高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷方法，替代傳統(tǒng)的離線檢修模式，能夠準確判斷斷路器運行狀態(tài)信息。在線監(jiān)測系統(tǒng)包括直線位移傳感器、振動傳感器、信號調理電路、A/D轉換模塊、光電隔離電路、驅動隔離電路、分/合閘電氣控制模塊、DSP處理器、人機界面模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、系統(tǒng)對時模塊、通信模塊；直線位移傳感器、振動傳感器分別與信號調理電路相連，信號調理電路輸出端與A/D轉換模塊相連，A/D轉換模塊的輸出端、光電隔離電路、驅動隔離電路、人機界面模塊、系統(tǒng)對時模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、通信模塊與DSP處理器相連，驅動隔離電路的輸出端與分/合閘電氣控制模塊相連，通信模塊與上位機相連。
【專利說明】高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓斷路器，尤其涉及一種高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷方法，屬于高壓開關設備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的一次設備之一，也是所有一次設備中所占比例最高的設備，其安全運行對國家經濟建設起到巨大的支撐作用。傳統(tǒng)的斷路器檢修方式采用定期的離線測試法，這就需要斷路器退出運行，才能夠獲得斷路器相關的狀態(tài)數(shù)據(jù)。這種方法具有明顯的不足，即需要待檢修的斷路器退出運行，降低了檢修效率。例如，有的斷路器運行狀態(tài)良好，卻要定期退出運行進行檢修，而有的斷路器出現(xiàn)了故障，卻因為沒到檢修期而“帶病”運行，從而為電網(wǎng)的安全運行埋下了嚴重的隱患。為解決上述問題，斷路器機械特性在線監(jiān)測及故障診斷方法應運而生，并且不斷得到完善。
[0003]申請?zhí)枮椤?01320124521.9”的專利文獻公開了一種斷路器機械特性在線監(jiān)測儀，其采用角位移傳感器安裝在斷路器主軸上，通過采集斷路器主軸的角位移量計算獲得斷路器的機械特征參數(shù)，此方法具有明顯的不足，因為斷路器主軸的角位移量很小，不僅很難準確的采集，而且各次采集的隨機誤差較大，可重復性較差，另外，因其僅使用角位移傳感器采集數(shù)據(jù)，無法完成復雜的故障診斷及定位，因而實際監(jiān)測效果并不理想。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)及故障診斷方法，替代傳統(tǒng)的離線檢修模式，能夠準確判斷斷路器運行狀態(tài)信息。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn):
[0006]一種高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括上位機14、電源模塊12、下位機系統(tǒng)15，所述下位機系統(tǒng)15包括直線位移傳感器1、振動傳感器2、信號調理電路3、A/D轉換模塊4、光電隔離電路5、驅動隔離電路6、分/合閘電氣控制模塊7、DSP處理器8、人機界面模塊9、數(shù)據(jù)存儲模塊10、系統(tǒng)對時模塊11、通信模塊13 ;所述直線位移傳感器I采集斷路器驅動桿的位移信號，所述直線位移傳感器1、振動傳感器2分別與信號調理電路3相連，所述信號調理電路3的輸出端與A/D轉換模塊4相連,A/D轉換模塊4的輸出端、光電隔離電路5、驅動隔離電路6、人機界面模塊9、系統(tǒng)對時模塊11、數(shù)據(jù)存儲模塊10、通信模塊13與DSP處理器8相連，所述驅動隔離電路6的輸出端與分/合閘電氣控制模塊7相連，通信模塊13與上位機14相連，電源模塊12與下位機系統(tǒng)15各部分相連，為其供電。
[0007]—種高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)的故障診斷方法，該方法包括以下步驟:
[0008](I)設斷路器有η種狀態(tài)，包括狀態(tài)1、狀態(tài)2、…、狀態(tài)m-Ι、狀態(tài)m、狀態(tài)m+Ι、…、狀態(tài)n，采集上述η種狀態(tài)下的分閘與合閘的振動數(shù)據(jù)樣本，將不同狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)分為兩組，即分閘振動數(shù)據(jù)樣本組與合閘振動數(shù)據(jù)樣本組，采用基于區(qū)間小波包分析法提取各狀態(tài)下兩個分組振動信號的特征向量，分別得到分閘特征向量組、合閘特征向量組；所述基于區(qū)間小波包分析法提取振動信號特征向量的方法如下:
[0009]a.將振動信號進行j層分解，得到序列Sm，計算各分段能量:

【權利要求】
1.一種高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括上位機(14)、電源模塊(12)、下位機系統(tǒng)(15)，所述下位機系統(tǒng)(15)包括直線位移傳感器(I)、振動傳感器(2)、信號調理電路(3)、A/D轉換模塊(4)、光電隔離電路(5)、驅動隔離電路(6)、分/合閘電氣控制模塊(7)、DSP處理器(8)、人機界面模塊(9)、數(shù)據(jù)存儲模塊(10)、系統(tǒng)對時模塊(11)、通信模塊(13);所述直線位移傳感器(I)采集斷路器驅動桿的位移信號，所述直線位移傳感器(I)、振動傳感器⑵分別與信號調理電路⑶相連，所述信號調理電路⑶的輸出端與A/D轉換模塊(4)相連，A/D轉換模塊(4)的輸出端、光電隔離電路(5)、驅動隔離電路(6)、人機界面模塊(9)、系統(tǒng)對時模塊(11)、數(shù)據(jù)存儲模塊(10)、通信模塊(13)與DSP處理器⑶相連，所述驅動隔離電路(6)的輸出端與分/合閘電氣控制模塊(7)相連，通信模塊(13)與上位機(14)相連，電源模塊(12)與下位機系統(tǒng)(15)各部分相連，為其供電。
2.根據(jù)權利要求1所述的高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述直線位移傳感器(I)為直滑式導電塑料電位器，型號為WDL-50-2，獨立線性度達0.1%。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述直線位移傳感器(I)安裝在高壓斷路器電磁鐵外側的支架上，由驅動桿帶動懸臂梁與直線位移傳感器(I) 一起動作。
4.根據(jù)權利要求1所述的高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述振動傳感器(2)為ZD24T型磁阻式振動傳感器。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述振動傳感器(2)安裝在斷路器接近振動源的基座上。
6.根據(jù)權利要求1所述的高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)對時模塊(11)采用X1226時鐘日歷芯片。
7.一種根據(jù)權利要求1所述的高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (I)設斷路器有η種狀態(tài)，包括狀態(tài)1、狀態(tài)2、…、狀態(tài)m-1、狀態(tài)m、狀態(tài)m+1、…、狀態(tài)n，采集上述η種狀態(tài)下的分閘與合閘的振動數(shù)據(jù)樣本，將不同狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)分為兩組，即分閘振動數(shù)據(jù)樣本組與合閘振動數(shù)據(jù)樣本組，采用基于區(qū)間小波包分析法提取各狀態(tài)下兩個分組振動信號的特征向量，分別得到分閘特征向量組、合閘特征向量組；所述基于區(qū)間小波包分析法提取振動信號特征向量的方法如下: a.將振動信號進行j層分解，得到序列Sm，計算各分段能量:
其中，取j = 2, k = 0,1,2,3, i表示信號分解后分段的序列號，i = 1,2,3,4山氣、\分別為第i分段區(qū)間端點，Ai⑴為第i分段的幅值； b.歸一化處理各分段能量，得歸一化值:
C.根據(jù)信息熵的理論，計算各分段小波包能量熵:
d.將各分段的小波包能量熵組成振動信號特征向量:
X — [H20，H21? H22J H23] (2)求得η種狀態(tài)下的分閘振動信號特征向量、合閘振動信號特征向量，然后采用支持向量機理論的“一對其余”策略，求斷路器狀態(tài)決策函數(shù)；當使用分閘振動信號特征向量組訓練支持向量機，得到分閘狀態(tài)決策函數(shù)；當使用合閘振動信號特征向量組訓練支持向量機，得到合閘狀態(tài)決策函數(shù)；所述狀態(tài)決策函數(shù)的求取方法如下步驟: a.將η種狀態(tài)下的振動信號特征向量建立特征向量樣本庫，把狀態(tài)m的振動信號特征向量作為一類以+1標記，剩余的η-1種振動信號特征向量作為其余類以-1標記，構建新的樣本集 T = {(x1； Y1), (x2, y2),..., (X1, Y1)!, Ji e {+I, -1},其中:i = 1,2,..., I, I 為樣本的個數(shù)，Xi表示特征向量樣本，Ii表示分類標記，取值+1或-1 ; b.選擇核函數(shù)K(X, Xi)使K(Xdi) = Φ (X).Φ (Xi),本方法核函數(shù)K (X, Xi)為高斯核
函數(shù)
其中，φ為歐式空間到希爾伯特空間的映射，σ為函數(shù)的寬度參數(shù)，控制函數(shù)的徑向作用范圍； C.在約束條件
下求解
得到最優(yōu)權值向量；
其中，
C為懲罰因子； d.計算
選擇α *的一個正分量4滿足計算
，代入 f (X) = w*.x+b*,得狀態(tài)決策函數(shù)
記為
對于步驟(2)的a、b、c、d過程，m遍歷取值1、2、3、…、n_l、n,即可得到η個狀態(tài)決策函數(shù)
(3)對于待診斷樣本X，首先判斷X是分閘振動信號特征向量還是合閘振動信號特征向量，然后代入對應的決策函數(shù)；當狀態(tài)決策函數(shù)f(x) =fp(x)時取得最大值，則判斷待診斷樣本X屬于狀態(tài)P,其中P e {1,2,3,
【文檔編號】G01M13/00GK104198932SQ201410407351
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】曾慶軍, 朱賢亮 申請人:江蘇科技大學