[發(fā)明專(zhuān)利]一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310653178.1
• 申請(qǐng)日: 2013-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103616635A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斌;韓洪剛;魯旭臣;李學(xué)斌;李爽;胡大偉;耿莉娜;隋東硼;張遠(yuǎn)博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/327
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/327;G01M13/00
• 代理公司: 遼寧沈陽(yáng)國(guó)興專(zhuān)利代理有限公司 21100
• 代理人: 何學(xué)軍

1.一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，包括斷路器，其特征在于：還包括振動(dòng)傳感器、電壓調(diào)理元件、AD轉(zhuǎn)換元件、時(shí)鐘元件、電源元件、中央處理單元、通訊單元和故障診斷上位機(jī)。?

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于：所述的振動(dòng)傳感器，采用高精度壓電式加速傳感器；該傳感器的供電回路是和電壓調(diào)理元件連接，其工作電壓值為±12V，該傳感器的信號(hào)回路與AD轉(zhuǎn)換元件連接，輸出的電壓范圍為0～5V。?

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于：所述的電壓調(diào)理元件，為振動(dòng)傳感器供電，還可以將AD轉(zhuǎn)換元件輸出的5V電壓轉(zhuǎn)換成中央處理單元能接受的3.3V電壓，并將上述兩個(gè)元件相連接。?

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于：所述的時(shí)鐘元件與中央處理單元相連接，可為AD轉(zhuǎn)換元件提供采樣頻率。?

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于，所述的電源元件，通過(guò)中央處理單元與各元件相連接，可為整個(gè)裝置提供電源。?

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于，所述的通訊單元為RS485通信接口，將中央處理單元與故障診斷上位機(jī)相連接。?

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于，所述的故障診斷上位機(jī)，包括數(shù)據(jù)特征提取模塊、故障診斷模塊和結(jié)果顯示模塊。?

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)特征提取模塊，其提取步驟包括：?

步驟1：將數(shù)據(jù)處理成帶符號(hào)的高精度浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)；?

步驟2：采用等距五點(diǎn)三次算法消除振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)；?

步驟3：采用小波包能量熵提取斷路器機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的特征值。?

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于，所述的故障診斷模塊，采用相關(guān)向量機(jī)的分類(lèi)診斷方法。?

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷裝置，其特征在于，所述的結(jié)果顯示模塊，可實(shí)現(xiàn)診斷結(jié)果的存儲(chǔ)和顯示。?

11.一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷方法，包括以下步驟：?

步驟1：采集斷路器機(jī)械振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)；?

步驟2：通過(guò)RS485通信接口將采集的數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)；?

步驟3：上位機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)特征提取；?

步驟4：基于振動(dòng)信號(hào)特征數(shù)據(jù)對(duì)斷路器的機(jī)械特性進(jìn)行故障診斷，采用相關(guān)向量機(jī)的分類(lèi)診斷方法；?

步驟5：存入數(shù)據(jù)庫(kù)并顯示，以便維修人員及時(shí)檢修。?

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷方法，其特征在于：所述步驟4中采用相關(guān)向量機(jī)的分類(lèi)診斷方法，包括以下步驟：?

步驟1：選取由小波包能量熵提取的斷路器振動(dòng)信號(hào)的特征變量，組成訓(xùn)練集和測(cè)試集；?

步驟2：確立斷路器故障診斷模型。根據(jù)斷路器機(jī)械故障的類(lèi)型可設(shè)計(jì)多個(gè)二類(lèi)相關(guān)向量機(jī)分類(lèi)器；?

步驟3：采用斷路器訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)相關(guān)向量機(jī)分類(lèi)模型進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，并選取核函數(shù)和核函數(shù)參數(shù)，超參數(shù)估計(jì)；?

步驟4：用斷路器振動(dòng)信號(hào)的特征測(cè)試數(shù)據(jù)集對(duì)相關(guān)向量機(jī)分類(lèi)診斷模型進(jìn)行性能測(cè)試。?

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種高壓斷路器機(jī)械特性故障診斷方法，其特征在于：所述的步驟3中超參數(shù)估計(jì)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：?

（1）參數(shù)初始化；設(shè)置超參數(shù)α初始值、終止條件及最大迭代次數(shù)等；?

（2）由訓(xùn)練集及選定的核函數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)矩陣Φ；?

（3）固定當(dāng)前超參數(shù)α，采用二階牛頓法迭代求解權(quán)重w_MP，并計(jì)算梯度向量g和海賽矩陣H；由于H為對(duì)稱矩陣，因此可以按式（12）將H進(jìn)行Cholesky分解，按式（13）更新w_MP，從而減少計(jì)算量；?

H＝U^TU?????(12)?

式中，U是上三角矩陣；?

（4）將步驟（3）迭代得到的w_MP作為權(quán)重的后驗(yàn)均值，由于對(duì)H進(jìn)行Cholesky分解，可快速計(jì)算方法計(jì)算Σ_i,i；?

式中，||·||₂表示2范數(shù)，M_i表示矩陣M的第i行；?

（5）采用最大化邊緣似然函數(shù)的方法更新超參數(shù)α；在更新α的過(guò)程中，當(dāng)α接近真實(shí)值時(shí)，發(fā)散速度會(huì)變得極慢，因此在α呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，可以采用式（15）所示的更新方法以提高收斂速度；?

（6）重復(fù)步驟（3）至步驟（5）直至α滿足收斂條件；?

（7）輸出超參數(shù)α和權(quán)重向量w_MP。?