CN109900465A - 一种基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，包括以下步骤：1)利用声音传感器采集有载分接开关在运作时产生的声音信号；2)对步骤1)采集到的声音信号进行降噪处理，得降噪后的声音信号；3)将降噪后的声音信号分为若干分段，并利用小波变换计算各分段的小波时频图；4)计算各分段的小波时频图的能量均值；5)利用各分段的小波时频图的能量均值判断有载分接开关是否产生故障，完成基于声音信号的有载分接开关故障诊断，该方法能够基于声音信号实现有载分接开关的故障诊断。

Description

一种基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法

技术领域

本发明属于电力变压器有载分接开关故障诊断的技术领域，涉及一种基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法。

背景技术

有载分接开关的作为电力变压器中唯一的机械运动部件，承载着在负荷变化的情况下稳定变压器电压的作用，其运行状况直接决定了电力变压器的运行安全性与可靠性。而电力变压器在电力系统中具有重要的作用，因此有载分接开关的运行状态影响着整个电力系统运行的稳定性和可靠性。近年由于换流站数量增多，换流站的负荷波动较普通变电站更为剧烈频繁，需要有载分接开关切换档位来稳定电压。频繁的动作使得有载分接开关的故障次数变多，威胁到电网的安全运行，因此需要开发有载分接开关故障诊断的相关方法。

有载分接开关故障诊断方法中，传统的吊心检查以及油色谱检测都难以实现在线检测。因此作为在线检测法的声音振动检测法得到了广泛研究的。由于有载分接开关在运行过程中会产生触头之间的碰撞，因此产生的声音信号能够反映出设备的状态，通过架设在变压器旁的声音传感器来检测声音信号，进行分析、诊断。有载分接开关的机械结构非常复杂，声音信号包含的信息量也非常的复杂，相应的研究难度也就越大，因此研究形成诊断理论具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，该方法能够基于声音信号实现有载分接开关的故障诊断。

为达到上述目的，本发明所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法包括以下步骤：

1)利用声音传感器采集有载分接开关在运作时产生的声音信号；

2)对步骤1)采集到的声音信号进行降噪处理，得降噪后的声音信号；

3)将降噪后的声音信号分为若干分段，并利用小波变换计算各分段的小波时频图；

4)计算各分段的小波时频图的能量均值；

5)利用各分段的小波时频图的能量均值判断有载分接开关是否产生故障，完成基于声音信号的有载分接开关故障诊断。

步骤1)中，声音传感器的数目为两个，其中，两个声音传感器与变压器表面之间的距离为0.5m。

步骤2)中，对步骤1)采集到的声音信号利用连续小波变换进行降噪处理。

步骤2)中，声音信号f(x)∈L²(R)的连续小波变换定义为：

其中，f(x)为被分解信号，a为尺度，b为平移量,W_f(a,b)为小波变换后的函数，ψ(x)为母小波。

各分段的小波时频图的能量均值p(i,j)为:

其中，c(i,j)为小波时频图中的第i行第j列的像素点，L为小波时频图的长宽。

步骤5)中，设正常情况下有载分接开关每个分段的小波时频图的能量均值为p₁(i,j)，p₂(i,j)为待判断的有载分接开关每个分段的小波时频图的能量均值，设当x_1,2>0.5，则有载分接开关产生故障；当0.5≥x_1,2>0.15时，则有载分接开关可能发生故障；当x_1,2≥0.15时，则有载分接开关正常工作。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法在具体操作时，通过对采集得到的有载分接开关的声音信号进行小波变换处理，得到声音信号的小波时频图，该小波时频图中包含有丰富的有载分接开关的机械状态特征，因此可以通过该小波时频图对有载分接开关的故障进行诊断，具体的，通过对小波时频图进行能量均值的计算，然后与正常情况下的能量均值进行对比，并通过对比结果判断有载分接开关的状态，操作方便、简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，本发明所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法包括以下步骤：

1)利用声音传感器采集有载分接开关在运作时产生的声音信号，其中，声音传感器的数目为两个，其中，两个声音传感器与变压器表面之间的距离为0.5m；

2)对步骤1)采集到的声音信号进行降噪处理，得降噪后的声音信号；

具体的，对步骤1)采集到的声音信号利用连续小波变换进行降噪处理，其中，声音信号f(x)∈L²(R)的连续小波变换定义为：

其中，f(x)为被分解信号，a为尺度，b为平移量,W_f(a,b)为小波变换后的函数，ψ(x)为母小波。

3)将降噪后的声音信号分为若干分段，并利用小波变换计算各分段的小波时频图；

4)计算各分段的小波时频图的能量均值，其中，各分段的小波时频图的能量均值p(i,j)为:

其中，c(i,j)为小波时频图中的第i行第j列的像素点，L为小波时频图的长宽；

5)利用各分段的小波时频图的能量均值判断有载分接开关是否产生故障，完成基于声音信号的有载分接开关故障诊断。

具体的，设正常情况下有载分接开关每个分段的小波时频图的能量均值为p₁(i,j)，p₂(i,j)为待判断的有载分接开关每个分段的小波时频图的能量均值，设当x_1,2>0.5，则有载分接开关产生故障；当0.5≥x_1,2>0.15时，则有载分接开关可能发生故障；当x_1,2≥0.15时，则有载分接开关正常工作。

Claims (6)

1.一种基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用声音传感器采集有载分接开关在运作时产生的声音信号；

2)对步骤1)采集到的声音信号进行降噪处理，得降噪后的声音信号；

3)将降噪后的声音信号分为若干分段，并利用小波变换计算各分段的小波时频图；

4)计算各分段的小波时频图的能量均值；

5)利用各分段的小波时频图的能量均值判断有载分接开关是否产生故障，完成基于声音信号的有载分接开关故障诊断。

2.根据权利要求1所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，其特征在于，步骤1)中，声音传感器的数目为两个，其中，两个声音传感器与变压器表面之间的距离为0.5m。

3.根据权利要求1所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，其特征在于，步骤2)中，对步骤1)采集到的声音信号利用连续小波变换进行降噪处理。

4.根据权利要求3所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，其特征在于，步骤2)中，声音信号f(x)∈L²(R)的连续小波变换定义为：

其中，f(x)为被分解信号，a为尺度，b为平移量，W_f(a,b)为小波变换后的函数，ψ(x)为母小波。

5.根据权利要求1所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，其特征在于，各分段的小波时频图的能量均值p(i,j)为:

其中，c(i,j)为小波时频图中的第i行第j列的像素点，L为小波时频图的长宽。

6.根据权利要求1所述的基于声音信号的有载分接开关故障诊断方法，其特征在于，步骤5)中，设正常情况下有载分接开关每个分段的小波时频图的能量均值为p₁(i,j)，p₂(i,j)为待判断的有载分接开关每个分段的小波时频图的能量均值，设当x_1,2>0.5，则有载分接开关产生故障；当0.5≥x_1,2>0.15时，则有载分接开关可能发生故障；当x_1,2≥0.15时，则有载分接开关正常工作。