一种断路器故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种断路器故障诊断方法，步骤包括：采集断路器的振动信号以及声音信号；利用烟花算法优化VMD分解中的参数K和参数alpha，再获取振动信号IMF分量以及声音信号的无量纲参数；将振动信号IMF分量的能量熵作为振动信号特征向量W1，将声音信号的无量纲参数作为声音信号特征向量W2；将W1以及W2作为特征向量W的子集，并将特征向量W输入到网格搜索优化的支持向量机中进行诊断识别。该断路器故障诊断方法基于振声联合分析的故障诊断算法相较于单一信号的故障诊断算法来说，有明显的优势；基于烟花算法优化的变分模态分解效果相较于未优化的变分模态分解具有更好的信号分解效果，能更加完整的对于信号的进行分解，分解结果较好。结果较好。结果较好。

【技术实现步骤摘要】
一种断路器故障诊断方法


[0001]本专利技术涉及一种电路设备故障诊断方法，尤其是一种断路器故障诊断方法。

技术介绍

[0002]高压断路器作为电力生产中的保护设备，对电气设备的正常运行有重要意义。据研究结果表明，断路器的大多数故障为机械故障，于是针对高压断路器机械故障的诊断十分重要。
[0003]当前针对高压断路器机械故障诊断的研究方法分作线圈电流、振动信号、声音信号三种，其中以基于振动信号进行故障诊断为主。基于线圈电流的断路器故障诊断类型较为单一，只能对电磁铁和辅助开关的状态诊断。振动信号主要由断路器机械部件在分合闸动作时的振动产生，具有信噪比低的优点，在断路器故障诊断时效果较好。
[0004]现阶段，存在一些以振声联合的方法对断路器故障进行诊断的研究，利用声音信号与振动信号的特征互补，实现更好的故障诊断效果。例如，基于振声联合分布的断路器故障诊断方法，分别将振动信号和声音信号进行小波包分解提取能量熵特征，将特征输入基于Libsvm的进行可信度分配，最后利用DS证据融合理论进行故障诊断。
[0005]有人提出一种变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)方法，与集合经验模态分解(Ensemble empirical Mode Decomposition，EEMD)以及局部均值分解(Local Mean Decomposition，LMD)方法相比，VMD分解方法效果好，且能分离频率相近的信号，受采样频率影响小，具有一定的去噪效果，但是不同信号特点下K和alpha参数的选择对于分解效果影响很大。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：提供一种断路器故障诊断方法，能够对于断路器传动机构卡涩、基座螺丝松动、合闸弹簧储能不足、正常状态四种状态能进行准确诊断，相较单一振动或声音信号的故障诊断精度有了明显的提升。
[0007]技术方案：本专利技术所述的断路器故障诊断方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，利用振动传感器以及声音传感器分别采集断路器的振动信号以及声音信号；
[0009]步骤2，利用烟花算法优化VMD分解中的参数K和参数alpha，再利用优化后的VMD分解对振动信号以及声音信号进行分解，获取振动信号IMF分量以及声音信号的无量纲参数；
[0010]步骤3，将振动信号IMF分量的能量熵作为振动信号特征向量W1，将声音信号的无量纲参数作为声音信号特征向量W2；
[0011]步骤4，将振动信号特征向量W1以及声音信号特征向量W2作为特征向量W的子集，并将特征向量W输入到网格搜索优化的支持向量机中进行诊断识别。
[0012]进一步的，步骤2中，利用烟花算法优化VMD分解中的参数K和参数alpha的具体步骤为：
[0013]步骤2.1，初始化设置烟花算法参数，设置烟花数目、爆炸半径、爆炸数量、变异火花数、迭代次数、参数K的范围以及参数alpha的范围，并将参数K和参数alpha构建的二维参数作为烟花算子；
[0014]步骤2.2，计算每个烟花的适应度值；
[0015]步骤2.3，计算烟花的爆炸半径以及爆炸火花数量；
[0016]步骤2.4，随机抽取部分烟花和爆炸火花进行变异计算；
[0017]步骤2.5，根据设置的参数K的范围以及参数alpha的范围，对爆炸火花以及变异火花的参数K和参数alpha进行边界处理；
[0018]步骤2.6，计算全部烟花、爆炸火花以及变异火花的适应度值；
[0019]步骤2.7，选择最大适应度值对应的二维参数作为下一次迭代的第一个烟花，下一次迭代的其它烟花通过计算其它烟花的欧氏距离进行选择；
[0020]步骤2.8，根据设置的迭代次数循环迭代步骤2.2
‑
2.7，找到最优的二维参数
[0021]进一步的，步骤2.2中，参数K和参数alpha的适应度值的计算公式为：
[0022][0023]式(1)中，参数N是同一类型信号的数量，c
j
(K,alpha)表示N个同一类型信号中第j个信号的c(K,alpha)值，b
j
(K,alpha)表示N个同一类型信号中第j个信号的b(K,alpha)值，c(K,alpha)值的计算公式为：
[0024][0025]式(2)中，x(l)和y(l)分别为长度为L的信号x和y中的第l个点的值，μ
x
和μ
y
分别为信号x和y的平均值，平均值的计算式为σ
x
和σ
y
分别为信号x和y的标准差，标准差的计算式为L为数据长度，信号x和y的表达式为L为数据长度，信号x和y的表达式为表示VMD分解后K个IMF分量的重构信号；
[0026]式(1)中，b(K,alpha)值的计算公式为：
[0027][0028]式(3)中，ω为每个IMF分量的带宽频率范围，min(Δω)为K个模态函数带宽差距的最小值，max(ω
i
)为第i个模态函数的带宽最大值，min(ω
i
)为第i个模态函数的带宽最小值，fs为信号采样频率。
[0029]进一步的，步骤2.3中，计算烟花的爆炸半径的计算公式为：
[0030][0031]式(4)中，A为常数，用于调整爆炸半径，ε为浮点相对精度，Y
min
表示种群适应度的最小值，f(n
ii
)表示参数n
ii
的适应度值，n
ii
为n个烟花中的第ii个；
[0032]计算爆炸火花数量的计算公式为：
[0033][0034]爆炸火花数量的限制公式为：
[0035][0036]式(5)和(6)中，a、b以及M均为常数，用于调整火花数量，α和β都是在0到1的正数，Y
max
表示种群适应度的最大值，round()为取整函数。
[0037]进一步的，步骤2.4中，对部分火花进行变异计算的计算公式为：
[0038]n
ii
＝n
ii
*N(0,1)
ꢀꢀ
(7)
[0039]式(7)中，N(0,1)为服从均值0、方差1的高斯分布函数。
[0040]进一步的，步骤2.5中，对烟花、爆炸火花、变异爆炸火花进行边界处理的处理公式为：
[0041]n
ii,k
＝n
LB,k
+|n
ii,k
|％(n
UB,k
‑
n
LB,k
)
ꢀꢀ
(8)
[0042]式(8)中，n
ii,k
是第i个烟花、爆炸火花或者变异爆炸火花的第k维参数，n
UB,k
和n
LB,k
分别为n
i
取值在第k维参数的上边界以及下边界，％为模运算符号。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种断路器故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用振动传感器以及声音传感器分别采集断路器的振动信号以及声音信号；步骤2，利用烟花算法优化VMD分解中的参数K和参数alpha，再利用优化后的VMD分解对振动信号以及声音信号进行分解，获取振动信号IMF分量以及声音信号的无量纲参数；步骤3，将振动信号IMF分量的能量熵作为振动信号特征向量W1，将声音信号的无量纲参数作为声音信号特征向量W2；步骤4，将振动信号特征向量W1以及声音信号特征向量W2作为特征向量W的子集，并将特征向量W输入到网格搜索优化的支持向量机中进行诊断识别。2.根据权利要求1所述的断路器故障诊断方法，其特征在于，步骤2中，利用烟花算法优化VMD分解中的参数K和参数alpha的具体步骤为：步骤2.1，初始化设置烟花算法参数，设置烟花数目、爆炸半径、爆炸数量、变异火花数、迭代次数、参数K的范围以及参数alpha的范围，并将参数K和参数alpha构建的二维参数作为烟花算子；步骤2.2，计算每个烟花的适应度值；步骤2.3，计算烟花的爆炸半径以及爆炸火花数量；步骤2.4，随机抽取部分烟花和爆炸火花进行变异计算；步骤2.5，根据设置的参数K的范围以及参数alpha的范围，对爆炸火花以及变异火花的参数K和参数alpha进行边界处理；步骤2.6，计算全部烟花、爆炸火花以及变异火花的适应度值；步骤2.7，选择最大适应度值对应的二维参数作为下一次迭代的第一个烟花，下一次迭代的其它烟花通过计算其它烟花的欧氏距离进行选择；步骤2.8，根据设置的迭代次数循环迭代步骤2.2
‑
2.7，找到最优的二维参数3.根据权利要求2所述的断路器障诊断方法，其特征在于，步骤2.2中，参数K和参数alpha的适应度值的计算公式为：式(1)中，参数N是同一类型信号的数量，c
j
(K,alpha)表示N个同一类型信号中第j个信号的c(K,alpha)值，b
j
(K,alpha)表示N个同一类型信号中第j个信号的b(K,alpha)值，c(K,alpha)值的计算公式为：式(2)中，x(l)和y(l)分别为长度为L的信号x和y中的第l个点的值，μ
x
和μ
y
分别为信号x和y的平均值，平均值的计算式为σ
x
和σ
y
分别为信号x和y的标准差，标准差的
计算式为L为数据长度，信号x和y的表达式为L为数据长度，信号x和y的表达式为表示VMD分解后K个IMF分量的重构信号；式(1)中，b(K,alpha)值的计算公式为：式(3)中，ω为每个IMF分量的带宽频率范围，min(Δω)为K个模态函数带宽差距的最小值，max(ω
i
)为第i个模态函数的带宽最大值，min(ω
i
)为第i个模态函数的带宽最小值，fs为信号采样频率。4.根据权利要求2所述的断路器故障诊断方法，其特征在于，步骤2.3中，计算烟花的爆炸半径的计算公式为：式(4)中，A为常数，用于调整爆炸半径，ε为浮点相对精度，Y
min
表示种群适应度的最小值，f(n
ii
)表示参数n
ii
的适应度值，n
ii
为n个烟花中的第ii个；计算爆炸火花数量的计算公式为：爆炸火花数量的限制公式为：式(5)和(6)中，a、b以及M均为常数，用于调整火花数量，α和β都是在0到1的正数，Y
max
表示种群适应度的最大值，round(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，陈佳豪，李栋，李天宇，董星星，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：