等，由非晶合金带材制成的铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗，低激磁电流、良好的温度稳定性，越来越受到重视，是国家推广的节能产品之一。目前进口的非晶合金带材只有142mm/170mm/213mm的3种宽度，铁心结构为三相五柱或者三相三柱结构，铁心截面积为矩形，变压器绕组为带圆角矩形。矩形绕组抗短路能力差，绕组绕制工艺复杂，限制了大容量非晶合金变压器的发展。圆形绕组抗短路能力强，绕组绕制作工艺成熟(硅钢片式铁心的大型变压器都为圆形绕组)，特别适合于大容量非晶合金变压器。矩形截面积最大只有圆形截面积的63. 66%，填充率低，使大容量非晶合金变压器成本增加。同时，由于非晶合金带材磁致伸缩引起铁心的振动，以及带材间动态的电磁力引起绕组的振动等，影响机械的性能还会产生噪声。

发明内容
针对上述缺陷和不足，本发明引入一种圆柱铁心结构和软测量在线监测方法到非晶合金变压器中。该结构突破了非晶合金变压器制造工艺难度大，制造成本高的缺点；配套使用该监测方法可以快速、实时、准确的对变压器的振动信息进行监测。本发明提出一种圆柱结构非晶合金变压器铁心及其振动在线监测方法，其内容包括I. 一种新型非晶合金变压器铁心，其横截面如图I。2.采用软测量技术实现变压器振动信息的在线监测。3.变压器铁心成阶梯型圆柱结构，由高导磁拉板和宽度分别为213mm、170mm、142mm的3种非晶合金带材构成。4.圆形铁心主级采用高导磁材料作为拉板，虚拟增加一级铁心,提高材料利用率，使变压器成本降低。5.圆形铁心主级两侧的非晶合金带材成对称分布，依次为宽度为213mm、170mm、142mm的非晶合金带材。
6.高导磁拉板和3种非晶合金带材按照一定的比例组合成阶梯圆形。7.采用神经网络构建软测量模型，该软测量模型可以实现在线监测的振动信息包括振动幅值，振动频率等。8.采用RBF神经网络构建模型。神经网络选择的基本变量有额定电压、电流，额定容量，频率，磁通，漏磁，负载电流，电流密度、电场强度、磁场强度，损耗比，铁心直径，电阻率，环境温度，绕组系数，负载系数等。9.该RBF神经网络的输入层神经元的个数是根据选取输入变量个数确定，其输出层神经元个数是根据需要检测的变量的个数确定，在本发明中需要监测振动幅值，振动频率；因此，共需要2个输出神经元。10. RBF网络的基函数采用高斯函数；基函数的学习中心用K-均值聚类算法获得； 权值的学习采用LMS算法。11.该方法可以通过调整输入和输出层神经元的个数、输出权值以及相关参数，来实现适应不同的变压器以及不同的工作环境。12.算法终止条件可以根据实际需要的精度进行设置，或设置最大迭代次数。本发明的有益效果是制造成本相比原来传统结构降低25-35%，使用成本是传统25%，使用时间越长，使用成本越低，具有长期效益；叠片系数原来为86%，现在可以达到95%到97% ;线圈加工难度大大降低，工艺操作简单，大幅度提高了工人的效率，降低工人成本，增加企业效益；产品低能耗，抗短路能力强，局放低，单位损耗可达到普通损耗的20%左右；实时精确的在线振动监测系统保障了变压器运行和维护，具有现实意义和实用价值。


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图I是非晶合金变压器阶梯型圆柱结构铁心横截面图。图2是RBF神经网络建模流程图。图I中(I)非晶合金带宽142mm，⑵非晶合金带宽170mm，⑶非晶合金带宽213mm,⑷高导磁拉板(虚拟主级)，(5)线圈。
具体实施例方式如图I所示，变压器铁心成阶梯型圆柱结构，由高导磁拉板和宽度分别为213mm、170mm、142mm的非晶合金带材构成。圆形铁心主级采用高导磁材料作为拉板,虚拟增加一级铁心。圆形铁心主级两侧的非晶合金带材成对称分布，依次为宽度为213mm、170mm、142_的非晶合金带材。并将高导磁拉板和3种非晶合金带材按照一定的比例组合成阶梯圆形。对于振动信息的在线检测，根据图2所示，先采用K-均值聚类算法获得基函数的学习中心；采用LMS算法获得权值。其中，K-均值聚类算法的具体步骤如下第一步，初始化聚类中心，即根据经验从训练样本集中随机的选取N个样本作为初始中心Ti(O) (i = 1,2, . . . , N),设置迭代步数η = O。第二步，随机输入训练样本心Χκ。第三步，寻找训练样本Xk离哪个中心最近，即找到i (Xk)使其满足i (Xk) = argmin| Xk-T1 (η) I, i = 1,2, ···, N ;式中Ti(Ii),是第η次迭代时基函数的第i个中心。第四步，调整中心公式
Τ(η + ) = \Τι{'η"> + η^Χκ⑷—T'⑷]’当i=i (义人,)
' ~|Un),其他
第五步，判断是否学完所有的训练样本且中心分布不在变化，是则结束，否则η =η+1转到第二步。最后得到的Ti(Ii)即为RBF网络最终的基函数的中心。基函数方差确定:沒1 = ^2 =L = ΘΝ -N为隐单元个数，Hfflax为所选取中心之间的最大距离。
权利要求
1.一种圆柱结构非晶合金变压器铁心及其振动监测方法，其特征在于所采用的技术方案包括以下内容 (I)一种新型圆柱结构非晶合金变压器铁心结构，该结构能有效地增大叠片系数，填充率，降低生产成本；(2)采用软测量技术实现变压器振动信息的在线监测。
2.根据权利要求I所述，其特征在于变压器铁心成阶梯型圆柱结构，由高导磁拉板和宽度分别为213mm、170mm、142mm的3种非晶合金带材构成。
3.根据权利要求I所述，其特征在于圆形铁心主级采用高导磁材料作为拉板，虚拟增加一级铁心，提高材料利用率，使变压器成本大大降低。
4.根据权利要求I所述，其特征在于圆形铁心主级两侧成对称分布，依次为宽度为213mm、170mm、142mm的非晶合金带材。
5.根据权利要求I所述，其特征在于高导磁拉板和3种非晶合金带材按照一定的比例组合成阶梯圆形。
6.根据权利要求I所述，其特征在于采用RBF神经网络构建软测量模型，可以实现在线监测的振动信息包括振动幅值和振动频率等。
7.根据权利要求6所述，其特征在于神经网络选择的基本变量有额定电压、电流，额定容量，频率，磁通，漏磁，负载电流，电流密度，电场强度，磁场强度，损耗比，铁心直径，电阻率，环境温度，绕组系数，负载系数等。
8.根据权利要求6，7所述，其特征在于RBF神经网络的输出层有2个神经元。
9.根据权利要求8所述，其特征在于RBF网络的基函数采用高斯函数；基函数的学习中心用K-均值聚类算法获得；权值的学习采用LMS算法。
全文摘要
本发明公开了一种圆柱结构非晶合金变压器铁心及其振动监测方法，属于变压器设计制造与信号监测技术领域。非晶合金变压器铁心是阶梯型圆柱结构，由高导磁拉板和宽度分别为213mm、170mm、142mm的3种非晶合金带材构成。圆形铁心主级采用高导磁材料作为拉板，虚拟增加一级铁心；圆形铁心主级两侧成对称分布，依次为宽度为213mm、170mm、142mm的非晶合金带材。高导磁拉板和3种非晶合金带材按照一定的比例组合使铁心横截面成阶梯圆形。并且本发明采用软测量技术，通过捕获变压器实时的电压，电流，磁通，漏磁等相关信息构建RBF神经网络模型实现振动信息的在线监测。本发明成果主要应用于中高压电力系统中。
文档编号G01H17/00GK102969127SQ20121046470
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者李 杰, 廖志凌, 洪振兴 申请人:江苏宏安变压器有限公司