基于LMD的断路器弹簧操动机构状态异常检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LMD的断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，涉及高压断路器故障诊断技术领域。所述基于LMD的断路器弹簧操作机构状态异常检测方法，利用IEPE压电式振动传感器获取断路器操作中的振动信号，经过局部均值分解LMD与特征向量提取，得到弹簧操作机构的特征参数，最后导入训练好的支持向量机模型对断路器操动机构弹簧异常状态进行检测，该检测方法能够快速准确的获取弹簧操作机构的故障分类结果，且故障检测准确率高，是一种利用振动信号特征变化进行断路器弹簧运行状态识别的新方法。

【技术实现步骤摘要】
基于LMD的断路器弹簧操动机构状态异常检测方法
本专利技术属于高压断路器故障诊断
，尤其涉及一种基于LMD和SVM的高压断路器弹簧操动机构状态异常检测方法。
技术介绍
高压断路器作为电力系统基础设备，担负着控制作用和保护作用，对其运行维护是保障电力系统安全稳定运行的重点工作之一。弹簧操动机构因其独特优势而广泛用于各类断路器，储能弹簧作为操动机构核心储能部件，是断路器执行操作命令的关键。利用安装在断路器外壳基座上的加速度振动传感器采集的振动信号，反映断路器合闸动作过程中合闸弹簧能量的瞬间变化。弹簧状态及与弹簧相关联部件发生异常，均会引起能量存储及释放规律的变化。利用合闸过程中合闸弹簧储能以及合闸弹簧能量释放的振动信号，可实现对高压断路器弹簧操动机构状态异常检测。基于此，本专利技术提出一种基于振动信号能量特征分析的断路器弹簧操作机构状态检测法，利用IEPE压电式振动传感器获取断路器操作中的振动信号，经过局部均值分解(Localmeandecomposition，LMD)与特征向量提取，得到弹簧操作机构的特征参数，最后导入训练好的支持向量机模型(supportvectormachine，SVM)对断路器操动机构弹簧异常状态进行检测。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于LMD的断路器弹簧操动机构状态异常检测方法。本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于LMD的断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，包括以下几个步骤：步骤1：获取振动信号；获取高压断路器弹簧操作机构在操作中的振动信号X(t)；步骤2：对振动信号进行LMD分解，提取特征向量；采用LMD算法对振动信号X(t)进行时频分解，将振动信号X(t)分解成n个PF分量与一个残差分量之和；计算每个PF分量的总能量，对PF分量的总能量进行归一化处理，并构造特征向量T；步骤3：根据不同状态下的特征向量进行弹簧操作机构的异常状态检测；对不同状态下的特征向量进行故障标签，将同一故障标签内的特征向量分为训练样本和测试样本，采用训练样本作为支持向量机的输入向量，获取支持向量机的最优惩罚参数c和最优核函数参数g；再采用测试样本作为支持向量机的输入向量，即可获取弹簧异常状态类型。进一步的，所述步骤1中，采用压电式振动传感器采集获取高压断路器弹簧操作机构在操作中的振动信号X(t)。进一步的，所述步骤2中，振动信号LMD分解的数学表达式为：其中，X(t)表示振动信号，PFi(t)表示一系列瞬时频率有物理意义的乘积信号函数，uk(t)表示单调函数，n表示包含主要故障信息的PF分量的个数。局部均值分解LMD是在2005年由Smith提出的一种新的自适应的时频分析方法，相比于1998年提出的EMD算法，LMD在其基础上很好的改善了EMD分解信号时产生的端点效应、过包络、欠包络、迭代次数、负频率等问题。LMD算法的实质是从原始信号中分离出纯调频信号和包络信号，将纯调频信号和包络信号相乘便可以得到一个瞬时频率具有物理意义的PF分量，包络信号是PF分量的瞬时幅值，PF分量的瞬时频率利用纯调频信号求得。进一步的，所述步骤2中，每个PF分量总能量的计算公式为：Ej＝∫|cj(t)|2dtj＝1,2,3…n其中，Ej表示第j个PF分量的总能量，cj(t)表示各个离散信号分量。高压断路器振动信号各个频率成分的能量中包含着丰富的工作状态信息和故障特征信息。当断路器操动机构发生故障时，采集的振动信号中相同频带内信号的能量差别较大，因此可以选用局部均值分解能量作为特征向量，对断路器故障进行诊断。进一步的，PF分量总能量的归一化处理过程为：其中，Ei为归一化处理后的PF分量的总能量；E为振动信号的总能量。进一步的，所述步骤2中，构造的特征向量T的表达式为：T＝[E1E2…En]其中，En表示归一化处理后的第n个PF分量的总能量。进一步的，所述步骤3中，支持向量机的核函数选用径向基函数。进一步的，采用网格参数寻优法对惩罚参数c和核函数参数g进行优化。支持向量机是建立在统计学习理论上的学习算法，适用于解决小样本、非线性、时间序列分析和回归分析等方面的问题，其基本思想是通过一个已经确定的非线性映射把样本映射到高维度的空间内，在此空间建立一个最优分类超平面，实现对输入样本的分类和识别。与现有技术相比，本专利技术所提供的一种基于LMD和SVM的断路器弹簧操作机构状态异常检测方法，利用IEPE压电式振动传感器获取断路器操作中的振动信号，经过局部均值分解LMD与特征向量提取，得到弹簧操作机构的特征参数，最后导入训练好的支持向量机模型对断路器操动机构弹簧异常状态进行检测，该检测方法能够快速准确的获取弹簧操作机构的故障分类结果，且故障检测准确率高，是一种利用振动信号特征变化进行断路器弹簧运行状态识别的新方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中正常状态和故障状态振动信号图；图2是本专利技术实施例中正常状态下PF分量图；图3是本专利技术实施例中SVM分类结果图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所提供的一种基于LMD的断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，包括以下几个步骤：步骤1：获取振动信号；采用压电式振动传感器采集获取高压断路器弹簧操作机构在操作中的振动信号X(t)。断路器操动过程的振动信号与弹簧能量释放及存储过程有直接联系，可表征分合闸过程弹簧特定的缺陷与故障，当断路器操动机构发生故障时，采集的振动信号中相同频带内信号的能量差别较大，因此，可以通过对振动信号进行特征提取，判断弹簧操作机构的状态异常情况。步骤2：对振动信号进行LMD分解，提取特征向量；采用LMD算法对振动信号X(t)进行时频分解，将振动信号X(t)分解成n个PF分量与一个残差分量uk(t)之和；计算每个PF分量的总能量，对PF分量的总能量进行归一化处理，并构造特征向量T。高压断路器振动信号各个频率成分的能量中包含着丰富的工作状态信息和故障特征信息。当断路器操动机构发生故障时，采集的振动信号中相同频带内信号的能量差别较大，因此可以选用局部均值分解能量作为特征向量，对断路器故障进行诊断。将采集到的振动信号，分别使用LMD算法提取到各自特征向量T，再将其放入特征向量矩阵当中。振动信号LMD分解的数学表达式为：其中，X(t)表示振动信号，PFi(t)表示一系列瞬时频率有物理意义的乘积信号函数，uk(t)表示单调函数，n表示包含主要故障信息的PF分量的个数。每个PF分量总能量的计算公式为：Ej＝∫|cj(t)|2dtj＝1,2,3…n(2)其中，Ej表示第j个PF分量的总能量，cj(t)表示各个离散信号分量，对振动信号进行LMD分解后，所提取的包络信号即为离散信号分量cj(t)。PF分量总能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LMD和SVM的高压断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取振动信号；获取高压断路器弹簧操作机构在操作中的振动信号X(t)；步骤2：对振动信号进行LMD分解，提取特征向量；采用LMD算法对振动信号X(t)进行时频分解，将振动信号X(t)分解成n个PF分量与一个残差分量之和；计算每个PF分量的总能量，对PF分量的总能量进行归一化处理，并构造特征向量T；步骤3：根据不同状态下的特征向量进行弹簧操作机构的异常状态检测；对不同状态下的特征向量进行故障标签，将同一故障标签内的特征向量分为训练样本和测试样本，采用训练样本作为支持向量机的输入向量，获取支持向量机的最优惩罚参数c和最优核函数参数g；再采用测试样本作为支持向量机的输入向量，即可获取弹簧异常状态类型。

【技术特征摘要】
1.一种基于LMD和SVM的高压断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取振动信号；获取高压断路器弹簧操作机构在操作中的振动信号X(t)；步骤2：对振动信号进行LMD分解，提取特征向量；采用LMD算法对振动信号X(t)进行时频分解，将振动信号X(t)分解成n个PF分量与一个残差分量之和；计算每个PF分量的总能量，对PF分量的总能量进行归一化处理，并构造特征向量T；步骤3：根据不同状态下的特征向量进行弹簧操作机构的异常状态检测；对不同状态下的特征向量进行故障标签，将同一故障标签内的特征向量分为训练样本和测试样本，采用训练样本作为支持向量机的输入向量，获取支持向量机的最优惩罚参数c和最优核函数参数g；再采用测试样本作为支持向量机的输入向量，即可获取弹簧异常状态类型。2.如权利要求1所述的高压断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，其特征在于，所述步骤1中，采用压电式振动传感器采集获取高压断路器弹簧操作机构在操作中的振动信号X(t)。3.如权利要求1所述的高压断路器弹簧操动机构状态异常检测方法，其特征在于，所述步骤2中，振动信号LMD分解的数学表达式...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉敏，苏毅，芦宇峰，夏小飞，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45