CN111551352B - 一种gis设备的断路器的状态的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种GIS设备的断路器的状态的检测方法及系统。该检测方法包括：当GIS设备的断路器处于正常状态下，获取GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列；当GIS设备的断路器处于当前状态下，获取GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列；计算第一传递函数序列的标准方差，第二传递函数序列的标准方差，以及，第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差；计算得到相关系数；根据相关系数的大小，确定GIS设备的断路器的当前状态。本发明实施例可对断路器的机械状态进行检测，克服了检测点的选择对于检测结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及GIS设备技术领域，尤其涉及一种GIS设备的断路器的状态的检测方法及系统。
背景技术
随着我国电力系统电压等级不断提高，气体绝缘金属封闭开关设备(GasInsulated(Metal-enclosed)Switchgear，GIS)作为电力系统核心设备之一，它的使用数量与范围也迅速增长。作为电力系统中最重要的电力设备之一，GIS设备包含变电站的母线与开关设备，担负着控制电力系统运行状态和保护电力系统正常运行的双重任务。根据相关数据统计，机械故障是GIS设备的主要故障类型之一，约占各类故障的39.3％。一部分机械故障还会导致SF6气体泄漏，使GIS设备的绝缘强度降低，最终导致放电。常见的机械故障主要涉及断路器、隔离开关、螺栓等部件。其中，开断、关合故障与螺栓松动占到了机械故障的70％以上。
根据各类GIS设备故障的特点，常用的GIS设备机械故障诊断方法是振动信号检测法。GIS设备运行时，导电杆和GIS设备外壳会由于内部通过电流而在周围磁场的作用下受到力的作用，并产生振动。因此，GIS设备的振动信号可以用来表征GIS设备当前的运行状况。当GIS设备存在机械故障时，其振动信号的频谱会发生变化。因此，根据振动信号频谱的变化情况就可以判断GIS设备是否存在机械故障，并对不同类型的机械故障进行区分。
但是，现有利用振动信号检测GIS设备机械故障多集中于母线筒，母线筒外壳的振动只能对母线筒内的机械故障进行检测。对于GIS设备的断路器的机械故障的检测则少有涉及。此外，现有利用振动信号检测GIS设备机械故障，振动信号检测点的选择对测量结果影响比较大。
发明内容
本发明实施例提供一种GIS设备的断路器的状态的检测方法及系统，以解决现有技术不能有效检测GIS设备的断路器是否故障的问题。
第一方面，提供一种GIS设备的断路器的状态的检测方法，包括：
当所述GIS设备的断路器处于正常状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列；
当所述GIS设备的断路器处于当前状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列；
计算所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及，所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差；
根据所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差，计算得到相关系数；
根据所述相关系数的大小，确定所述GIS设备的断路器的当前状态；
其中，所述第一检测点位于所述GIS设备的断路器处，所述第二检测点位于所述GIS设备的断路器以外的其它任意位置。
第二方面，提供一种GIS设备的断路器的状态的检测系统，包括：
第一获取模块，用于当所述GIS设备的断路器处于正常状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列；
第二获取模块，用于当所述GIS设备的断路器处于当前状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列；
第一计算模块，用于计算所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及，所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差；
第二计算模块，用于根据所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差，计算得到相关系数；
确定模块，用于根据所述相关系数的大小，确定所述GIS设备的断路器的当前状态；
其中，所述第一检测点位于所述GIS设备的断路器处，所述第二检测点位于所述GIS设备的断路器以外的其它任意位置。
这样，本发明实施例，直接测量断路器动作时断路器的振动信号，利用不同振动位置的检测点之间的振动传递函数，得到GIS设备的断路器动作时的振动传递特性，以及，利用当前断路器的振动频谱与正常状态时的振动频谱的相关性，对断路器的机械状态进行检测，克服了检测点的选择对于检测结果的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的GIS设备的断路器的状态的检测方法的流程图；
图2是本发明一优选实施例的GIS设备的检测点的位置示意图；
图3是本发明实施例的GIS设备的断路器的状态的检测系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种GIS设备的断路器的状态的检测方法。如图1所示，该方法包括如下的步骤：
步骤S101：当GIS设备的断路器处于正常状态下，获取GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列。
具体的，该步骤包括如下的过程：
(1)当GIS设备的断路器处于正常状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的第一振动信号。
其中，断路器动作一般指的是断路器开断、合闸等动作。断路器在进行开断、合闸动作时，操动机构的动作会使得断路器的外壳产生明显的振动，并向外辐射噪声。在本发明一优选的实施例中，GIS设备如图2所示，左侧竖直放置的部分为断路器，断路器水平连接母线筒。断路器的操动机构一般位于断路器的上方。操动机构在断路器动作前进行储能，在动作时释放能量，通过弹簧拉杆机构拉动断路器的动静触头分离和接触。在上述过程中，会产生强烈振动并传递至GIS设备的断路器的外壳。
振动信号的采集可通过传感器采集。其中，第一检测点位于GIS设备的断路器处(例如外壳上)，第二检测点位于GIS设备的断路器以外的其它任意位置。如图2所示，本发明一优选的实施例中，第一检测点1位于断路器上，第二检测点2位于母线筒上。优选的，第一检测点距地面1.3m。
预设时长和预设时间可根据经验选择。本发明一优选实施例的预设时长为5s，预设时间为2π/5。
(2)对第一检测点和第二检测点的每一第一振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到第一检测点的第一频率函数序列和第二检测点的第一频率函数序列。
第一检测点的第一频率函数序列中的每一序号的第一频率函数可采用下式计算：
其中，ωN表示频率，
j为虚数(应当理解的是，
中的ki(k×i)表示ωN的指数)。x1(i)表示第一检测点的每一采集时间对应的第一振动信号的幅值。N表示第一检测点的第一振动信号的幅值的数量。i和k均表示序号，但物理意义不同。具体的，i表示按照采集时间的先后排列的序号。k表示采用上式计算的序号(即第一频率函数序列中第一频率函数的序号)，k＝1，2，3，……，N。
第二检测点的第一频率函数序列中的每一序号的第一频率函数可采用下式计算：
其中，x2(i)表示第二检测点的每一采集时间对应的第一振动信号的幅值。其他参数与式(1)的含义相同，在此不再赘述。
(3)计算第二检测点的第一频率函数序列和第一检测点的第一频率函数序列中的相同序号的第二检测点的第一频率函数和第一检测点的第一频率函数的商，得到每一序号对应的第一传递函数。
具体的，采用下式计算得到第一传递函数：
(4)按照序号排列第一传递函数，得到第一传递函数序列。
步骤S102：当GIS设备的断路器处于当前状态下，获取GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列。
具体的，该步骤可包括如下的过程：
(1)当GIS设备的断路器处于当前状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点处产生的第二振动信号。
(2)对第一检测点和第二检测点的每一第二振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到第一检测点的第二频率函数序列和第二检测点的第二频率函数序列。
(3)计算第二检测点的第二频率函数序列和第一检测点的第二频率函数序列中的相同序号的第二检测点的第二频率函数和第一检测点的第二频率函数的商，得到每一序号对应的第二传递函数。
(4)按照序号排列第二传递函数，得到第二传递函数序列。
上述的过程与GIS设备的断路器处于正常状态下得到第一函数序列的过程完全相同，在此不再赘述，具体计算式可参见步骤S101。
步骤S103：计算第一传递函数序列的标准方差，第二传递函数序列的标准方差，以及，第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差。
具体的，第一传递函数序列的标准方差采用下式计算：
其中，Dx表示第一传递函数序列的标准方差。
具体的，第二传递函数序列的标准方差采用下式计算：
其中，DY，表示第二传递函数序列的标准方差。
具体的，第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差采用下式计算：
CXY＝E(H1(ω)×H2(ω))-E(H1(ω))×E(H2(ω)) (6)
其中，CXY表示第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差。
步骤S104：根据第一传递函数序列的标准方差，第二传递函数序列的标准方差，以及第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差，计算得到相关系数。
以ρ表示相关系数，相关系数的计算公式为：
步骤S105：根据相关系数的大小，确定GIS设备的断路器的当前状态。
根据相关系数的大小，可以对应确定GIS设备的断路器的如下三种状态：
(1)若相关系数不小于第一预设阈值，则确定GIS设备的断路器的当前状态为正常状态。
第一预设阈值可根据经验选择。在本发明一优选的实施例中，第一预设阈值为1.5。若ρ≥1.5，则表明断路器的当前状态为正常状态，运行情况良好。
(2)若相关系数大于第二预设阈值，且小于第一预设阈值，则确定GIS设备的断路器的当前状态为不影响正常运行的老化状态。
第二预设阈值可根据经验选择，第一预设阈值大于第二预设阈值。在本发明一优选的实施例中，第二预设阈值为1.0。若1.0＜ρ＜1.5，则表明断路器的当前状态为不影响正常运行的老化状态，即虽然断路器存在一定程度的老化，但并不影响正常运行。
(3)若相关系数不大于第二阈值，则确定GIS设备的断路器的当前状态为故障状态。
在本发明一优选的实施例中，若ρ≤1.0，则表明断路器的当前状态为故障状态，出现了明显的故障，需要进行停电检修。
综上，本发明实施例的GIS设备的断路器的状态的检测方法，直接测量断路器动作时断路器的振动信号，利用不同振动位置的检测点之间的振动传递函数，得到GIS设备的断路器动作时的振动传递特性，以及，利用当前断路器的振动频谱与正常状态时的振动频谱的相关性，对断路器的机械状态进行检测，克服了检测点的选择对于检测结果的影响。
本发明实施例还公开了一种GIS设备的断路器的状态的检测系统。如图3所示，该检测系统包括如下的模块：
第一获取模块301，用于当GIS设备的断路器处于正常状态下，获取GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列。
第二获取模块302，用于当GIS设备的断路器处于当前状态下，获取GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列。
第一计算模块303，用于计算第一传递函数序列的标准方差，第二传递函数序列的标准方差，以及，第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差。
第二计算模块304，用于根据第一传递函数序列的标准方差，第二传递函数序列的标准方差，以及第一传递函数序列和第二传递函数序列的协方差，计算得到相关系数。
确定模块305，用于根据相关系数的大小，确定GIS设备的断路器的当前状态。
其中，第一检测点位于GIS设备的断路器处，第二检测点位于GIS设备的断路器以外的其它任意位置。
优选的，第一获取模块301包括：
第一采集子模块，用于当GIS设备的断路器处于正常状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的第一振动信号。
第一变换子模块，用于对第一检测点和第二检测点的每一第一振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到第一检测点的第一频率函数序列和第二检测点的第一频率函数序列。
第一计算子模块，用于计算第二检测点的第一频率函数序列和第一检测点的第一频率函数序列中的相同序号的第二检测点的第一频率函数和第一检测点的第一频率函数的商，得到每一序号对应的第一传递函数。
第一排序子模块，用于按照序号排列第一传递函数，得到第一传递函数序列。
优选的，第二获取模块302包括：
第二采集子模块，用于当GIS设备的断路器处于当前状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的第二振动信号。
第二变换子模块，用于对第一检测点和第二检测点的每一第二振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到第一检测点的第二频率函数序列和第二检测点的第二频率函数序列。
第二计算子模块，用于计算第二检测点的第二频率函数序列和第一检测点的第二频率函数序列中的相同序号的第二检测点的第二频率函数和第一检测点的第二频率函数的商，得到每一序号对应的第二传递函数。
第二排序子模块，用于按照序号排列第二传递函数，得到第二传递函数序列。
优选的，相关系数的计算公式为：
优选的，确定模块305包括：
第一确定子模块，用于若相关系数不小于第一预设阈值，则确定GIS设备的断路器的当前状态为正常状态。
第二确定子模块，用于若相关系数大于第二预设阈值，且小于第一预设阈值，则确定GIS设备的断路器的当前状态为不影响正常运行的老化状态。
第三确定子模块，用于若相关系数不大于第二阈值，则确定GIS设备的断路器的当前状态为故障状态。
其中，第一预设阈值大于第二预设阈值。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
综上，本发明实施例的GIS设备的断路器的状态的检测系统，直接测量断路器动作时断路器的振动信号，利用不同振动位置的检测点之间的振动传递函数，得到GIS设备的断路器动作时的振动传递特性，以及，利用当前断路器的振动频谱与正常状态时的振动频谱的相关性，对断路器的机械状态进行检测，克服了检测点的选择对于检测结果的影响。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种GIS设备的断路器的状态的检测方法，其特征在于，包括：
当所述GIS设备的断路器处于正常状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列；
当所述GIS设备的断路器处于当前状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列；
计算所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及，所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差；
根据所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差，计算得到相关系数；
根据所述相关系数的大小，确定所述GIS设备的断路器的当前状态；
其中，所述第一检测点位于所述GIS设备的断路器处，所述第二检测点位于所述GIS设备的断路器以外的其它任意位置；
所述获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列的步骤，包括：
当所述GIS设备的断路器处于正常状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集所述GIS设备的断路器动作在所述第一检测点和所述第二检测点产生的第一振动信号；
对所述第一检测点和所述第二检测点的每一第一振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到所述第一检测点的第一频率函数序列和所述第二检测点的第一频率函数序列；
计算所述第二检测点的第一频率函数序列和所述第一检测点的第一频率函数序列中的相同序号的所述第二检测点的第一频率函数和所述第一检测点的第一频率函数的商，得到每一序号对应的第一传递函数；
按照所述序号排列所述第一传递函数，得到所述第一传递函数序列；
所述获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列的步骤，包括：
当所述GIS设备的断路器处于当前状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集所述GIS设备的断路器动作在所述第一检测点和所述第二检测点产生的第二振动信号；
对所述第一检测点和所述第二检测点的每一第二振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到所述第一检测点的第二频率函数序列和所述第二检测点的第二频率函数序列；
计算所述第二检测点的第二频率函数序列和所述第一检测点的第二频率函数序列中的相同序号的所述第二检测点的第二频率函数和所述第一检测点的第二频率函数的商，得到每一序号对应的第二传递函数；
按照所述序号排列所述第二传递函数，得到所述第二传递函数序列。
2.根据权利要求1所述的GIS设备的断路器的状态的检测方法，其特征在于，所述相关系数的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的GIS设备的断路器的状态的检测方法，其特征在于，所述确定所述GIS设备的断路器的当前状态的步骤，包括：
若所述相关系数不小于第一预设阈值，则确定所述GIS设备的断路器的当前状态为正常状态；
若所述相关系数大于第二预设阈值，且小于第一预设阈值，则确定所述GIS设备的断路器的当前状态为不影响正常运行的老化状态；
若所述相关系数不大于第二阈值，则确定所述GIS设备的断路器的当前状态为故障状态；
其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
4.一种GIS设备的断路器的状态的检测系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于当所述GIS设备的断路器处于正常状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第一传递函数序列；
第二获取模块，用于当所述GIS设备的断路器处于当前状态下，获取所述GIS设备的断路器动作在第一检测点和第二检测点产生的振动信号的第二传递函数序列；
第一计算模块，用于计算所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及，所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差；
第二计算模块，用于根据所述第一传递函数序列的标准方差，所述第二传递函数序列的标准方差，以及所述第一传递函数序列和所述第二传递函数序列的协方差，计算得到相关系数；
确定模块，用于根据所述相关系数的大小，确定所述GIS设备的断路器的当前状态；
其中，所述第一检测点位于所述GIS设备的断路器处，所述第二检测点位于所述GIS设备的断路器以外的其它任意位置；
所述第一获取模块包括：
第一采集子模块，用于当所述GIS设备的断路器处于正常状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集所述GIS设备的断路器动作在所述第一检测点和所述第二检测点产生的第一振动信号；
第一变换子模块，用于对所述第一检测点和所述第二检测点的每一第一振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到所述第一检测点的第一频率函数序列和所述第二检测点的第一频率函数序列；
第一计算子模块，用于计算所述第二检测点的第一频率函数序列和所述第一检测点的第一频率函数序列中的相同序号的所述第二检测点的第一频率函数和所述第一检测点的第一频率函数的商，得到每一序号对应的第一传递函数；
第一排序子模块，用于按照所述序号排列所述第一传递函数，得到所述第一传递函数序列；
所述第二获取模块包括：
第二采集子模块，用于当所述GIS设备的断路器处于当前状态下，在预设时长内，每隔预设时间，采集所述GIS设备的断路器动作在所述第一检测点和所述第二检测点产生的第二振动信号；
第二变换子模块，用于对所述第一检测点和所述第二检测点的每一第二振动信号分别进行快速傅里叶变换，得到所述第一检测点的第二频率函数序列和所述第二检测点的第二频率函数序列；
第二计算子模块，用于计算所述第二检测点的第二频率函数序列和所述第一检测点的第二频率函数序列中的相同序号的所述第二检测点的第二频率函数和所述第一检测点的第二频率函数的商，得到每一序号对应的第二传递函数；
第二排序子模块，用于按照所述序号排列所述第二传递函数，得到所述第二传递函数序列。
5.根据权利要求4所述的GIS设备的断路器的状态的检测系统，其特征在于，所述相关系数的计算公式为：
6.根据权利要求4所述的GIS设备的断路器的状态的检测系统，其特征在于，所述确定模块包括：
第一确定子模块，用于若所述相关系数不小于第一预设阈值，则确定所述GIS设备的断路器的当前状态为正常状态；
第二确定子模块，用于若所述相关系数大于第二预设阈值，且小于第一预设阈值，则确定所述GIS设备的断路器的当前状态为不影响正常运行的老化状态；
第三确定子模块，用于若所述相关系数不大于第二阈值，则确定所述GIS设备的断路器的当前状态为故障状态；
其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
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