[发明专利]一种有载分接开关在线监测故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种有载分接开关在线监测故障诊断方法，从混沌动力学的角度去观察OLTC的机械振动模式变化，并研究能反应OLTC操作时不同振动模式变化的动力学特征参数，为实现OLTC机械状态的在线监测与故障诊断提供依据。通过相空间重构和改进的K均值聚类的方法对有载分接开关故障进行监测和诊断，应用相空间重构方法和改进的K均值聚类的方法得出振动信号的簇中心四种工况在相空间的分布图，定量地描述出开关操作时不同振动模式簇中心四种工况在相空间的分布图几何特征的变化，从混沌动力学角度为机械状态监测与故障诊断提供一种新的判断方法。

技术领域

本发明涉及一种有载分接开关在线监测故障诊断方法，尤其是一种基于相空间与改进K均值聚类的有载分接开关在线监测故障诊断方法，属于电力变压器的状态监测与故障诊断领域。

背景技术

有载分接开关是有载调压变压器的关键组成部分，在电力系统中发挥着稳定负荷电压中心、调节无功潮流和增加电网灵活性的作用。依靠有载分接开关准确及时的动作，不仅可以减少和避免电压的大幅度波动，而且可以强制分配负荷潮流，挖掘设备无功和有功出力，保证电力系统安全可靠运行，增加电网的灵活性。有载分接开关的制造质量和运行、检修技术水平直接关系到有载调压变压器的运行安全。

有载分接开关(OLTC)由选择器、切换开关和电动机组成，其性能包括电气性能和机械性能两个方面。电气性能主要指接触头接触电阻，当触头接触电阻增大时，会引起触头过热，甚至烧毁。机械性能是指OLTC操作过程中选择开关和切换开关等部件的动作顺序和时间配合，以及切换过程中是否存在卡涩和触头切换不到位等。

由于机械振动容易受各种随机因素的影响，往往表现为一定的混沌特性，实际工程中很多非线性系统的振动，都采用混沌理论解释。本发明从混沌动力学的角度去观察OLTC的机械振动模式变化，并研究能反应OLTC操作时不同振动模式变化的动力学特征参数，为实现OLTC机械状态的在线监测与故障诊断提供依据。通过相空间重构和改进的K均值聚类的方法对分接开关故障进行监测和诊断，应用相空间重构方法和改进的K均值聚类的方法得出振动信号的相轨图几何特征，定量地描述出开关操作时不同振动模式相轨图几何特征的变化，从混沌动力学角度为机械状态监测与故障诊断提供一种新的判断方法。

但是由于传统的K均值算法存在两个固有的缺点：(1)对于随机的初始值选取可能会导致不同的聚类结果，甚至存在着无解的情况；(2)该算法是基于梯度下降的算法，因此不可避免地常常陷入局部极优，这两大缺陷大大限制了它的应用范围，基于此缺陷本专利采用粒子群Kmeans进行改进，并在有载分接开关当中应用。

发明内容

一种有载分接开关在线监测故障诊断方法，尤其是一种基于相空间重构与改进K均值聚类的OLTC在线监测故障诊断方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：输入有载分接开关(OLTC)振动测量数据，计算延迟时间τ。

其中，按设定的采样频率和采样时间整周期截取振动信号，采用混沌原理利用互信息延迟法计算延迟时间τ，还可以使用自关联函数法和平均位移法。

步骤2：计算嵌入维数n。

采用G-P算法计算嵌入维数n，依据G-P原理，当曲线的线性部分不再变化，就可以得出嵌入维数n，计算嵌入维数n还可以使用Cao算法。

步骤3：将相空间处理后得到的预处理数据，也就是步骤1和步骤2中得到的延迟时间τ和嵌入维数n，加入到PSO算法中进行优化，设置初始聚类中心；

具体的设置为：设置PSO算法中粒子群的最大迭代数，种群规模，以及初始簇中心的个数。

步骤4：利用随机初始化方法初始粒子群初始种群数；

步骤5：计算初始每个粒子适应度，找出当前全局的最优解作为目标位置适应度，并找出当前全局最优解的位置作为目标位置；