[發明專利]采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態監測方法

有效

• 申請號: 201510599527.5
• 申請日: 2015-09-19
• 公開（公告）號: CN105241643B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 黃南天;張書鑫;蔡國偉;陳懷金;方立華
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01H11/08
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所22102
• 代理人: 陳傳林

技術領域

本發明是一種采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態監測方法，應用于電力系統中高壓斷路器在線狀態監測。

背景技術

高壓斷路器是非常關鍵的電力系統設備，起到控制和保護的雙重作用。由于其機械部分相對于其他電氣設備而言要復雜很多，又經常需要操作，因此容易出現機械故障。一旦其出現機械故障，容易導致高壓斷路器拒動或誤動，這會造成嚴重的電力系統事故，造成巨大的經濟損失。因此對高壓斷路器的機械狀態監測方法進行深入研究，對提高電力系統安全性和可靠性具有重大意義。

主流的高壓斷路器狀態監測方法主要有分合閘線圈電流法、觸頭行程-時間曲線法和振動信號法等。其中振動信號法通過加速度傳感器獲得斷路器分合閘時產生的振動信號，屬于非侵入式方法，不但不影響斷路器自身的可靠性，而且還特別適合用于高電壓及電磁強度較高的場合。該方法首先需要對振動信號進行處理并提取相應的特征，然后通過模式識別技術實現狀態判斷。現有方法在各個環節中仍然存在一些問題，如信號處理算法在工程應用中較難實現；選取特征對故障的反應能力不夠好；模式識別方法對樣本依賴性較強等。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種科學合理，算法相對容易實現，故障識別效果較好，且具有較高推廣應用價值的采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態監測方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種采用HS變換和單類支持向量機的高壓斷路器機械狀態監測方法，其特征是，它包括以下步驟：

1)高壓斷路器振動信號采集

通過壓電式加速度傳感器和數據采集系統采集高壓斷路器振動信號；

2)將振動信號利用Hyperbolic S變換進行處理，亦稱HS變換進行處理

Hyperbolic S變換是S變換的擴展，其關鍵在于采用Hyperbolic窗函數代替傳統S變換使用的高斯窗函數，具體計算方法如下：

離散HS變換公式為：

其中N為總采樣點數；n＝0,1,...,N-1；m＝0,1,...,N-1；j＝0,1,...,N-1；G(m,n)為變換過程中所使用的Hyperbolic窗函數，可記做其中，

3)振動信號特征提取

通過統計實驗分析發現，頻率高于10kHz的振動信號成分振幅很小，因此，主要分析0-10kHz頻段，將0-10kHz、0-150ms的時-頻平面劃分為300個頻寬為1kHz、時寬為5ms的等大小時頻塊，通過分析振動信號在該部分的分布情況，分析斷路器工作狀態；

通過時-頻能量熵描述斷路器機械振動信號能量時-頻分布特征；設整個時-頻平面的總能量為E，時-頻塊S_ij的能量為E_ij(i＝1,…,10；j＝1,…,30)，首先對E_ij做歸一化處理如下：

那么對于10個頻帶中的每個頻帶，計算該頻帶中時-頻塊能量相對于時間的能量熵公式為：

其中H_i反映第i個頻帶上的能量隨時間分布的均勻程度，

此外，由實驗發現振動信號能量集中在收到觸發信號后的前50ms內；因此，為了提高延時類故障的識別能力，計算前10個時寬對應的時-頻塊相對于頻率的能量熵，其公式為：

由以上20個時-頻能量熵構成信號的時-頻能量熵向量X＝[H L]，其中H＝[H₁,…,H₁₀]，L＝[L₁,…,L₁₀]，向量X作為高壓斷路器機械狀態監測的特征向量；

4)單類支持向量機判斷斷路器運行狀態

每個訓練樣本通過3)中所介紹的特征提取方法可得到20維輸入特征向量樣本集，將該訓練樣本集作為單類支持向量機的輸入變量，計算得到特定的決策超平面，完成單類支持向量機的訓練過程；當需要判斷斷路器運行狀態時，將采集到的需診斷的樣本按3)中介紹的特征提取方法得到輸入向量，計算該樣本與決策超平面的關系，判斷高壓斷路器機械狀態是否正常。