高壓斷路器振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷的研究.pdf

1、電力生產(chǎn)中，高壓斷路器機(jī)械故障時(shí)有發(fā)生，不但造成經(jīng)濟(jì)損失，而且影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)蘊(yùn)含豐富的機(jī)械狀態(tài)信息且利于非侵入式測(cè)量，利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)斷路器機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，可提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障，是判斷機(jī)械狀態(tài)的有效手段。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究，但一直未有重大突破，至今仍是一個(gè)尚待深入研究的前沿課題，其主要難點(diǎn)在于特征的有效提取和故障的正確診斷。
　　為此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了高壓斷路器振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻分

2、析方法及降噪方法進(jìn)行了研究，分析了斷路器振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻分布特性，進(jìn)一步提出了基于時(shí)頻特性的特征量提取方法，最后采用支持向量機(jī)方法對(duì)特征量進(jìn)行識(shí)別、驗(yàn)證了該特征量用于故障診斷的有效性。論文的主要工作和成果如下:
　　1、構(gòu)建了基于虛擬儀器技術(shù)的高壓斷路器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)12kV真空斷路器和126kV氣體絕緣組合電器進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，獲得了大量振動(dòng)信號(hào)樣本。
　　2、通過(guò)仿真分析比較了小波包分解、聚合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等方法的時(shí)頻分辨

3、性能，選定了小波包分解與希爾伯特變換結(jié)合的振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻特性分析方案，可精確獲得瞬時(shí)非平穩(wěn)信號(hào)的瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)頻率;同時(shí)，提出了一種基于噪聲先驗(yàn)知識(shí)、將小波包軟閾值與硬閾值相結(jié)合的降噪方法，能有效去除噪聲且一定程度保留信號(hào)的突變信息。
　　3、考察了高壓斷路器不同位置及不同類(lèi)型斷路器的振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻分布，并討論了動(dòng)作部件與振動(dòng)信號(hào)時(shí)間區(qū)域的關(guān)系，提出了一種依據(jù)振動(dòng)信號(hào)邊際譜和瞬時(shí)能量密度的時(shí)頻子區(qū)域劃分方法，作為量化時(shí)頻特性的基礎(chǔ)，可

4、兼顧不同斷路器振動(dòng)信號(hào)的頻帶特性和整體能量特點(diǎn)。
　　4、基于對(duì)時(shí)頻平面的劃分，利用小波包分解與希爾伯特變換方法獲取了各時(shí)頻子區(qū)域的幅值包絡(luò)，由此構(gòu)造振動(dòng)信號(hào)的信息熵向量，將高維時(shí)頻特性量化為低維特征向量，構(gòu)成了一種小波包時(shí)頻熵方法;為解決小波包時(shí)頻熵方法計(jì)算量大的問(wèn)題，引入零相位數(shù)字濾波器替代其小波包分解過(guò)程，構(gòu)成了零相位濾波時(shí)頻熵方法;同時(shí)，提出了一種改善零相位數(shù)字濾波器過(guò)渡過(guò)程的分段零相位數(shù)字濾波方法。提取斷路器正常狀態(tài)、電

5、磁鐵卡澀、軟連接松動(dòng)、絕緣拉桿松動(dòng)、銷(xiāo)軸松脫等模式振動(dòng)信號(hào)的兩種時(shí)頻熵，對(duì)比分析表明相同狀態(tài)的時(shí)頻熵具有較好的重復(fù)性、不同狀態(tài)的時(shí)頻熵則存在明顯區(qū)別。
　　5、將兩種時(shí)頻熵分別作為樣本，引入支持向量機(jī)進(jìn)行故障診斷。針對(duì)可獲得多種故障模式樣本的情況，對(duì)多種支持向量機(jī)多分類(lèi)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了合適的支持向量機(jī)類(lèi)型、核函數(shù)、分類(lèi)策略等，采用零相位濾波時(shí)頻熵時(shí)獲得了84％以上的正確識(shí)別率，驗(yàn)證了該方案的可行性;針對(duì)故障模式樣本難以獲得的情況