引言
电力变压器作为电网的核心设备，对大范围电网的安全稳定运行具有重要影响。
为保障变压器的安全稳定运行，已有许多不停电检测技术应用于到变压器中。
其中，变压器的声纹检测技术由于传感装置无需与变压器之间产生电磁耦合且能够对变压器的整体性机械故障进行检测与诊断，因此在变压器的在线监测、不停电检测等实际落地场景中具有广泛的应用价值。
变压器在运行过程中铁芯、绕组等结构会产生振动并传递机械波，产生的振动和可听声信号包含了大量的设备状态信息。
声纹监测的科学依据 | 机理
了解并掌握变压器可听声信号的产生机理是我们做一切诊断、预警的先决条件。
其主要来自于变压器噪声中频率为20Hz~20kHz的声信号，而这些声信号则由绕组、铁心、安装的冷却风扇装置转动时的种种异常而产生。
在变压器的运行过程中，铁心、绕组等结构由于受到磁致伸缩、电磁力、转矩力等激励影响而产生振动，并产生机械波，而这些机械波又通过设备内固体、液体等介质传递到设备外壳或周围的环境空气中，这些振动及可听声信号中蕴含丰富的设备故障状态信息。
声纹监测现状及技术难点
- 目前普遍以基于正样本数据偏差算法的异音检测方案为主，但进一步识别故障类型的效果有限，并且对正样本数据的应用价值缺乏更好地挖掘。
- 在可听声现场收集数据过程中，必然存在各类干扰噪声，如鸟鸣、汽笛、有载分接开关动作声、电晕放电声、风机声等等，对广泛应用造成阻碍。
- 行业内基于数据驱动的故障诊断的普遍问题在于设备的故障样本类型不足，正负样本数据量不平衡。
- 目前有接触式、非接触式、超声等数种监测方式并存，实际应用时难以抉择。
朋禾方案的技术优势
- 我们对正样本进行分门别类，按照变压器厂商、设备型号、监测方式（声音、振动）对数据分别进行模型训练，确保挖掘到的设备健康状态特征指标具有可推广性！
- 将噪声干扰类型分类，识别瞬时干扰及稳态干扰，分别采用针对性信号处理算法进行去噪；采用谱减法去除平均干扰（如风机干扰）；采用小波时频降噪去除非平稳瞬态干扰；采用独创的声纹信噪比指标去除超量的异常非平稳干扰；并且利用可听声+振动的优势，进行综合诊断。
- 特征值诊断为主，深度学习为辅，选择合适声纹典型特征值进行预警阈值判断，在1的应对基础上，提取核心声纹特征并根据现有故障样本特征分布特性进行故障诊断，同时选取轻量的故障分类算法对直流偏磁，绕组形变、铁心松动等进行故障判别。
- 朋禾智能是行业内少数同时拥有非接触麦克风、贴面式声纹、mems声纹阵列、振动传感器监测方案的服务商之一，既适用于声纹的高精度测量及诊断、声纹样本库的采集与构建，又适用于声纹可视化定位的多种场景需求。
数种监测方式的对比
振动数据采集相比于声音信号采集具有更强的抗干扰能力，缺点在于振动信号的采集对于安装点位置的要求更为严格，安装点位置的较小偏移也将导致测量结果产生很大的变化，这不利于对不同厂家、不同型号间变压器所采集振动数据的一致性保持，并基于此做统一性故障判断。
且由于变压器体积庞大，测量变压器完整的振动信号需要较多的振动加速度传感器。而非接触声音采集手段则能很好地解决空间敏感度过高的问题。
声信号监测覆盖范围广，属于非接触式测量，能够实现不用设备间数据的统一，从而满足不同个体变压器在线监测的要求，声信号数据后期处理分析空间较大。
注：采样率单位应为 kS/s
朋禾方案概述
朋禾智能电力设备声纹振动在线监测系统组成：
- 采集终端 – 智能感知层（根据应用场景选择合适传感器）：
声纹传感器（电容式麦克风、MEMS阵列、贴片式声纹）、振动传感器
- 边缘侧 – 数据采集与边缘计算主机
站端部署的声纹振动监测装置采集及边缘计算主机，基于高性能嵌入式处理器与FPGA可编程芯片，支持硬件级信号实时采集及并行处理，负责对声纹传感器、振动传感器信号进行采集、特征提取及处理分析，并打包发送至远程服务器。快速、准确地反馈被监测变压器的运行状态。并且可根据现场实际情况选择壁挂式机柜或落地机柜IED进行灵活部署。
- 远程诊断服务应用层：软件平台
软件由两部分组成：
站端声纹振动在线监测系统EdgeX LiteTM 内置于边缘采集IED内部，实现：
- 根据现场情况及传感器的不同，配置不同的采集策略
- 各种振动及声信号的原始数据浏览、信号特征实时计算与查看
- 历史数据查询与比对
- 支持声音信号的在线监听及文件导出
- 支持自定义故障诊断及机器学习模型管理及一键边缘部署
- B/S架构设计，可随时、随地便携式浏览，或部署于变电站控制屏柜
现场声纹检测装置上电后自动采集声音数据并经打包处理后发送至智能应用平台，由PredictX Pro® 平台完成变电站设备数据可视化、数据库存储、设备运行状态评价以及平台常规运维数据；为运维人员提供科学有效的参考依据，并能够有效延长设备运行时间，制定合理检修计划，防范突发故障的发生。
该技术产品适用于各个电压等级的变压器机械故障诊断，且对其他变电设备（GIS断路器、GIS隔离开关、互感器等）同样适用。
