[发明专利]一种断路器机械状态检测方法

说明书

本发明公开了一种断路器机械状态检测方法，其包括下列步骤：采集正常工况下高压断路器分合闸振动信号；使用变分模式分解将振动信号分解为若干个固有模式函数分量，并使用粒子群算法对变分模式分解参数寻优；使用Hilbert变换计算振动信号的时频分布并作三维时频谱图；以1kHz为带宽对12kHz频带以内三维时频谱作频带划分，并使用数值积分方法计算每一个三维时频块与时频面围成的体积，将体积作为振动信号特征向量并作归一化处理；通过定义特征向量之间的相似度并比较待检信号与正常工况信号的形似度来确定待检断路器是否存在机械故障。实现本发明，为高压断路器机械状态检测提供了定量判据，可得到更为准确的状态检测结果。

技术领域

本发明涉及电力设备状态检测方法，尤其是涉及一种基于振动信号分析的高压断路器状态检测方法。

背景技术

随着城市用电量的增长，电网规模扩大以及结构更趋复杂化，对电网可靠性的要求越来越高，配电网设备数量急剧增加，设备检修的工作耗费大量的人力财力，因此，转变电网设备检修模式，开展设备在线监测研究，提高检修效率迫在眉睫。

高压断路器是电网关键设备之一，广泛应用于发电厂、变电站以及线路上，数量庞大，起着保护电路和控制电能传输的双重作用，对电网的安全稳定运行具有重要意义。国际大电网会议对高压断路器故障原因进行过三次世界范围调查，结果表明，机械缺陷为断路器故障主要原因。因此，开展高压断路器机械状态检测研究，对及早发现断路器机械缺陷，提高断路器运行可靠性具有重要意义。

目前，针对高压断路器故障带电检测已有较多研究，如红外检测、局放检测、分合闸线圈电流检测等，这些方法在高压断路器在线监测方面各有优势，受到较多关注。但红外检测和局放检测主要针对电接触缺陷和绝缘缺陷，无法对机械故障进行有效诊断，而分合闸线圈电流往往采集波形不够理想，且随机性较大，在高压断路器机械状态检测方面还面临很多挑战。近年来，振动法检测断路器机械状态逐渐受到关注，断路器振动信号明显，且传播过程中衰减小，当断路器机械状态发生改变时，振动信号也会相应发生改变，因此可根据振动信号对高压断路器整体包括机构和箱体的机械状态进行诊断，且振动传感器非接触式信号采集方式不会对其正常工作造成影响，因此具有极好的应用前景。

振动法对断路器机械状态评估，重点在于对振动信号的分析处理，早期研究通常从振动信号时域和频域进行特征提取。由于断路器振动信号是典型的非平稳强时变信号，且具有宽频带特性，时域和频域特征往往不够准确，易对断路器机械状态产生误判。近年来，非平稳信号分析方法快速发展，兼顾时域和频域特征的时频谱分析方法在振动信号处理领域取得了很多成果，如 Hilbert-Huang变换、小波分析法以及一些改进算法都成功运用到断路器振动信号处理上，但这些算法也存在自适应性不够、时频分解结果不够准确等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压断路器机械状态检测方法，利用采集到的断路器分合闸振动信号，将待检信号与正常信号进行时频分析对比，从而对待检断路器机械状态进行准确检测。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种断路器机械状态检测方法，其包括下列步骤：

步骤1、利用振动传感器采集一段正常工况下断路器分闸振动信号x(t)，采样频率为f，截取信号从振动开始至结束，共N个采样点；

步骤2、使用粒子群优化的变分模式分解算法将所述振动信号分解为若干个固有模式函数分量；

步骤3、使用Hilbert变换计算获得所述振动信号的三维时频图；

步骤4、对振动信号三维时频图进行分析，得到归一化特征向量Vol₁；

步骤5、对待检断路器相同位置处安装振动传感器，采集其分闸振动信号，采样频率仍为f，截取信号长度仍为N；重复步骤2-步骤4，获得待检断路器的振动信号的特征向量Vol₂；