CN108535649A - 一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法及装置，包括：采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；对所述电流信号进行处理；将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。本发明能准确反映隔离开关卡涩故障，特征明显、重复性好，对各种类型的隔离开关具有很好的普遍性。采用计算机进行检测、处理与诊断，性能可靠，软件实现方便，人机界面友好，诊断结论直观，值得大力推广。

Description

一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法及装置

技术领域

本发明属于电机故障判断技术领域，尤其涉及一种隔离开关卡涩故障诊断方法及装置。

背景技术

高压隔离开关是变电站中使用量最大的高压开关设备，其原理结构简单，但工作可靠性要求高，隔离开关的好坏直接关系到电厂、变电所的安全运行。由于长期暴露在户外恶劣大气环境中工作，且在运行过程中普遍存在管理不足、长期失修的现象，隔离开关容易暴露出各种缺陷。根据故障统计，2011年华东电网126kV以上隔离开关共发生缺陷1486次，占开关设备缺陷的49.8％，其中危急缺陷83次，严重缺陷577次。2013年1-5月，江西电网220kV及以上隔离开关和接地开关共发生严重及危急缺陷29台次，其中500kV 4台次。当前，高压隔离开关故障频发，成为电力系统安全运行的重要矛盾之一。

高压隔离开关典型的机械故障主要包括锈蚀卡涩、平衡弹簧失效、合闸不到位等，据统计，机械故障约占隔离开关全部故障的70％，严重威胁电网安全运行。

目前，国内隔离开关大都采用离线定期维修方式，它是根据设备的磨损规律，预先确定修理类型、修理间隔及维修工作量对设备进行周期性维修，防止故障的发生。因此，对其隔离开关进行在线监测并进行故障诊断故障具有重要意义。

高压隔离开关卡涩故障发生时，操作力矩增大，驱动电机电流也将增大并超过正常工作电流，基于电机电流信号检测与分析是行之有效的隔离开关卡涩故障诊断方法。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明提供了一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法及装置，能够针对隔离开关故障诊断中存在的问题，根据一段时间内被测信号幅值的变化规律，诊断隔离开关是否存在卡涩故障，实现隔离开关卡涩故障的诊断。

第一个方面，本发明提供了一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法，包括以下步骤：

采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；

对所述电流信号进行处理；

将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；

计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；

将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。

进一步地，所述预设时间段内的电流信号为x_t＝{x₁，...，x_T}，其中，x为每个时间点的电流信号，t＝1,2,3，……T；所述对所述电流信号进行处理，包括：

对所述电流信号去均值处理，

将滤波后的电流信号进行希尔伯特变换，得到解析信号Z(t)；

其中，Z(t)＝X(t)+iY₁(t)＝A(t)e^iθ(t)，P为柯西原理值，X(t)和Y₁(t)为复共轭对，幅值A(t)即为原电流信号X(t)的包络，

进一步地，所述对处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据，包括：

将所述处理后的电流信号的时间序列A_n＝{A₁,...,A_N}分为如下N-1024段数据：

A_n1＝{A₁,...,A₁₀₂₄}，

A_n2＝{A₂,...,A₁₀₂₅}，

…

A_nN-1024＝{A_N-1024,...,A_N}。

进一步地，所述计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列，包括：

按照下式计算每段数据的标准差：A_k表示第k段数据；

对所述标准差进行组合得到标准差序列S＝{S_n1,...,S_nN-1024}，序列总长度为N-1024。

进一步地，将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障，包括：

如果所述标准差序列的标准差最大值比所述正常工作时的标准差序列的值增大预设比例以上，则确定所述隔离开关出现卡涩故障；

如果所述标准差序列的标准差最大值出现的时间与所述正常工作时的标准差序列中标准差最大值出现的时间相比后移，则确定所述隔离开关卡涩严重。

第二个方面，本发明提供了一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断装置，包括：

采集模块，用于采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；

处理模块，用于对所述电流信号进行处理；

分段模块，用于将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；

计算模块，用于计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；

诊断模块，用于将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。

进一步地，所述处理模块，包括：

均值单元，用于对所述预设时间段内的电流信号x_t＝{x₁，...，x_T}进行去均值处理，得到其中，x为每个时间点的电流信号，t＝1,2,3，……T；

变换单元，用于将滤波后的电流信号进行希尔伯特变换，得到解析信号Z(t)；其中，Z(t)＝X(t)+iY₁(t)＝A(t)e^iθ(t)，P为柯西原理值，X(t)和Y₁(t)为复共轭对，幅值A(t)即为原电流信号X(t)的包络，

进一步地，所述预设时间段为10秒，采样频率为10ms，所述分段模块，用于将所述处理后的电流信号的时间序列A_n＝{A₁,...,A_N}分为如下N-1024段数据：

A_n1＝{A₁,...,A₁₀₂₄}，

A_n2＝{A₂,...,A₁₀₂₅}，

…

A_nN-1024＝{A_N-1024,...,A_N}。

进一步地，所述计算模块，包括：

标准差计算单元，用于按照下式计算每段数据的标准差：A_k表示第k段数据；

标准差序列计算单元，用于对所述标准差进行组合得到标准差序列S＝{S_n1,...,S_nN-1024}，序列总长度为N-1024。

进一步地，所述诊断模块，包括：

第一诊断单元，用于如果所述标准差序列的标准差最大值比所述正常工作时的标准差序列的值增大预设比例以上，则确定所述隔离开关出现卡涩故障；

第二诊断单元，用于如果所述标准差序列的标准差最大值出现的时间与所述正常工作时的标准差序列中标准差最大值出现的时间相比后移，则确定所述隔离开关卡涩严重。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

本发明公开的方案能准确反映隔离开关卡涩故障，特征明显、重复性好，对各种类型的隔离开关具有很好的普遍性。采用计算机进行检测、处理与诊断，性能可靠，软件实现方便，人机界面友好，诊断结论直观。

附图说明

图1是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法隔离开关正常时驱动电机电流信号的原始波形；

图2是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法轻微卡涩故障驱动电机电流信号的原始波形；

图3是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法较严重卡涩故障驱动电机电流信号的原始波形；

图4是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法严重卡涩故障驱动电机电流信号的原始波形；

图5是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法驱动电机电流信号希尔伯特变换包络波形；

图6是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法驱动电机电流信号标准差数据时域波形；

图7是本发明一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法驱动电机电流信号标准差数据的对比分析图。

图中，1-正常、2-轻微卡涩故障、3-较严重卡涩故障、4-严重卡涩故障。

具体实施方式

实施例1

本发明实施例提供了一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法，可以包括以下步骤：

采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；

对所述电流信号进行处理；

将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；

计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；

将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。

实施中，所述预设时间段内的电流信号为x_t＝{x₁，...，x_T}，其中，x为每个时间点的电流信号，t＝1,2,3，……T；所述对所述电流信号进行处理，包括：

对所述电流信号去均值处理，

具体的，预处理后的电流信号可以如图1、图2、图3、图4所示；

将滤波后的电流信号进行希尔伯特变换，得到解析信号Z(t)如图5所示；

其中，Z(t)＝X(t)+iY₁(t)＝A(t)e^iθ(t)，P为柯西原理值，X(t)和Y₁(t)为复共轭对，幅值A(t)即为原电流信号X(t)的包络，

实施中，所述预设时间段可以为10秒，采样频率可以为10ms，所述对处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据，可以包括：

将所述处理后的电流信号的时间序列A_n＝{A₁,...,A_N}分为如下N-1024段数据：

A_n1＝{A₁,...,A₁₀₂₄}，

A_n2＝{A₂,...,A₁₀₂₅}，

…

A_nN-1024＝{A_N-1024,...,A_N}。

实施中，所述计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列，如图6所示，可以包括：

按照下式计算每段数据的标准差：A_k表示第k段数据；

对所述标准差进行组合得到标准差序列S＝{S_n1,...,S_nN-1024}，序列总长度为N-1024。

实施中，将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障，可以包括：

如果所述标准差序列的标准差最大值比所述正常工作时的标准差序列的值增大预设比例以上，则确定所述隔离开关出现卡涩故障；

如果所述标准差序列的标准差最大值出现的时间与所述正常工作时的标准差序列中标准差最大值出现的时间相比后移，则确定所述隔离开关卡涩严重。

本发明实施例所提供的方法，通过将驱动电机的电流信号的标准差与隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差进行比较，可以准确反映隔离开关卡涩故障情况，特征明显、重复性好，对各种类型的隔离开关具有很好的普遍性。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断装置，这些设备解决问题的原理与一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法的原理相似，故重复之处不再赘述，下面进行说明。

一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断装置，可以包括：

采集模块，用于采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；

处理模块，用于对所述电流信号进行处理；

分段模块，用于将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；

计算模块，用于计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；

诊断模块，用于将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。

实施中，所述处理模块，可以包括：

均值单元，用于对所述预设时间段内的电流信号x_t＝{x₁，...，x_T}进行去均值处理，得到其中，x为每个时间点的电流信号，t＝1,2,3，……T；

变换单元，用于将滤波后的电流信号进行希尔伯特变换，得到解析信号Z(t)；其中，Z(t)＝X(t)+iY₁(t)＝A(t)e^iθ(t)，P为柯西原理值，X(t)和Y₁(t)为复共轭对，幅值A(t)即为原电流信号X(t)的包络，

实施中，所述预设时间段可以为10秒，采样频率可以为10ms，所述分段模块，可以用于将所述处理后的电流信号的时间序列A_n＝{A₁,...,A_N}分为如下N-1024段数据：

A_n1＝{A₁,...,A₁₀₂₄}，

A_n2＝{A₂,...,A₁₀₂₅}，

…

A_nN-1024＝{A_N-1024,...,A_N}。

实施中，所述计算模块，可以包括：

标准差计算单元，用于按照下式计算每段数据的标准差：A_k表示第k段数据；

标准差序列计算单元，用于对所述标准差进行组合得到标准差序列S＝{S_n1,...,S_nN-1024}，序列总长度为N-1024。

实施中，所述诊断模块，可以包括：

第一诊断单元，用于如果所述标准差序列的标准差最大值比所述正常工作时的标准差序列的值增大预设比例以上，则确定所述隔离开关出现卡涩故障；

第二诊断单元，用于如果所述标准差序列的标准差最大值出现的时间与所述正常工作时的标准差序列中标准差最大值出现的时间相比后移，则确定所述隔离开关卡涩严重。

本发明实施例所提供的装置，通过将驱动电机的电流信号的标准差与隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差进行比较，可以准确反映隔离开关卡涩故障情况，特征明显、重复性好，对各种类型的隔离开关具有很好的普遍性。具体可以采用电流传感器、数据采集仪等采集驱动电机的电流信号，然后利用计算机的各个功能模块进行诊断，性能可靠，软件实现方便，人机界面友好，诊断结论直观。

实施例3

为了便于本发明的理解，下面以具体实例进行说明。

将霍尔电流传感器设置于GW6-252型隔离开关上，电流传感器将测得的GW6-252型隔离开关电流值传输给数据采集仪再传输给计算机，计算机持续获得电流信号后开始使用本发明公开的一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法对收到的电流信息进行分析并给出判断，如图7所示，以正常工作的隔离开关驱动电机电流标准差序列作为基底信号，将隔离开关工作时测到的电机电流信号经处理得到的标准差信号时域波形进行比较，当驱动电机的电流标准差最大值与无故障时的值增大10％以上，则表示出现卡涩故障；当驱动电机电流标准差最大值出现的时间后移，表明隔离开关的卡涩故障更严重。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；

对所述电流信号进行处理；

将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；

计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；

将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时间段内的电流信号为x_t＝{x₁，...，x_T}，其中，x为每个时间点的电流信号，t＝1,2,3，……T；所述对所述电流信号进行处理，包括：

对所述电流信号去均值处理，

将滤波后的电流信号进行希尔伯特变换，得到解析信号Z(t)；

其中，Z(t)＝X(t)+iY₁(t)＝A(t)e^iθ(t)，P为柯西原理值，X(t)和Y₁(t)为复共轭对，幅值A(t)即为原电流信号X(t)的包络，

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时间段为10秒，采样频率为10ms，所述对处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据，包括：

将所述处理后的电流信号的时间序列A_n＝{A₁,...,A_N}分为如下N-1024段数据：

A_n1＝{A₁,...,A₁₀₂₄}，

A_n2＝{A₂,...,A₁₀₂₅}，

…

A_nN-1024＝{A_N-1024,...,A_N}。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列，包括：

按照下式计算每段数据的标准差：A_k表示第k段数据；

对所述标准差进行组合得到标准差序列S＝{S_n1,...,S_nN-1024}，序列总长度为N-1024。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障，包括：

如果所述标准差序列的标准差最大值比所述正常工作时的标准差序列的值增大预设比例以上，则确定所述隔离开关出现卡涩故障；

如果所述标准差序列的标准差最大值出现的时间与所述正常工作时的标准差序列中标准差最大值出现的时间相比后移，则确定所述隔离开关卡涩严重。

6.一种基于驱动电机电流的隔离开关卡涩故障诊断装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集预设时间段内隔离开关的驱动电机的电流信号；

处理模块，用于对所述电流信号进行处理；

分段模块，用于将处理后的电流信号按照时间进行分段，得到多段数据；

计算模块，用于计算每段数据的标准差，并根据所述标准差得到标准差序列；

诊断模块，用于将所述标准差序列与预先得到的所述隔离开关正常工作时的驱动电机的电流信号的标准差序列进行比较，确定所述隔离开关是否出现卡涩故障。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块，包括：

均值单元，用于对所述预设时间段内的电流信号x_t＝{x₁，...，x_T}进行去均值处理，得到其中，x为每个时间点的电流信号，t＝1,2,3，……T；

变换单元，用于将滤波后的电流信号进行希尔伯特变换，得到解析信号Z(t)；其中，Z(t)＝X(t)+iY₁(t)＝A(t)e^iθ(t)，P为柯西原理值，X(t)和Y₁(t)为复共轭对，幅值A(t)即为原电流信号X(t)的包络，

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设时间段为10秒，采样频率为10ms，所述分段模块，用于将所述处理后的电流信号的时间序列A_n＝{A₁,...,A_N}分为如下N-1024段数据：

A_n1＝{A₁,...,A₁₀₂₄}，

A_n2＝{A₂,...,A₁₀₂₅}，

…

A_nN-1024＝{A_N-1024,...,A_N}。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算模块，包括：

标准差计算单元，用于按照下式计算每段数据的标准差：A_k表示第k段数据；

标准差序列计算单元，用于对所述标准差进行组合得到标准差序列S＝{S_n1,...,S_nN-1024}，序列总长度为N-1024。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述诊断模块，包括：

第一诊断单元，用于如果所述标准差序列的标准差最大值比所述正常工作时的标准差序列的值增大预设比例以上，则确定所述隔离开关出现卡涩故障；

第二诊断单元，用于如果所述标准差序列的标准差最大值出现的时间与所述正常工作时的标准差序列中标准差最大值出现的时间相比后移，则确定所述隔离开关卡涩严重。