[發(fā)明專利]基于輻射電場特征能量提取的開關(guān)故障診斷方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711064424.4
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107576907A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝金鵬;郭飛;李秀廣;朱洪波;吳旭濤;王博;張鴻業(yè);相中華;劉世濤;馬云龍;張慶平;楊凱;閆振華;馬波;周秀;馬飛越;郭俊;謝彥召
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學研究院;國網(wǎng)寧夏電力公司;西安交通大學
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327
• 代理公司: 廣州市一新專利商標事務(wù)所有限公司44220
• 代理人: 張芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于輻射電場特征能量提取的開關(guān)故障診斷方法，具體涉及氣體絕緣變電站(Gas Insulated Substation，GIS)的故障診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種通過提取開關(guān)暫電場脈沖的特征頻段能量來對GIS中開關(guān)的絕緣故障進行診斷的方法。

背景技術(shù)

為了對GIS進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，現(xiàn)有電測法與非電測法兩種監(jiān)測類別，其中，電測法包含耦合電容法與超高頻法；非電測法包括超聲波監(jiān)測法、化學檢測法與光學監(jiān)測法。耦合電容法在現(xiàn)場測試時無法識別與多種噪聲混雜在一起的局放信號；超高頻法所檢測信號衰減過快，且對傳感器要求很高，成本昂貴；超聲波監(jiān)測法的信號模式復雜，高頻部分衰減很快，需要傳感器較多；化學監(jiān)測法極易受到GIS中吸附劑和干燥劑的影響，其靈敏度很差；光學監(jiān)測法受GIS內(nèi)壁光滑引起反射的影響靈敏度不高。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)不能夠完全適應(yīng)GIS故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測準確、高效、普適度高的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于輻射電場特征能量提取的開關(guān)故障診斷方法，能夠準確判斷出開關(guān)出現(xiàn)絕緣故障，達到故障診斷的目的，從而實現(xiàn)對GIS的狀態(tài)監(jiān)測。

一種基于輻射電場特征能量提取的開關(guān)故障診斷方法，其特別之處在于，包括如下步驟：

(1)采用基于小波包分析方法，對正常工作狀態(tài)下的開關(guān)動作所產(chǎn)生的典型暫態(tài)輻射電場脈沖分別進行定性分析與定量計算，以此確定電場脈沖信號的特征頻段，并求解其特征頻段能量，將得到的正常狀態(tài)下的開關(guān)暫態(tài)電場脈沖的特征頻段能量值作為參考能量值；

(2)測量開關(guān)每次動作后所產(chǎn)生的電場脈沖信號，計算其特征頻段能量，并與步驟(1)得到的參考能量值進行對比，當二者出現(xiàn)較大差距時，即可判斷開關(guān)出現(xiàn)絕緣故障，反之則認為開關(guān)沒有出現(xiàn)絕緣故障。

步驟(1)中進行定性分析與定量計算，以此確定電場脈沖信號的特征頻段具體是指：首先由定性分析方法確定GIS開關(guān)暫態(tài)電場脈沖信號的能量所主要集中的頻帶；然后通過定量計算，具體求解每個頻帶下的能量值，而對應(yīng)最大能量值得頻帶即為電場脈沖信號的特征頻段。

步驟(1)中進行定性分析具體是指在MATLAB內(nèi)的小波工具箱里面，選擇Wavelet Packet 1-D分析，將需要分析的GIS開關(guān)暫態(tài)電場脈沖信號導入，選擇bior5.5小波基，進行4層小波包分解，得到定性分析的結(jié)果。

步驟(1)中進行定量計算具體是指依據(jù)小波包分解算法，首先計算得到相應(yīng)分解層數(shù)下的開關(guān)暫態(tài)電場脈沖信號的小波包分解系數(shù)，然后求解電場脈沖信號各個頻段的歸一化能量值。

步驟(2)中當二者出現(xiàn)較大差距具體是指當所測GIS開關(guān)暫態(tài)電場脈沖特征頻段能量值與參考值之間的差距達到±10％或者以上。

當GIS中的開關(guān)處于正常狀態(tài)時，其動作所產(chǎn)生的暫態(tài)電場脈沖具有很好的重復性，小波包分解后所得到的特征頻段的能量值具有很好的穩(wěn)定性。當開關(guān)內(nèi)出現(xiàn)絕緣故障時，只是對比故障狀態(tài)下的開關(guān)暫態(tài)電場脈沖波形與正常狀態(tài)下的開關(guān)暫態(tài)電場脈沖波形，很難根據(jù)幅值、前沿、持續(xù)時間等判斷出兩者之間的區(qū)別，尤其是對于機器識別更加困難，本發(fā)明采用了基于輻射電場特征能量提取的開關(guān)故障診斷方法，通過對比二者特征頻段的能量值，可以很直觀地根據(jù)能量值的數(shù)值大小對二者進行區(qū)分，由此可以達到對開關(guān)進行準確故障診斷的效果。

附圖說明

圖1為斷路器正常狀態(tài)下斷開所測輻射電場脈沖P3波形示意圖；

圖2為斷路器內(nèi)出現(xiàn)絕緣故障時斷開所測輻射電場脈沖P3’波形示意圖；

圖3為P3在小波工具箱中4層小波包分解結(jié)果示意圖；

圖4為P3’在小波工具箱中4層小波包分解結(jié)果示意圖。

具體實施方式

一種基于輻射電場特征能量提取的開關(guān)故障診斷方法，包括如下步驟：

(1)采用基于小波包分析方法，對正常工作狀態(tài)下的開關(guān)動作所產(chǎn)生的典型暫態(tài)輻射電場脈沖分別進行定性分析與定量計算，以此確定電場脈沖信號的特征頻段，并求解其特征頻段能量，將得到的正常狀態(tài)下的開關(guān)暫態(tài)電場脈沖的特征頻段能量值作為參考能量值；

(2)測量開關(guān)每次動作后所產(chǎn)生的電場脈沖信號，計算其特征頻段能量，并與步驟(1)得到的參考能量值進行對比，當二者出現(xiàn)較大差距時，即可判斷開關(guān)出現(xiàn)絕緣故障，反之則認為開關(guān)沒有出現(xiàn)絕緣故障。

步驟(1)中進行定性分析與定量計算具體是指：

定性分析：