[发明专利]基于振动能量突变的高压断路器同期性检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于振动能量突变的高压断路器同期性检测装置，其特征是包 括：

三个振动传感器，分别固定安装在所述高压断路器三个分相运行基座上；

一同步采集卡，由依次连接的同步高速A/D转换模块和抗混叠滤波模块 构成，所述同步高速A/D转换模块分别接收所述三个振动传感器的输出；

依次连接的信号分析处理模块和诊断结论输出模块，所述信号分析处理 模块输入同步采集卡的抗混叠滤波模块输出，所述的诊断结论输出模块还外 连一同期指标数据库。

2.根据权利要求所述的基于振动能量突变的高压断路器同期性检测装 置，其特征是：所述的三个振动传感器为型号完全相同的传感器；所述的同 步采集卡采用中触发模式，以某个振动传感器与动触头运动方向一致的X轴 输出作为触发信号；所述的信号分析处理模块将振动信号进行经验模态分解， 本征模态函数是信号序列时间尺度的局部特性，表征了高压断路器操动过程 撞击时刻的能量突变，用于判定三相触头的不同期性及不同期时间。

3.一种如权利要求1或2所述装置进行基于振动能量突变的高压断路器 同期性检测方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：首先将采集到高压断路器操动状态下的振动信号进行滤波去噪 预处理，然后通过频谱分析确定动触头出现的最大能量撞击的频率范围，之 后将得到的高压断路器振动信号进行EMD分解，共得到10个IMF分量；

采用能量贡献率进行验证，IMF的能量贡献率的相应计算公式为：

Mi=1NΣk=1N|ci(kΔt)|2-[1NΣk=1Nci(kΔt)]2Σi=1n(1NΣk=1N|ci(kΔt)|2-[1NΣk=1Nci(kΔt)]2)]]>

式中：c_i(t)代表各阶本征模函数分量(IntrinsicModeFunction，以 下简称IMF分量)，△t代表采样时间间隔，k＝1,2…N代表每一阶imf分量 的各个采样点；

根据上式，计算出保留两位小数的十阶IMF分量中贡献率数值较大的四 阶分量；

步骤2：使用传感器进行在线监测，对保留的IMF分量的c(t)进行 Hilbert变换，获取该信号的解析形式为：

z(t)＝c(t)+jH[c(t)]＝a(t)e^jφ(T)，其幅值函数

式中：H[c(t)]代表将函数c(t)进行Hilbert变换，a(t)是变换后信号 的幅值，也就是其包络；

振动信号的能量与无动作时的频带能量比定义为：

Ri=Σj=1N|aj(t)|2NΣi=1n[ai(t)NΣj=1Nc2(t)+H2[c(t)]];]]>

式中：j＝1,2…N,代表整个采集过程中出现振动的时段与其间歇时段的 间隔点数；

对此频带能量比设定动作判定阈值，当某一相动触头发生超阈值振动， 即判断为开始动作，信号分析处理模块开始对采集到的其余两相的振动信号 数据进行处理；

步骤3：对于保留的IMF分量，求解他们的同期指标

①重构相空间

已知{x₁,x₂,x₃,…,x_N}为时间间隔为Δt的时间序列，采用时延法重构 相空间，按延迟时间τ构造一系列矢量：

X_i＝[x_i,x_i+τ,x_i+2τ,…,x_i+(m-1)τ]；

其中，m为嵌入维数，τ为延迟时间；i＝1，2，…，L，L为重构后相 空间矢量的个数，L＝N－(m－1)τ；

②定义同期指标

用以下函数计算相空间中各矢量的相互距离:

C(r)=1L(L-1)Σi≠j[H(r-||Xi-Xj||)];]]>

式中，H(s)为Heaviside函数；

我们将同期指标定义为：

D(r)=(d ln C1(r)d ln r)2+(d ln C2(r)d ln r)2+(d ln C3(r)d ln r)2+(d ln C4(r)d ln r)24;]]>

步骤4：对求出的同期指标，对比正常状态下的指标判断出同期性时延 差

根据所述计算的同期性指标数据，结合同期性指标数据库内设置的同期 性范围，判断所述高压断路器的不同期性是否超过国家标准，从而判定是否 出同期故障。