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高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，包括設(shè)置于高壓斷路器本體上以及開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)能夠獲取反映設(shè)備運(yùn)行狀況的多路傳感器，多路傳感器通過(guò)線路與信號(hào)調(diào)理裝置相連，信號(hào)調(diào)理裝置通過(guò)線路與在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器相連。在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊分別與網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和報(bào)表打印模塊通信，數(shù)據(jù)存數(shù)模塊分別與報(bào)表打印模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)檢索模塊通信，數(shù)據(jù)分析模塊分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和報(bào)表打印模塊相連。本發(fā)明同時(shí)還公開(kāi)了利用該系的監(jiān)測(cè)診斷方法。本發(fā)明能夠有效診斷高壓斷路器的機(jī)械故障，具有非常優(yōu)異的故障分類功能。
【專利說(shuō)明】高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，電力系統(tǒng)容量與能量的需求都隨之增加，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了越來(lái)越高的要求。高壓斷路器作為發(fā)電和用電之間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，其可靠運(yùn)行對(duì)于保證電網(wǎng)的安全意義重大。高壓斷路器在電力系統(tǒng)中起著兩方面的作用:一是控制作用，即根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行要求，將一部分電氣設(shè)備或線路投入或退出運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)為備用或檢修狀態(tài)；二是保護(hù)作用，即電氣設(shè)備或線路發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作高壓斷路器，將故障部分從電網(wǎng)中迅速切除，保護(hù)電網(wǎng)的無(wú)故障部分得以正常運(yùn)行。
[0003]目前，我國(guó)電氣設(shè)備的檢修工作主要是按照《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，從而確定是否可以繼續(xù)運(yùn)行。但隨著電力系統(tǒng)的大容量化、高壓化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和用電部門重要性的提高，對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠性指標(biāo)的要求也越來(lái)越高，這種傳統(tǒng)的試驗(yàn)與診斷方法已越來(lái)越不適應(yīng)需要。目前比較保守的計(jì)劃?rùn)z修中，時(shí)常發(fā)生許多部件運(yùn)行很多年后更新時(shí)仍保持性能良好的情況，而由于沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)某一部件出現(xiàn)缺陷而導(dǎo)致電網(wǎng)事故的情況也時(shí)有發(fā)生。因此如果能夠了解設(shè)備的狀態(tài)，減少過(guò)早或不必要的停電試驗(yàn)和檢修，做到應(yīng)修則修，就可以顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
[0004]斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)為實(shí)現(xiàn)由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了條件。長(zhǎng)期以來(lái)的計(jì)劃?rùn)z修、盲目解體拆卸，浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，同時(shí)也造成了停電損失和設(shè)備壽命的降低。目前，電力系統(tǒng)各個(gè)運(yùn)行單位正致力于高壓斷路器由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，不再以投入年限和動(dòng)作次數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，而是以設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)為維修依據(jù)。
[0005]隨著傳感技術(shù)、微電子、計(jì)算機(jī)軟硬件和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論等綜合智能系統(tǒng)在狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷中的應(yīng)用，使對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為可能。這種方法能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，降低事故的發(fā)生率，減少設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)和檢修的工作量及停電次數(shù)。因此為了確保高壓斷路器的安全運(yùn)行和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，以在線監(jiān)測(cè)為依據(jù)的狀態(tài)維修逐步取代以預(yù)防性試驗(yàn)為依據(jù)的預(yù)測(cè)維修，或者彌補(bǔ)預(yù)防性試驗(yàn)的不足，延長(zhǎng)預(yù)測(cè)維修的周期，這無(wú)論在理論和實(shí)用上都具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)及方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，包括設(shè)置于高壓斷路器本體上以及開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)能夠獲取反映設(shè)備運(yùn)行狀況的多路傳感器，多路傳感器通過(guò)線路與信號(hào)調(diào)理裝置相連，信號(hào)調(diào)理裝置通過(guò)線路與在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器相連。
[0009] 所述在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊分別與網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和報(bào)表打印模塊通信，數(shù)據(jù)存數(shù)模塊分別與報(bào)表打印模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)檢索模塊通信，數(shù)據(jù)分析模塊分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和報(bào)表打印模塊相連，數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與客戶端通信。
[0010]所述多路傳感器包括振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)傳感器、行程一時(shí)間監(jiān)測(cè)傳感器、合(分)閘線圈電流在線監(jiān)測(cè)傳感器和主操作桿上機(jī)械負(fù)載特性在線監(jiān)測(cè)傳感器。
[0011 ] 所述振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)傳感器安裝于高壓斷路器外部。
[0012]所述行程一時(shí)間監(jiān)測(cè)傳感器為安裝在高壓斷路器直線運(yùn)動(dòng)部件上的光電式位移傳感器。
[0013]所述合(分)閘線圈電流在線監(jiān)測(cè)傳感器為補(bǔ)償式霍爾電流傳感器。
[0014]所述在線檢測(cè)服務(wù)器放置在變電站控制室內(nèi)，且在線檢測(cè)服務(wù)器內(nèi)嵌入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0015]所述在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)客戶端相連，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)客戶端放置于遠(yuǎn)程電力調(diào)度中心內(nèi)，安裝有在線監(jiān)測(cè)客戶端程序，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0016]一種高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷方法，包括:
[0017]I)通過(guò)高壓斷路器本體上以及開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的多路傳感器采集信號(hào)；
[0018]2)多路傳感器采集的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理裝置傳輸至在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器；
[0019]3)由在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字信號(hào)分析處理、故障診斷和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)布；
[0020]4)遠(yuǎn)程電力調(diào)度中心或其它監(jiān)測(cè)中心的客戶端計(jì)算機(jī)從網(wǎng)絡(luò)上接收相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器發(fā)布的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化故障診斷。
[0021]所述步驟3)中的數(shù)字信號(hào)分析處理為:應(yīng)用信號(hào)分析和處理技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即平均技術(shù)與數(shù)字濾波，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析以提取被測(cè)信號(hào)的特征量，即平均值、峰值、谷值、時(shí)間間隔、特征頻率和能量密度；采用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理方法，即小波變換和模糊分析，提取各種機(jī)械故障模式的特征以描述高壓斷路器的正常和異常機(jī)械性能。
[0022]所述步驟3)中的故障診斷采用基于隱馬爾可夫模型的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法，即，提取待診斷數(shù)據(jù)組的特征向量，由Viterbi算法計(jì)算所述特征向量在各個(gè)隱馬爾可夫模型下的輸出概率值P (D| λ k)，選取其中輸出概率值最大的隱馬爾可夫模型對(duì)應(yīng)的故障類型，作為此時(shí)的機(jī)械狀態(tài)。
[0023]所述隱馬爾可夫模型用下列參數(shù)描述:
[0024](a) N:模型中Markov鏈狀態(tài)數(shù)目，記N個(gè)狀態(tài)為Q1, Θ 2，L，θ N,記t時(shí)刻Markov鏈所處狀態(tài)為qt，顯然Qt e ( Θ !, Θ 2，L，Θ N);
[0025](b)M:每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的可能的觀察值數(shù)目，記M個(gè)觀察值為V1, V2, L, Vm,記t時(shí)刻觀察值為 Ot，其中 Ot e (V1, V2, L, Vm)；
[0026](c) 31:初始狀態(tài)概率矢量Π = O1, Ji 2) L, πΝ)，其中，[0027]Ji j = P(qi = Θ j), I ^ i ^ N
[0028](d)A:狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣A = (ai」)NXN，其中
[0029]aij = P (qt+1 = Θ」| qt = Θ )，I i，j N
[0030](e)B:觀察值概率矩陣B = (bjk)NXM，其中
[0031 ] bJk = P (Ot = Vk I qt = Θ p , I ^ j ^ N, I ^ k ^ M
[0032]可以記一個(gè)隱馬爾可夫模型為λ = (N, M, ，Α，B)，或簡(jiǎn)寫為λ = ( π , A, B), BP隱馬爾可夫模型可分為兩部分，一個(gè)是Markov鏈，由π、Α描述,產(chǎn)生的輸出為狀態(tài)序列；另一個(gè)是由矩陣B描述的隨機(jī)過(guò)程，產(chǎn)生的輸出為觀察值序列。
[0033]所述提取待診斷數(shù)據(jù)組的特征向量，包括功率譜的區(qū)間化、歸一化和矢量量化處理，以獲得一長(zhǎng)度為n，I < η < c?，的離散觀測(cè)向量:
[0034](a)功率譜的區(qū)間化，設(shè)振動(dòng)信號(hào)的采樣頻率為fs，則求取的功率譜密度PSD ( ω )在[0，fs/2]區(qū)間內(nèi)，將此區(qū)間劃分為η段，并求取每一頻段內(nèi)的離散頻譜匕:
[0035]\ =藝 PSD((o\ O < / < η

Ui
[0036]其中Wi與叫為第i個(gè)頻段的上、下限截至頻率；
[0037](b)功率譜的歸一化，對(duì)求取的離散頻譜IbiIi = l，2L，n}作歸一化處理后，得到歸一化的離散譜矢量扒I i = 1,2L ,η)，便于作進(jìn)一步量化處理；
[0038](c)離散譜的矢量量化，采用信源編碼技術(shù)Lloyds算法，生成隱馬爾可夫模型所要求的觀測(cè)向量碼本，實(shí)現(xiàn)矢量量化過(guò)程；
[0039]針對(duì)振動(dòng)信號(hào)的歸一化離散譜矢量/7|/ = 1，2L η,將[0，I]區(qū)間等分為N個(gè)區(qū)
域，并按升序排列，將信號(hào)N個(gè)相鄰區(qū)域映射為N個(gè)離散值，選取每個(gè)區(qū)域的索引值作為矢量量化值，即:
【權(quán)利要求】
1.一種高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，其特征是，包括設(shè)置于高壓斷路器本體上以及開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)能夠獲取反映設(shè)備運(yùn)行狀況的多路傳感器，多路傳感器通過(guò)線路與信號(hào)調(diào)理裝置相連，信號(hào)調(diào)理裝置通過(guò)線路與在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器相連； 所述在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊分別與網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和報(bào)表打印模塊通信，數(shù)據(jù)存數(shù)模塊分別與報(bào)表打印模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)檢索模塊通信，數(shù)據(jù)分析模塊分別與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和報(bào)表打印模塊相連。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述多路傳感器包括振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)傳感器、行程一時(shí)間監(jiān)測(cè)傳感器、合/分閘線圈電流在線監(jiān)測(cè)傳感器和主操作桿上機(jī)械負(fù)載特性在線監(jiān)測(cè)傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)傳感器安裝于高壓斷路器外部；所述行程一時(shí)間監(jiān)測(cè)傳感器為安裝在高壓斷路器直線運(yùn)動(dòng)部件上的光電式位移傳感器；所述合/分閘線圈電流在線監(jiān)測(cè)傳感器為補(bǔ)償式霍爾電流傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述在線檢測(cè)服務(wù)器放置在變電站控制室內(nèi)，且在線檢測(cè)服務(wù)器內(nèi)嵌入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)客戶端相連，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)客戶端放置于遠(yuǎn)程電力調(diào)度中心內(nèi)，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
6.一種利用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的高壓斷路器機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征是，包括: 1)通過(guò)高壓斷路器本體上以及開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的多路傳感器采集信號(hào)； 2)多路傳感器采集的信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理裝置傳輸至在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器； 3)由在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字信號(hào)分析處理、故障診斷和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)布； 4)遠(yuǎn)程電力調(diào)度中心或其它監(jiān)測(cè)中心的客戶端計(jì)算機(jī)從網(wǎng)絡(luò)上接收相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)服務(wù)器發(fā)布的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化故障診斷。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述步驟3)中的數(shù)字信號(hào)分析處理為:應(yīng)用信號(hào)分析和處理技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即平均技術(shù)與數(shù)字濾波，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析以提取被測(cè)信號(hào)的特征量，即平均值、峰值、谷值、時(shí)間間隔、特征頻率和能量密度；采用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理方法，即小波變換和模糊分析，提取各種機(jī)械故障模式的特征以描述高壓斷路器的正常和異常機(jī)械性能。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述步驟3)中的故障診斷采用基于隱馬爾可夫模型的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法，即，提取待診斷數(shù)據(jù)組的特征向量，由Viterbi算法計(jì)算所述特征向量在各個(gè)隱馬爾可夫模型下的輸出概率值P (D I λ k)，選取其中輸出概率值最大的隱馬爾可夫模型對(duì)應(yīng)的故障類型，作為此時(shí)的機(jī)械狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，所述提取待診斷數(shù)據(jù)組的特征向量，包括功率譜的區(qū)間化、歸一化和矢量量化處理，以獲得一長(zhǎng)度為n，I < n <c?，的離散觀測(cè)向量: Ca)功率譜的區(qū)間化，設(shè)振動(dòng)信號(hào)的采樣頻率為fs，則求取的功率譜密度PSD(GJ)在[O, fs/2]區(qū)間內(nèi)，將此區(qū)間劃分為η段，并求取每一頻段內(nèi)的離散頻譜匕:
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，所述隱馬爾可夫模型為，根據(jù)待診斷數(shù)據(jù)組的特征向量，針對(duì)每一組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提取η維特征向量WiIi = I, 2L, η};將某一特定機(jī)械狀態(tài)，即正常狀態(tài)和多種故障狀態(tài)下的多組數(shù)據(jù)構(gòu)成隱馬爾可夫模型訓(xùn)練樣本集，通過(guò)Baum-Welch算法訓(xùn)練得到各種故障類型的隱馬爾可夫模型模型，記為λ k，從而建立包含M種機(jī)械狀態(tài)的隱馬爾可夫模型庫(kù)。
【文檔編號(hào)】G01R31/327GK103487749SQ201310430657
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】云玉新, 劉民, 姚金霞 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院