基于故障信號識別的高壓斷路器機(jī)械故障診斷

【關(guān)鍵詞】故障信號；信號識別；高壓斷路器；機(jī)械故障；故障診斷；識別范圍

引言

高壓斷路器在電力系統(tǒng)日常的應(yīng)用與實(shí)踐中具有良好的控制效果，同時對于電力設(shè)備也會形成一種無形的保護(hù)，具有雙重的作用，是電力建設(shè)體系中基礎(chǔ)設(shè)備之一。但是由于高壓斷路器在應(yīng)用時會連接較多的其他電力裝置或者設(shè)備，所以常常會出現(xiàn)關(guān)聯(lián)性的故障問題，為解決這一情況，提升斷路器的應(yīng)用效率，相關(guān)人員設(shè)計了高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法，文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]，設(shè)定傳統(tǒng)混合特征和集成極限學(xué)習(xí)高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法、傳統(tǒng)小波變換和隨機(jī)森林高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法，這一類方法雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的故障診斷任務(wù)及目標(biāo)，但是較容易受到外部環(huán)境及特定因素的影響，再加上總控結(jié)構(gòu)不完整，導(dǎo)致最終診斷得出的結(jié)果并不真實(shí)可靠。此外，當(dāng)前的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法多為單目標(biāo)形式，效率較低，也是造成診斷誤差的重要問題之一。為此提出對基于故障信號識別的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法的設(shè)計與驗(yàn)證分析。所謂故障信號識別，主要指的是對設(shè)備出現(xiàn)問題或者異常的瞬間形成的不可控信號進(jìn)行捕捉的方法，即故障信號識別技術(shù)。將該項(xiàng)技術(shù)與高壓斷路器機(jī)械故障診斷工作進(jìn)行融合與實(shí)踐應(yīng)用，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大當(dāng)前的故障診斷范圍，逐步形成更加靈活、多變的診斷結(jié)構(gòu)，從多個方向加強(qiáng)對診斷差值的控制，提升故障診斷的效率，為高壓斷路器后期的維護(hù)與檢修提供參考依據(jù)及理論借鑒。

一、設(shè)計高壓斷路器機(jī)械故障信號識別診斷方法

（一）故障特征提取及診斷環(huán)節(jié)設(shè)定

通常情況下，對于高壓斷路器的故障識別多為覆蓋性的，結(jié)合故障信號的波動以及變化，采集對應(yīng)的故障異常數(shù)據(jù)以及信息。因此，需要結(jié)合實(shí)際的故障診斷需求，進(jìn)行特征的提取以及診斷環(huán)節(jié)的設(shè)置。這部分主要是對振動信號的波動進(jìn)行把控，劃分為高頻與低頻兩種形式，這樣做的目的在于通過高低頻的變動以及信息的轉(zhuǎn)換更好地反映高壓斷路器機(jī)械的實(shí)時變化狀態(tài)。

通過故障信號的波動還可以進(jìn)行定向特征及規(guī)律的提取，此外，信號的振動還需要去噪處理，依據(jù)總結(jié)出來的特征對機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)做出檢測，對所屬的故障進(jìn)行分類，以此來確保最終故障特征的準(zhǔn)確性。隨即，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合高壓斷路器實(shí)時的診斷需求，結(jié)合故障信號識別目標(biāo)，設(shè)計對應(yīng)的診斷環(huán)節(jié)，具體如下圖1所示：

根據(jù)圖1，完成對實(shí)時故障診斷環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與分析。接下來，在每一個環(huán)節(jié)上構(gòu)建對應(yīng)的整合性目標(biāo)，對較容易出現(xiàn)異?；蛘吖收系奈恢?、高壓斷路器結(jié)構(gòu)做出標(biāo)定，為后續(xù)的診斷分析奠定基礎(chǔ)條件。

（二）構(gòu)建多階故障信號識別高壓斷路器機(jī)械診斷模型

結(jié)合故障信號識別，構(gòu)建高壓斷路器機(jī)械故障診斷模型。當(dāng)前的診斷模型一般是針對斷路器的運(yùn)行狀態(tài)以及電壓、電流情況做出的識別與分析，但是這種形式的診斷并不精準(zhǔn)可靠，再加上外部環(huán)境及特定因素的影響，反而容易出現(xiàn)診斷誤差，所以，以信號的變動作為引導(dǎo)，進(jìn)行多維診斷與分析。利用部署的節(jié)點(diǎn)對異常數(shù)據(jù)提取，同時測算出邊緣診斷限值，具體如下公式1所示：

（三）故障信號包絡(luò)處理實(shí)現(xiàn)識別診斷

完成對多階故障信號識別高壓斷路器機(jī)械診斷模型的構(gòu)建之后，接下來，綜合故障信號識別，對故障信號包絡(luò)處理的方式進(jìn)行識別診斷。綜合故障信號識別技術(shù)，建立一個定向故障識別程序，與部署的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，獲取每一個周期的故障識別結(jié)果。采用特定的方式以及標(biāo)準(zhǔn)將正常信號和異常信號進(jìn)行包絡(luò)處理與比對，測定出信號包絡(luò)誤差，具體如下公式2所示：

二、方法測試

此次主要是對基于故障信號識別的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與驗(yàn)證研究，考慮到最終測試結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，采用對比的方式展開分析，選定D變電站中的高壓斷路器作為測試的主要目標(biāo)對象，參考文獻(xiàn)[1]和[2]設(shè)定傳統(tǒng)混合特征和集成極限學(xué)習(xí)高壓斷路器機(jī)械故障診斷測試組、傳統(tǒng)小波變換和隨機(jī)森林高壓斷路器機(jī)械故障診斷測試組以及此次所設(shè)計的故障信號識別高壓斷路器機(jī)械故障診斷測試組。根據(jù)當(dāng)前的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對最終得出的測試結(jié)果比照研究，接下來，綜合故障信號識別相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行初始測試環(huán)境的搭建。

（一）測試準(zhǔn)備

結(jié)合故障信號識別技術(shù)，對D變電站中的高壓斷路器機(jī)械的故障診斷測試環(huán)境進(jìn)行關(guān)聯(lián)與搭接。首先，基于故障信號識別技術(shù)，先調(diào)整初始的機(jī)械故障診斷控制平臺。將集中控制的程序劃分為以下兩個部分，分別為高壓斷路器運(yùn)行監(jiān)測結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集程序，先在控制系統(tǒng)中接入傳感器、高精度數(shù)據(jù)采集存儲卡、多端口實(shí)時控制器，形成基礎(chǔ)性的故障診斷環(huán)境。

設(shè)置一個A/D轉(zhuǎn)換裝置，便于數(shù)據(jù)以及信息的定向轉(zhuǎn)換以及采集，同時，還可以接入PC機(jī)，與初始的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和搭接，最終作為故障信息和異常數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N載體。將高壓斷路器的控制系統(tǒng)與當(dāng)前的控制平臺進(jìn)行搭接與關(guān)聯(lián)，進(jìn)行初始控制指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置，具體如下表1所示：

根據(jù)表1，完成對初始故障診斷指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置。隨即，以此為基礎(chǔ)，綜合故障信號識別技術(shù)，在可控的范圍之內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的診斷節(jié)點(diǎn)，將每一個獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)搭接．形成覆蓋性的故障診斷范圍。完成初始測試環(huán)境的搭建之后，接下來，進(jìn)行具體的測試分析。

（二）測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結(jié)合故障信號識別技術(shù)，進(jìn)行具體的測試分析。首先，利用設(shè)置的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)以及信息的采集，利用其對高壓斷路器的運(yùn)行做實(shí)時性的監(jiān)測，并結(jié)合故障信號識別，進(jìn)行信號的捕捉和解析。但是這部分需要注意的是，故障信號的捕捉必須設(shè)置定向的應(yīng)用周期，每一個識別診斷周期為48小時，共設(shè)置6個測試周期。設(shè)置4條虛擬的故障指令作為輔助，導(dǎo)入控制測試程序之中，開啟高壓斷路器，當(dāng)其處于正常的運(yùn)行時，按照順序輸入虛擬故障指令，此時，在不同的加速度背景下，分析信號的波動狀態(tài)，具體如下圖2所示：

根據(jù)圖2，完成對高壓斷路器機(jī)械故障信號波動的分析與研究，經(jīng)過4條虛擬指令的測定，最終計算出目標(biāo)故障診斷誤差，具體如下公式3所示：

根據(jù)圖3，完成對測試結(jié)果的分析：對比于傳統(tǒng)混合特征和集成極限學(xué)習(xí)高壓斷路器機(jī)械故障診斷測試組、傳統(tǒng)小波變換和隨機(jī)森林高壓斷路器機(jī)械故障診斷測試組，此次所設(shè)計的故障信號識別高壓斷路器機(jī)械故障診斷測試組最終得出的目標(biāo)故障診斷誤差被較好地控制在0.25以下，說明在故障信號識別技術(shù)的輔助下，對于高壓斷路器故障的識別針對性較強(qiáng)，診斷精度更高，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

結(jié)束語

以上便是對基于故障信號識別的高壓斷路器機(jī)械故障診斷方法的設(shè)計與驗(yàn)證分析，與初始的高壓斷路器故障診斷結(jié)構(gòu)相比對，此次綜合故障信號識別相關(guān)技術(shù)，所構(gòu)建的故障診斷結(jié)構(gòu)相對更加靈活、穩(wěn)定，在復(fù)雜的背景環(huán)境下，可進(jìn)一步加強(qiáng)對故障診斷誤差的控制，通過對斷路器振動濾波以及運(yùn)行特征頻率等方面進(jìn)行把控識別，最大程度提升故障診斷的精準(zhǔn)度，可確保高壓斷路器處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，為相關(guān)故障診斷、識別技術(shù)的發(fā)展與完善奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。