CN109100641A - 一种高压隔离开关故障检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压隔离开关故障检测方法和装置，首先检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线，提取其中的特征信息，对各特征信息进行聚类分析，得到对应的聚类中心，建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；然后检测高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线，与标准振动信号数据模型中的特征点相对比，计算高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线与标准振动信号数据模型的相似程度，如果相似程度低于设定值，则判断为高压隔离开关出现故障。由于在高压隔离开关出现故障时，其振动信号也会发生变化，所以本发明所提供的通过检测高压隔离开关振动信号判断其是否发生故障的技术方案，能够准确的检测出高压隔离开关是否存在故障。
Description
技术领域
本发明属于高压开关在线监测技术领域，具体涉及一种高压隔离开关故障检测方法和装置。
背景技术
高压隔离开关是变电站中使用最多的一次设备，也是变电站中非常重要的一次设备，其主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用。高压隔离开关的正常工作，是整个变电站安全稳定运行的保障。
但是由于生产制造时的工艺问题，以及在使用时的环境污染，长时间运行，超复合运行，触点氧化，以及电弧冲击等原因，高压隔离开关可能出现故障。一旦高压隔离开关出现故障，就会对整个变电站的安全稳定运行造成影响。
目前，主要通过人工巡视或者电气检测的方法对隔离开关进行故障检测。人工巡视是指由专门的工作人员到现场，对高压隔离开关进行检测的方式；电气检测是在高压隔离开关动作时，通过检测相关的电气量是否发生变化，判断高压隔离开关是否出现故障。这两种方法虽然能够发现高压隔离开关比较明显的故障，检测的不够全面，但是检测不出隐性的故障，造成检测结果不够准确。并且高压隔离开关工作在高压电的场合，高压电会产生较强的电磁场，人工巡检的方法会影响到巡检人员的人身安全。而电气检测的方法只有在高压隔离开关出现严重故障，出现电气量的变化时才能检测到，但是在电气量发生变化时，就会对变电站的正常工作造成影响，所以这种方式的可靠性比较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压隔离开关故障检测方法和装置，用于解决现有技术中在对高压隔离开关进行故障检测时，检测结果不准确的问题。
一种高压隔离开关故障检测方法，包括如下步骤：
(1)检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线；
(2)提取上述振动信号曲线中的至少一种特征信息，对每种特征信息进行聚类分析，得到各种特征信息对应的聚类中心，将特征信息的聚类中心作为对应特征信息的特征点，根据各特征信息的特征点建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；
(3)检测高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线；
(4)提取高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息，与标准振动信号数据模型进行相似程度计算，如果相似程度低于设定值，则判断为高压隔离开关出现故障。
进一步的，所述特征信息包括：
起振时刻：振幅大于第一设定幅值的时刻；
振动时长：起振时刻后，平均振动幅值小于第二设定幅值所用的时间；
波峰数值：振动时长内振动信号曲线的波峰数量；
波谷数值：振动时长内振动信号曲线的波谷数量；
平均波峰幅值：所有波峰幅值的平均值；
平均波谷幅值：所有波谷幅值的平均值。
进一步的，还包括通过将所述高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息与标准振动信号模型中对应的特征点分别进行比较，判断高压隔离开关故障类型的步骤。
进一步的，所述高压隔离开关正常动作时和运行动作时的振动信号曲线通过安装在隔离开关主刀操作机构上的振动传感器进行采集。
进一步的，采用支持向量机算法与曲线相似度结合的方法对高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线中的各种特征信息进行聚类分析，得到各特征信息对应的聚类中心。
一种高压隔离开关故障检测装置，包括处理器，处理器连接有振动传感器，振动传感器用于设置在高压隔离开关主刀操作机构上；
所述振动传感器，用于检测检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线和高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线；
所述处理器，用于从高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线中提取至少一种特征信息，对每种特征信息进行聚类分析，得到各种特征信息对应的聚类中心，将特征信息的聚类中心作为对应特征信息的特征点，建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；并提取高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线中的特征信息，与标准振动信号数据模型进行相似程度计算，如果相似程度低于设定值，则判断为高压隔离开关出现故障。
进一步的，所述特征信息包括：
起振时刻：振幅大于第一设定幅值的时刻；
振动时长：起振时刻后，平均振动幅值小于第二设定幅值所用的时间；
波峰数值：振动时长内振动信号曲线的波峰数量；
波谷数值：振动时长内振动信号曲线的波谷数量；
平均波峰幅值：所有波峰幅值的平均值；
平均波谷幅值：所有波谷幅值的平均值。
进一步的，判断出高压隔离开关出现故障后，通过将所述高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息与标准振动信号模型中对应的特征点分别进行比较，判断高压隔离开关故障类型的模块。
进一步的，所述高压隔离开关正常动作时和运行动作时的振动信号曲线通过安装在隔离开关主刀操作机构上的振动传感器进行采集。
进一步的，采用支持向量机算法与曲线相似度结合的方法对高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线中的各种特征信息进行聚类分析，得到各特征信息对应的聚类中心。
本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，首先检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线，建立标准的振动信号数据模型，然后根据建立好的数据模型判断高压隔离开关运行动作时的振动曲线是否存在异常，从而判断高压隔离开关是否出现故障。由于在高压隔离开关出现故障时，其振动信号也会发生变化，所以本发明所提供的通过检测高压隔离开关振动信号判断其是否发生故障的技术方案，能够准确的检测出高压隔离开关是否存在故障，并且检测方法简单，便于操作。
附图说明
图1为装置实施例中高压隔离开关的结构原理图；
图2为装置实施例中振动传感器采集振动信号的***结构原理图；
图3为装置实施例中对特征信息聚类的示意图；
图4为装置实施例中正常情况下高压隔离开关的振动信号曲线图；
图5为装置实施例中高压隔离开关出现故障时的振动信号曲线图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种高压隔离开关故障检测方法和装置，用于解决现有技术中在对高压隔离开关进行故障检测时，检测结果不准确的问题。本发明所提供的分析方法具有良好的通用性，不仅适用于高压隔离开关，也可以对其它高压开关设备的故障进行检测监测与分析。
一种高压隔离开关故障检测方法，包括如下步骤：
(1)检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线；
(2)提取上述振动信号曲线中的至少一种特征信息，对每种特征信息进行聚类分析，得到各种特征信息对应的聚类中心，将特征信息的聚类中心作为对应特征信息的特征点，根据各特征信息的特征点建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；
(3)检测高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线；
(4)提取高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息，与标准振动信号数据模型进行相似程度计算，如果相似程度低于设定值，则判断为高压隔离开关出现故障。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
装置实施例：
本实施例提供一种高压隔离开关故障检测装置，采用振动传感器采集高压隔离开关正常工作时的振动信号，建立高压隔离开关的标准振动信号模型，然后根据高压隔离开关的标准振动信号模型，判断高压隔离开关是否出现故障。在本实施例中，高压隔离开关的结构原理图如图1所示，包括触指侧导电管装配1、触头侧导电管装配13、绝缘子2、垂直连接杆3、主刀操作机构4、主刀水平连杆5、地刀水平连杆6、底座装配7、安装支架8、接地静触头装配9、接地刀杆装配10、地刀操作机构11和振动传感器12。振动传感器12设置在主刀操作机构4上，对高压隔离开关的振动信号进行检测。
本实施例中，利用振动传感器12采集振动信号的***结构原理如图2所示，采用电池供电回路供电，并采用单片机作为处理器。单片机连接有存储器、无线通信模块、复位电路、晶振、时钟信号等***电路，并通过I2C接口连接振动传感器12。振动传感器12设置在高压隔离开关的主刀操作机构4上，用于检测高压隔离开关的振动信号，并将振动信号传送给单片机。高压隔离开关在分合闸动作时，伴随着一系列的振动和撞击动作，包括机构脱扣、连杆传动、动静触头接触、摩擦、碰撞、分离过程，这些过程中的振动信号包含了大量的设备运行状态信息，通过分析振动信号，能够准确的得出目前高压隔离开关是否出现故障。
本实施例提供的高压隔离开关故障检测装置，处理器判断高压隔离开关是够出现故障的方法包括如下步骤：
(1)建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；
在高压隔离开关正常工作的情况下，测定高压隔离开关动作时的振动信号曲线，找出其中的特征信息；特征信息包括：
起振时刻：振幅大于第一设定幅值f0的时刻；
振动时长：起振之后，平均振幅小于第二设定幅值所用的时长；
波峰值数：在振动时长内，振动信号曲线中波峰的数量；
波谷值数：在振动时长内，振动信号曲线中波谷的数量；
平均波峰幅值：振动时长内，所有波峰幅值的平均值；
平均波谷幅值：振动时长内，所有波谷幅值的平均值；
多次测定高压隔离开关动作时的振动信号曲线，采用支持向量机进行降维处理，计算每条曲线的各特征信息的典型分布。对所有振动信号曲线中各种特征信息进行聚类分析，得到各特征信息的聚类中心，将其作为对应特征信息的特征点，如图3所示，从而建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；
(2)检测高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线，提取其中的各种特征信息，与标准振动信号数据模型中对应的特征点进行比对，计算高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线与标准振动信号数据模型的相似程度；
在本实施例中，采用肯德尔相关系数法计算高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线与标准振动信号数据模型的相似程度；肯德尔相关系数是计算多个随机变量或者信号量之间相关程度的一种相关量，通过求肯德尔相关系数，能够客观的评价***的稳定性和产生数据的可靠性；
(3)判断相似程度是否大于设定值，如果不大于，则判断为高压隔离开关出现故障，对高压隔离开关进行检修。
比如，在高压隔离开关没有出现故障时，其振动信号曲线如图4所示，对其中的特征信息进行提取，并进行聚类分析，建立标准振动信号数据库。检测到高压隔离开关运行动作的振动信号曲线如图5所示，计算出高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线与标准振动信号数据模型的相似程度为0.36873，小于设定值0.85，并且通过***自动分析发现，其起振时刻要早于标准起振时刻近130ms左右，而且振动时长也较标准振动时长值大出很多，波峰波谷数及平均幅值等诸多特征参量都与标准振型值有较大差异。因此其计算出的曲线相似程度也远远小于正常情况下的计算结果，判断为高压隔离开关出现故障。
在本实施例中，提取的高压隔离开关振动曲线中特征信息包括起振时刻、振动时长、波峰值数、波谷值数、平均波峰幅值和平均波谷幅值，作为其他实施方式，可以根据实际需求只选取其中的一种或几种特征信息，或者选择其他的特征信息。
作为其他实施方式，振动传感器12设置的位置可以根据实际情况做相应的调整，设置在高压隔离开关上除主刀操作机构4外的其他设备上。
方法实施例：
本实施例所提供的一种高压隔离开关故障检测方法，与上述装置实施例中采用高压隔离开关故障检测装置检测高压隔离开关是否出现故障的方法相同，前面已经做了详细介绍，这里不多做说明。
Claims (10)
1.一种高压隔离开关故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线；
(2)提取上述振动信号曲线中的至少一种特征信息，对每种特征信息进行聚类分析，得到各种特征信息对应的聚类中心，将特征信息的聚类中心作为对应特征信息的特征点，根据各特征信息的特征点建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；
(3)检测高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线；
(4)提取高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息，与标准振动信号数据模型进行相似程度计算，如果相似程度低于设定值，则判断为高压隔离开关出现故障。
2.根据权利要求1所述的一种高压隔离开关故障检测方法，其特征在于，所述特征信息包括：
起振时刻：振幅大于第一设定幅值的时刻；
振动时长：起振时刻后，平均振动幅值小于第二设定幅值所用的时间；
波峰数值：振动时长内振动信号曲线的波峰数量；
波谷数值：振动时长内振动信号曲线的波谷数量；
平均波峰幅值：所有波峰幅值的平均值；
平均波谷幅值：所有波谷幅值的平均值。
3.根据权利要求2所述的一种高压隔离开关故障检测方法，其特征在于，还包括通过将所述高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息与标准振动信号模型中对应的特征点分别进行比较，判断高压隔离开关故障类型的步骤。
4.根据权利要求2所述的一种高压隔离开关故障检测方法，其特征在于，所述高压隔离开关正常动作时和运行动作时的振动信号曲线通过安装在隔离开关主刀操作机构上的振动传感器进行采集。
5.根据权利要求2所述的一种高压隔离开关故障检测方法，其特征在于，采用支持向量机算法与曲线相似度结合的方法对高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线中的各种特征信息进行聚类分析，得到各特征信息对应的聚类中心。
6.一种高压隔离开关故障检测装置，其特征在于，包括处理器，处理器连接有振动传感器，振动传感器用于设置在高压隔离开关主刀操作机构上；
所述振动传感器，用于检测检测高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线和高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线；
所述处理器，用于从高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线中提取至少一种特征信息，对每种特征信息进行聚类分析，得到各种特征信息对应的聚类中心，将特征信息的聚类中心作为对应特征信息的特征点，建立高压隔离开关的标准振动信号数据模型；并提取高压隔离开关运行动作时的振动信号曲线中的特征信息，与标准振动信号数据模型进行相似程度计算，如果相似程度低于设定值，则判断为高压隔离开关出现故障。
7.根据权利要求6所述的一种高压隔离开关故障检测装置，其特征在于，所述特征信息包括：
起振时刻：振幅大于第一设定幅值的时刻；
振动时长：起振时刻后，平均振动幅值小于第二设定幅值所用的时间；
波峰数值：振动时长内振动信号曲线的波峰数量；
波谷数值：振动时长内振动信号曲线的波谷数量；
平均波峰幅值：所有波峰幅值的平均值；
平均波谷幅值：所有波谷幅值的平均值。
8.根据权利要求7所述的一种高压隔离开关故障检测装置，其特征在于，判断出高压隔离开关出现故障后，通过将所述高压隔离开关运行动作时振动信号曲线中的特征信息与标准振动信号模型中对应的特征点分别进行比较，判断高压隔离开关故障类型的模块。
9.根据权利要求7所述的一种高压隔离开关故障检测装置，其特征在于，所述高压隔离开关正常动作时和运行动作时的振动信号曲线通过安装在隔离开关主刀操作机构上的振动传感器进行采集。
10.根据权利要求7所述的一种高压隔离开关故障检测装置，其特征在于，采用支持向量机算法与曲线相似度结合的方法对高压隔离开关正常动作时的振动信号曲线中的各种特征信息进行聚类分析，得到各特征信息对应的聚类中心。
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