[發明專利]基于頻段能量分析與隨機森林的GIS診斷系統及方法

在審

• 申請號: 201911154602.1
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN111521913A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 張利;屈斌;王永寧;張少杰;陳榮;李國豪;何金;韓斌;王坤;王梓越;王建;馬宏忠;臧旭;劉寶穩
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司電力科學研究院;國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01H1/12;G06K9/62
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發明涉及一種基于頻段能量分析與隨機森林的GIS診斷系統，首先定時采集振動加速度傳感器的輸出信號；其次截取輸出信號的時域數據并進行小波去噪；然后進行小波變換的信號多層次重構；然后計算各頻段能量占總能量的比值；然后以比值為特征并建立決策樹；然后決策樹進行投票分類并形成不同的聚類結果，根據聚類結果判斷GIS的運行狀態。本發明系統構成簡單，成本較低，工程上易于實現，故障診斷時選擇利用不同故障時多個頻段的能量占比為特征量進行聚類，并分類，診斷結果準確率高、可靠性高。

技術領域

本發明屬于電力輸電設備的狀態在線監測與故障診斷技術領域，尤其是一種基于頻段能量分析與隨機森林的GIS診斷系統及方法。

背景技術

氣體絕緣組合電器(GIS)是以SF₆氣體作為絕緣介質的氣體絕緣金屬封閉開關設備，它是將變電站里除變壓器外的各種電氣設備，包括斷路器、隔離開關、接地開關、互感器及母線與連接管等過渡元件全部組裝在一個金屬外殼內，充以SF₆氣體作為絕緣與滅弧介質，其具有占地空間小，運行可靠性高、檢修周期長、運輸方便等優點。

GIS常見故障主要有絕緣故障，機械故障與氣體泄漏故障。其中，絕緣故障約占60％，機械故障約占20％，絕緣故障中由微粒及異物引起的絕緣故障率最高，主要表現為GIS腔體內部遺留異物、金屬突出物或存在金屬微粒導致放電，絕緣拉桿、盆式絕緣子和支撐絕緣子等部件受潮及臟污會引起內部或沿面閃絡放電，機械故障主要是絕緣子或緊固件松動及連接點不牢靠。對運行中的GIS進行狀態監測，對于保證供電的連續性和設備長期安全穩定運行有著重要的意義。

目前廣泛應用于現場的主要是：

1、特高頻法利用裝設在GIS內部電極耦合器或外部天線傳感器接收局部放電輻射出的高頻電磁波信號進行局部放電檢測，但特高頻傳感器無法抑制來自變電站內高頻段的干擾，這會使得檢測結果準確性受到影響，并且該方法不易判別故障類型。

2、超聲波檢測法利用安裝在GIS外殼上的超聲波傳感器接收局部放電產生的振動信號以達到檢測內部局部放電的目的，其主要缺陷在于靈敏度較低，無法對故障類型進行判別。

3、SF₆氣體分解物分析法通過對局部放電后SF₆的分解產物的成分分析，判斷絕緣故障，該方法較為復雜，并且不易實現。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供易于實現、準確率高的一種基于頻段能量分析與隨機森林的GIS診斷系統。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種基于頻段能量分析與隨機森林的GIS診斷系統，包括GIS殼體和連接法蘭盤，其特征在于：在GIS殼體外壁上設置徑向振動加速度傳感器，在連接法蘭盤上設置軸向振動加速度傳感器，徑向振動加速度傳感器和軸向振動加速度傳感器的輸出端連接控制單元。

再有，所述控制單元包括動態信號測試分析儀和計算機，徑向振動加速度傳感器和軸向振動加速度傳感器的輸出端連接動態信號測試分析儀的端口，動態信號測試分析儀連接計算機。

再有，所述診斷系統的工作過程是：首先定時采集徑向振動加速度傳感器和軸向振動加速度傳感器的輸出信號；其次以整數倍的周期截取所述輸出信號的時域數據；再次對截取處理后的信號進行小波去噪；然后對去噪后的信號進行小波變換的信號多層次重構；然后計算重構信號的各頻段能量占總能量的比值并得到多個計算結果；然后以所述計算結果為特征并將其作為隨機森林的抽樣對象來建立決策樹；然后決策樹進行投票分類并形成不同的聚類結果；然后根據聚類結果判斷GIS的運行狀態。

再有，所述運行狀態包括GIS正常運行、GIS殼體絕緣子松動、GIS絕緣子沿面放電和 GIS殼體尖端放電。

本發明的另一個目的是提供一種基于頻段能量分析與隨機森林的GIS診斷系統的方法，其特征在于：包括以下步驟：