一种有载分接开关运行状态在线监测方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种有载分接开关运行状态在线监测方法。包括：在换流变有载分接开关换挡的过程中，采集换流变有载分接开关的振动信号以及换流变有载分接开关的驱动电机电流信号；根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间；对采集到的振动信号进行滤波；提取振动信号的特征参量，建立描述该振动信号的特征向量；根据振动信号的特征参量建立样本集；根据所建立的样本集，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度，若孤立程度高于阈值，认为该样本对应的有载分接开关存在故障。本方法能够自动对换流变有载分接开关运行状态做出判断，解决目前换流变有载分接开关在线监测设备难以实现智能诊断的问题。

An on-line monitoring method, system and storage medium for on-load tap-changer

【技术实现步骤摘要】
一种有载分接开关运行状态在线监测方法、系统及存储介质
本专利技术属于电气设备在线监测
，尤其涉及一种基于无监督学习的换流变有载分接开关运行状态在线监测方法。
技术介绍
作为直流输电工程中整流和逆变两端接口的核心设备，换流变压器的运行状态直接关系到整个直流输电工程的安全。换流变有载分接开关通过改变换流变绕组的匝数比补偿电压波动，是换流变压器中唯一频繁操作的机械与电气结合一体的设备，随着动作次数的增加，不良操作和故障出现的概率上升，将会危及换流变压器的安全。相比于交流变压器的有载分接开关，换流变有载分接开关的调压范围更大，档距更小，切换电流陡度和恢复电压都比同等电流和级电压参数的交流变压器大。因此，换流变压器分接开关的技术难度和可靠性要求较高，实现换流变分接开关运行状态的准确监测对于保障直流输电系统的安全运行具有重要意义。目前，换流变有载分接开关的在线监测主要是通过采集并分析换流变有载分接开关在动作时产生的振动信号来实现。国内外的监测设备厂商如ZONSOL、厦门红相等开发了多套基于振动信号的有载分接开关运行状态监测设备，但普遍存在的问题是，需要依赖专业人员做出运行状态的判断,难以满足在线监测设备智能诊断的需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于无监督学习的换流变有载分接开关运行状态在线监测方法、系统及存储介质，能够自动对换流变有载分接开关运行状态做出判断，本专利技术所采用的技术方案如下：第一方面，一种有载分接开关运行状态在线监测方法，所述方法包括如下步骤：在换流变有载分接开关换挡的过程中，采集换流变有载分接开关的振动信号以及换流变有载分接开关的驱动电机电流信号；根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间；根据换流变有载分接开关的动作时间对采集到的振动信号进行滤波；提取滤波后振动信号的特征参量，建立描述该振动信号的特征向量；根据振动信号的特征参量建立样本集；根据所建立的样本集，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度，若孤立程度高于阈值，则判定该样本对应的有载分接开关存在故障。结合第一方面，进一步的，通过振动信号采集装置采集分接开关顶部的振动信号，所述振动信号采集装置为加速度传感器。结合第一方面，进一步的，通过电流传感器采集分接开关的驱动电机信号，所述电流传感器为电流钳。结合第一方面，进一步的，所述根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间具体为：提取驱动电机的电流信号峰值，当电流信号首次达到阈值时认为有载分接开关开始进行切换操作，当电流信号为零值后，认为有载分接开关切换动作结束。结合第一方面，进一步的，根据振动信号的特征参量建立样本集具体为：根据采集的每个有载分解开关各个触头位置动作的振动信号所提取的特征参量，建立振动信号的样本集Di，i＝1,2,...,L其中L为换流变有载分接开关的工作位置数。结合第一方面，进一步的，用于采集有载分接开关振动信号的传感器安装在有载分解开关的顶部。结合第一方面，进一步的，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度采用孤立森林算法。第二方面，提供了一种有载分接开关运行状态在线监测系统，包括：采集模块：用于在换流变有载分接开关换挡的过程中，采集换流变有载分接开关的振动信号以及换流变有载分接开关的驱动电机电流信号；动作时间确定模块：用于根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间；滤波模块：用于根据换流变有载分接开关的动作时间对采集到的振动信号进行滤波；信号提取模块：用于提取滤波后振动信号的特征参量，建立描述该振动信号的特征向量；根据振动信号的特征参量建立样本集；故障判断模块：用于根据所建立的样本集，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度，若孤立程度高于阈值，则判定该样本对应的有载分接开关存在故障。第三方面，提供了一种有载分接开关运行状态在线监测系统，包括存储器和处理器；所述存储器用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面任一项所述方法的步骤。第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。有益效果：本专利技术通过将振动信号采集装置直接布置在设备上，从设备正常运行中产生的振动信号进行学习，不需要提前建立带标记信息的训练样本集，具有较好的普适性，适合大规模应用，有助于检修工作人员及时掌握各台有载分接开关的运行状态，及时开展检修维护工作。附图说明图1是本专利技术一种基于无监督学习的换流变有载分接开关运行状态在线监测方法的流程图。图2是本专利技术采集的换流变有载分接开关振动信号和驱动电机电流信号的示意图。图3是本专利技术所计算的多台换流变有载分接开关振动信号的孤立程度示意图。图4是本基于专利技术所述方法检测到的异常振动波形。具体实施方式下面结合说明书附图，对本专利技术作进一步的说明。近年来，机器学习技术得到了飞速的发展，在模式识别、异常状态等领域等到了广泛的应用。按照训练样本是否带有标记信息，机器学习可以划分为监督学习和无监督学习两类。鉴于换流变有载分接开关型号与故障类型的多样性，获得较为完备的带标记信息的训练样本集较为困难，而无监督学习不需提前建立带标记信息的训练样本集，基于无监督学习的在线监测系统可以直接布置在正常运行的设备上，从设备正常状态下产生的振动信号进行学习，这样在故障出现时，振动信号发生变化，监测系统就可以及时的监测到故障的产生，依据振动信号变化的程度，可以大致地判断故障的严重程度。如附图1-4所示是本专利技术一种有载分接开关运行状态在线监测方法，包括如下步骤：步骤一、在换流变有载分接开关换挡的过程中，通过振动信号采集装置采集换流变有载分接开关的振动信号，通过电流传感器采集换流变有载分接开关的驱动电机电流信号；这里的振动信号采集装置采用型号为KS64B的加速度传感器，检测频带上线大于20kHz，为了取得较好的振动信号采集效果，将其安装在有载分接开关的顶盖上，电流传感器采用电流钳，安装在驱动电机的某一相电流线上。步骤二、根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间；在此步骤中，将有载分接开关的动作划分为动作前、动作中以及动作后三个阶段，如图2所示，先提取电流信号的峰值，设置端点的阈值为峰值的20％，当电流信号首次达到阈值时，认为有载分接开关开始进行切换操作。当驱动电机电流恢复为0值后，认为有载分接开关已动作结束。步骤三、根据换流变有载分接开关的动作时间对采集到的振动信号进行滤波；在有载分接开关动作前的振动信号主要是换流变本体、换流变滤油机、有载分接开关滤油机产生的振动噪声，这些噪声的分布规律较为恒定，对有载分接开关动作的振动信号滤除动作前振动信号的主要频谱分量。步骤四、提取滤波后振动信号的特征参量，建立描述该振动信号的特征向量；对于滤波后的振动信号，采用小波变换提取振动信号的特征参量，建立描述该振动信号样本的特征向量。步骤五、根据采集到的每个有载分接开关各个触头位置动作的振动信号，按照步骤四提取出的特征参量，建立样本集Di，i＝1,2,...,L，其中L为换流变有载分接开关的工作位置数。步骤六、根据所建立的样本集，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度，若孤立程度高于阈值，则判定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有载分接开关运行状态在线监测方法，其特征在于，包括：在换流变有载分接开关换挡的过程中，采集换流变有载分接开关的振动信号以及换流变有载分接开关的驱动电机电流信号；根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间；根据换流变有载分接开关的动作时间对采集到的振动信号进行滤波；提取滤波后振动信号的特征参量，建立描述该振动信号的特征向量；根据振动信号的特征参量建立样本集；根据所建立的样本集，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度，若孤立程度高于阈值，则判定该样本对应的有载分接开关存在故障。

【技术特征摘要】
1.一种有载分接开关运行状态在线监测方法，其特征在于，包括：在换流变有载分接开关换挡的过程中，采集换流变有载分接开关的振动信号以及换流变有载分接开关的驱动电机电流信号；根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间；根据换流变有载分接开关的动作时间对采集到的振动信号进行滤波；提取滤波后振动信号的特征参量，建立描述该振动信号的特征向量；根据振动信号的特征参量建立样本集；根据所建立的样本集，计算各换流变有载分接开关各自振动信号的孤立程度，若孤立程度高于阈值，则判定该样本对应的有载分接开关存在故障。2.根据权利要求1所述的一种有载分接开关运行状态在线监测方法，其特征在于：通过振动信号采集装置采集分接开关顶部的振动信号，所述振动信号采集装置为加速度传感器。3.根据权利要求1所述的一种有载分接开关运行状态在线监测方法，其特征在于：通过电流传感器采集分接开关的驱动电机信号，所述电流传感器为电流钳。4.根据权利要求1所述的一种有载分接开关运行状态在线监测方法，其特征在于，所述根据所采集的驱动电机的电流信号确定换流变有载分接开关的动作时间具体为：提取驱动电机的电流信号峰值，当电流信号首次达到阈值时认为有载分接开关开始进行切换操作，当电流信号为零值后，认为有载分接开关切换动作结束。5.根据权利要求1所述的一种有载分接开关运行状态在线监测方法，其特征在于，根据振动信号的特征参量建立样本集具体为：根据采集的每个有载分解开关各个触头位置动作的振动信号所提取的特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王同磊，陆云才，蔚超，陶风波，吴益明，李建生，官为民，李栋，张知先，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，江苏省电力试验研究院有限公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32