CN115166504A - 一种高压断路器故障监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压断路器故障监测技术领域，具体涉及了一种高压断路器故障检测方法及系统。包括以下步骤：信号获取步骤：采集高压断路器工作时产生的实际声纹信号；故障检测步骤：从数据库中获取高压断路器正常状态下的标准声纹信号，将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。相比于现有技术，能够降低对高压短路器故障监测的成本。

Description

一种高压断路器故障监测方法及系统

技术领域

本发明涉及高压断路器故障监测技术领域，具体涉及了一种高压断路器故障检测方法及系统。

背景技术

高压断路器是保障电网可靠、稳定运行的重要设备。它主要用于切断或闭合输电线路中的空载电流和负荷电流，此外，当电力系统故障时，可切断过负荷电流和断路电流。因此高压断路器对电网的安全稳定运行具有极其重要的作用，高压断路器的健康运行是非常重要的。

在高压断路器长期服役过程中，高压断路器出现故障是不可避免的，会出现如触头损伤、电磁铁锈蚀、污染、等损伤。目前，发现和处理高压断路器缺陷时均需要停电，成本高昂、盲目性大，且频繁茶歇会降低高压断路器的工作稳定性。现有的一些侵入式的在线监测方式，需要改变高压断路器内部结构，如断路器分合闸线圈电流监测加装的电流互感器，在安装时需要解开分合闸线圈回路，并接入电流互感器，对高压断路器的运行造成影响。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种高压断路器故障监测方法及系统，能够降低对高压短路器故障监测的成本。

本发明提供的基础方案：一种高压断路器故障监测方法，包括以下步骤：

信号获取步骤：采集高压断路器工作时产生的实际声纹信号；

故障检测步骤：从数据库中获取高压断路器正常状态下的标准声纹信号，将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；

故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。

本发明的原理及优点在于：通过采集高压断路器运行时产生的实际声纹信号，与标准声纹信号进行比对，高压断路器在开闸、合闸过程中，其部件的运动和撞击都会产生振动，引起与之相应的声波信号，尽管这种声波信号具有随机性，但同一高压断路器的声波信号具有较好的重复性，因此通过比对实时声纹信号和标准声纹信号，当实际声纹信号和标准声纹信号不一致时，便能够判断高压断路器故障，进行报警。

由于声发射法是一种非侵入式的监测方法，相比于现有技术，无需改变高压断路器本身结构，也不增加额外设备，成本较低。并且由于声学信号的特殊性，电磁信号干扰小，可在极端的电磁环境中进行在线监测，无需停电便能够判断高压断路器是否出现故障，当出现故障便进行报警，从而及时排除故障，保证电力系统安全稳定的运行。

进一步，所述信号获取步骤包括以下步骤：

S100：获取高压断路器工作时实际产生的开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号；

故障检测步骤包括以下步骤：

S200：从数据库中获取到高压断路器正常状态下的开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号；

S210：分别比对开闸实际信号与开闸标准信号、合闸实际信号与合闸标准信号、运行实际信号与运行标准信号的一致性，当存在比对结果不一致时，判断为异常声纹信号。

高压断路器开闸、合闸过程中，部件的运动和撞击产生振动产生声纹信号，而同一高压断路器的声纹信号具有较好的重复性，因此，事先获取到高压断路器出厂正常运行得到的标准声纹信号，将获取到的高压断路器工作时产生的实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，若比对结果不一致，则说明高压断路器出现一定损伤，造成高压断路器部件运动撞击发出的声音出现变化，因此判断高压断路器出现故障。

进一步，还包括以下步骤：

故障判断步骤：当高压断路器故障时，从数据库中获取预设好的各种故障类型下的故障声纹信号，比对实际声纹信号和故障声纹信号，判断高压断路器故障类型。

当判断高压断路器出现故障之后，对高压断路器的故障类型进行诊断，高压断路器在发生不同类型的故障后，部件运动撞击的声音会存在一定不同，因此根据实际声纹信号与不同故障类型下的故障声纹信号的比对结果，能够分别高压断路器的故障类型。

进一步，所述故障判断步骤具体包括以下步骤：

S300：从数据库中获取根据标准声纹信号模拟出的，高压断路器在不同故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号；

S310：将开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号，分别与各种故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，根据比对结果判断故障类型。

通过高压断路器的标准声纹信号，模拟出高压断路器在不同故障类型的故障声纹信号，将高压断路器在不同故障类型下的故障声纹信号，与采集到的高压断路器运行时产生的实际声纹信号进行不对，判断实际声纹信号和哪一种故障类型下的故障声纹信号更加接近，从而判断高压断路器的故障类型。

进一步，信号获取步骤还包括以下步骤：

S300：通过若干个声发射传感器分布在高压断路器四周，监测实际声纹信号；

还包括故障定位步骤：出现异常声纹信号时，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，确定故障点位置。

通过多个声发射传感器检测高压断路器工作时的声音，产生声纹信号，将多个声发射传感器设置在不同位置，由于不同的声发射传感器与故障点的位置不同，当出现故障点后，故障点发出的声音传播至各个声发射传感器的时间不同，因此获取通过各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，通过多点定位法，能够确定故障点位置。

进一步，所述故障定位步骤具体包括以下步骤：

S410：出现异常声纹信号时，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻；

S420：选取第一声发射传感器，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，确定第一声发射传感器与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差；

S430：设定声音从故障点传播至第一声发射传感器的第一时间的变化范围；

S440：根据第一时间和时间差，设定声音从故障点传播至各个声发射传感器的时间；

S450：在变化范围内变化第一时间，根据各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间，确定故障点。

通过多个声发射传感器检测采集高压断路器产生的异常声纹信号，由于不同声发射传感器与故障点的距离不同，因此接收到高压断路器产生声音，产生声纹信号的时间点也不同。由于声音的传播速度固定，因此通过选取第一声发射传感器，根据高压断路器和第一声发射传感器之间的远端距离和近端距离，确定第一时间的变化范围，根据第一声发射传感器产生异常声纹信号与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差，确定出各个声发射传感器接收到故障点发出声音的时间变化范围。由各个声发射传感器接收到故障点发出声音的时间变化范围确定出各个声发射传感器与故障点之间的距离变化范围。以各个声发射传感器接收到的距离为半径画圆，在变化第一时间，便能够改变各个圆球的半径，当各个圆球存在有且只有一个交点的时候，该交点便是故障点位。

通过多个声发射传感器对故障点位进行发现，在监测高压断路器故障的同时，无需引入其他设备，便能够确定出高压断路器故障点位的位置。

本发明还公开了一种高压断路器故障监测系统，包括信号检测模块，

信号检测模块，用于获取高压断路器工作时产生的实际声纹信号；

数据库模块，存储有高压断路器正常状态下的标准声纹信号；

故障检测模块，用于将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；

故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。

进一步，所述信号监测模块获取的实际声纹信号包括开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号；

数据库模块，存储的标准声纹信号包括开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号；

所述故障检测模块，分别比对开闸标准信号和开闸实际信号、合闸标准信号和合闸实际信号、运行标准信号和运行实际信号。

进一步，数据库模块，还存储有高压断路器不同故障类型条的故障声纹信号，故障声纹信号包括开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号；

还包括故障判断模块，用于当高压断路器故障时，将开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号，分别与各种故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，根据比对结果判断故障类型。

进一步，所述信号检测模块包括若干个声发射传感器，分布在高压断路器四周；

还包括故障定位模块，故障定位模块包括

时刻获取模块，用于获取各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻；

时差获取模块，用于选取第一声发射传感器，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号，确定第一声发射传感器与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差；

时间设定模块，用于设定声音从故障点传播至第一声发射传感器的第一时间的变化范围，并根据第一时间和时间差，设定各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间；

位置确定模块，用于在变化范围内变化第一时间，根据各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间，确定故障点。

附图说明

图1为本发明一种高压断路器故障监测方法实施例的方法流程图；

图2为本发明一种高压断路器故障监测方法实施例中故障检测步骤的流程图；

图3为本发明一种高压断路器故障监测方法实施例中故障判断步骤的流程图；

图4为本发明一种高压断路器故障监测方法实施例中故障定位步骤的流程图；

图5为本发明一种高压断路器故障监测方法实施例中声发射传感器对故障点进行定位的示意图；

图6为本发明一种高压断路器故障监测系统实施例的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例基本如附图1所示：

一种高压断路器故障监测方法，包括以下步骤：

信号获取步骤：采集高压断路器工作时产生的实际声纹信号；

具体的，本申请中通过三个声发射传感器，布置在高压断路器四周，组成声发射传感器阵列，通过声发射传感器测得高压断路器的实时声纹信号，包括有开闸实时信号、合闸实时信号以及运行实时信号。

故障检测步骤：从数据库中获取高压断路器正常状态下的标准声纹信号，将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；

故障检测步骤具体如图2所示包括以下步骤：

S200：从数据库中获取到高压断路器正常状态下的开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号；

S210：分别比对开闸实际信号与开闸标准信号、合闸实际信号与合闸标准信号、运行实际信号与运行标准信号的一致性，当存在比对结果不一致时，判断为异常声纹信号。

故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。

具体的，高压断路器在开闸、合闸过程中，其部件的运动和撞击会产生振动，引起与之相应的声纹信号，虽然具有随机性，但是同一高压断路器的声纹信号具有较好的重复性。因此，在高压断路器出厂时，获取到出厂时正常运行得到的开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号，建立数据库进行存储。在监测过程中，将实际测得的开闸实际信号、合闸实际信号、运行实际信号，与数据库中的开闸标准信号、合闸标准信号、运行标准信号进行比对，根据声纹比对结果，便能够判断声纹信号是否存在异常。

当出现异常声纹后，通过报警器或者远程报警的方式进行报警，通知工作人员对故障进行检修。

此外，还包括故障判断步骤：当高压断路器故障时，从数据库中获取预设好的各种故障类型下的故障声纹信号，比对实际声纹信号和故障声纹信号，判断高压断路器故障类型。

故障判断步骤具体如图3所示，包括以下步骤：

S300：从数据库中获取根据标准声纹信号模拟出的，高压断路器在不同故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号；

S310：将开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号，分别与各种故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，根据比对结果判断故障类型。

具体的，通过开闸标准信号、合闸标准信号、运行标准信号进行模拟，模该高压断路器在不同故障，如触头损伤、电磁铁锈蚀、污染等，得到不同故障状态下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，通过数据库进行存储。当判断实际声纹信号为异常声纹信号之后，将实际声纹信号分别与数据库中，不同故障类型下的故障声纹信号进行比对，比对结果最为相似，便是该高压断路器所产生的故障类型。

还包括故障定位步骤：出现异常声纹信号时，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，确定故障点位置。

故障定位步骤如图4所示，具体包括以下步骤：

S410：出现异常声纹信号时，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻；

S420：选取第一声发射传感器，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，确定第一声发射传感器与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差；

S430：设定声音从故障点传播至第一声发射传感器的第一时间的变化范围；

S440：根据第一时间和时间差，设定声音从故障点传播至各个声发射传感器的时间；

S450：在变化范围内变化第一时间，根据各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间，确定故障点。

具体的，如图5所示，本实施例中采用三个声发射传感器，当出现异常声纹信号后，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，之后选取第一声发射传感器，本实施例中，第一声发射传感器为第一个产生异常声纹信号的声发射传感器，其余的为第二声发射传感器和第三声发射传感器。

当产生异常声纹信号后，确定第一声发射传感器产生异常声纹信号的第一时间t₁，第二声发射传感器产生异常声纹信号的第二时间t₂，第三声发射传感器产生异常声纹信号的第三时间t₃。之后分别确定第一时间t₁与第二时间t₂、第三时间t₃的时间差Δt₁，Δt₂。

设声音从故障点传播至第一声发射传感器的时间为T，则传播至第二声发射传感器的时间为T+Δt₁，传播至第三声发射传感器的时间为T+Δt₂。其中T值的变化范围为高压断路器与第一声发射传感器之间的远端距离除以声音传播速度V，至高压断路器与第一声发射传感器之间的近端距离除以声音传播速度V。

之后以第一声发射传感器所在位置为圆心，半径R1＝T×V；第二声发射传感器所在位置为圆心，半径R2＝T×(T+Δt1)；第三声发射传感器所在位置为圆心，半径R3＝T×(T+Δt2)分别画圆。在T值的变化范围内变化T值，知道三个圆有且只有一个交点为止，该交点便是故障点。通过多个声发射传感器检测异常声纹信号，根据产生异常声纹信号的时间差，从而确定出故障点的位置。

本发明还公开了一种高压断路器故障监测系统，该系统包括信号检测模块，

信号检测模块，用于获取高压断路器工作时产生的实际声纹信号；

数据库模块，存储有高压断路器正常状态下的标准声纹信号；

故障检测模块，用于将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；

故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。

所述信号监测模块获取的实际声纹信号包括开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号；

数据库模块，存储的标准声纹信号包括开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号；

所述故障检测模块，分别比对开闸标准信号和开闸实际信号、合闸标准信号和合闸实际信号、运行标准信号和运行实际信号。

数据库模块，还存储有高压断路器不同故障类型条的故障声纹信号，故障声纹信号包括开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号；

还包括故障判断模块，用于当高压断路器故障时，将开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号，分别与各种故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，根据比对结果判断故障类型。

所述信号检测模块包括若干个声发射传感器，分布在高压断路器四周；

还包括故障定位模块，故障定位模块包括

时刻获取模块，用于获取各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻；

时差获取模块，用于选取第一声发射传感器，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号，确定第一声发射传感器与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差；

时间设定模块，用于设定声音从故障点传播至第一声发射传感器的第一时间的变化范围，并根据第一时间和时间差，设定各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间；

位置确定模块，用于在变化范围内变化第一时间，根据各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间，确定故障点。

具体的，如图6所示，信号检测模块包括若干的声发射传感器，本实施例中具体为3个，通过声发射传感器采集高压断路器工作时发出的实时声纹信号，通过单片机和远程通讯模块对实时声纹信号进行传输，之后经过滤波处理，故障监测模块将实时声纹信号与数据库中的标准声纹信号进行比对，根据比对结果判断高压断路器是否故障，当故障时，通过报警器进行报警，以及上报至计算机，对故障进行定位。故障判断、分析、定位的方式采用上述的一种高压断路器故障监测方法。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

信号获取步骤：采集高压断路器工作时产生的实际声纹信号；

故障检测步骤：从数据库中获取高压断路器正常状态下的标准声纹信号，将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；

故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。

2.根据权利要求2所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：所述信号获取步骤包括以下步骤：

S100：获取高压断路器工作时实际产生的开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号；

故障检测步骤包括以下步骤：

S200：从数据库中获取到高压断路器正常状态下的开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号；

S210：分别比对开闸实际信号与开闸标准信号、合闸实际信号与合闸标准信号、运行实际信号与运行标准信号的一致性，当存在比对结果不一致时，判断为异常声纹信号。

3.根据权利要求2所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：还包括以下步骤：

故障判断步骤：当高压断路器故障时，从数据库中获取预设好的各种故障类型下的故障声纹信号，比对实际声纹信号和故障声纹信号，判断高压断路器故障类型。

4.根据权利要求3所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：所述故障判断步骤具体包括以下步骤：

S300：从数据库中获取根据标准声纹信号模拟出的，高压断路器在不同故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号；

S310：将开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号，分别与各种故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，根据比对结果判断故障类型。

5.根据权利要求1所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：信号获取步骤还包括以下步骤：

S300：通过若干个声发射传感器分布在高压断路器四周，监测实际声纹信号；

还包括故障定位步骤：出现异常声纹信号时，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，确定故障点位置。

6.根据权利要求4所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：所述故障定位步骤具体包括以下步骤：

S410：出现异常声纹信号时，确定各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻；

S420：选取第一声发射传感器，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻，确定第一声发射传感器与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差；

S430：设定声音从故障点传播至第一声发射传感器的第一时间的变化范围；

S440：根据第一时间和时间差，设定声音从故障点传播至各个声发射传感器的时间；

S450：在变化范围内变化第一时间，根据各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间，确定故障点。

7.一种高压断路器故障监测系统，其特征在于：包括信号检测模块，

信号检测模块，用于获取高压断路器工作时产生的实际声纹信号；

数据库模块，存储有高压断路器正常状态下的标准声纹信号；

故障检测模块，用于将实际声纹信号与标准声纹信号进行比对，判断实际声纹信号是否为异常声纹信号，当为异常声纹信号时，判断高压断路器故障；

故障报警步骤：当高压断路器故障时，进行报警。

8.根据权利要求7所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：所述信号监测模块获取的实际声纹信号包括开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号；

数据库模块，存储的标准声纹信号包括开闸标准信号、合闸标准信号以及运行标准信号；

所述故障检测模块，分别比对开闸标准信号和开闸实际信号、合闸标准信号和合闸实际信号、运行标准信号和运行实际信号。

9.根据权利要求8所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：

数据库模块，还存储有高压断路器不同故障类型条的故障声纹信号，故障声纹信号包括开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号；

还包括故障判断模块，用于当高压断路器故障时，将开闸实际信号、合闸实际信号以及运行实际信号，分别与各种故障类型下的开闸故障信号、合闸故障信号以及运行故障信号，根据比对结果判断故障类型。

10.根据权利要求9所述的一种高压断路器故障监测方法，其特征在于：所述信号检测模块包括若干个声发射传感器，分布在高压断路器四周；

还包括故障定位模块，故障定位模块包括

时刻获取模块，用于获取各个声发射传感器产生异常声纹信号的时刻；

时差获取模块，用于选取第一声发射传感器，根据各个声发射传感器产生异常声纹信号，确定第一声发射传感器与其他声发射传感器产生异常声纹信号的时间差；

时间设定模块，用于设定声音从故障点传播至第一声发射传感器的第一时间的变化范围，并根据第一时间和时间差，设定各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间；

位置确定模块，用于在变化范围内变化第一时间，根据各个声发射传感器接收到异常声纹信号的时间，确定故障点。

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