一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统，通过从外部获取真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号，对获取的电磁波信号进行小波分解，将小波分解后的电磁波信号进行系数阈值处理后再通过小波包重构得到去噪信号，然后将去噪信号进行S变换得到时频谱，再对时间轴积分得到信号边际谱，基于边际谱提取信号的频域特征量，提取脉冲信号幅值均值和脉冲次数作为时域特征量，采用预训练模型进行真空度预测，提高了对原始信号信息的利用效率，并且基于频域特征量和时域特征量能够提高预测灭弧室内真空度的精度，误差较小，不需要对真空灭弧室进行插接，可实现在线工作监测，避免了与灭弧室的直接接触，也不用内置传感器，不用改变灭弧室结构，简单快捷，提高了监测安全性。提高了监测安全性。提高了监测安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统


[0001]本专利技术属于高压真空断路器电气故障检测
，具体涉及一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统。

技术介绍

[0002]真空断路器体积小、开断性能好、运行寿命可达30年，而且没有爆炸和火灾危险，对环境友好，维修工作量小，因此发展迅速，生产量不断上升。目前我国已经是生产大国。随着技术愈发进步成熟，12kV及40.5kV电压等级中真空断路器有逐渐取代SF6断路器的趋势。未来的发展趋势是大容量、高电压等级的真空断路器。近年来社会发展，人们经济水平进一步提高，对电力系统的可靠性和稳定性提出了更高的要求。虽然真空断路器故障率较小，但是一旦发生故障将造成严重的经济损失。因此对真空断路器进行状态监测，及时发现缺陷和故障，是人们研究的热点和难点。
[0003]真空灭弧室一经制造完成即处于密封状态，很难对里面的真空度进行监测，目前主要采用离线式检测方法和在线式检测方法两大类。定期对运行中的真空断路器进行巡检或者将断路器停止运行进行检测，称为离线式检测，主要包括工频耐压法、脉冲磁控放电法和脉冲电流检测法等。离线式检测方法已经比较成熟，检测精度较高，且市面上有成型产品，但是一般要求断路器所在线路停止运行，甚至将灭弧室拆卸下来，这与电力系统日益提高的可靠性和经济性相矛盾，而且所需检测装置体积大，操作复杂。因此在线式检测方法是未来的发展趋势。在线式检测是指实现真空度的检测而不影响真空断路器的正常运行，主要有电磁波法、耦合电容法以及电光变换法等。但现有在线式监测技术还不够成熟，适用性较差。由于真空度降低时，灭弧室内触头与屏蔽罩之间会发生局部放电，但是目前利用该原理对灭弧室真空度进行检测的分析方法中，也更多的利用放电量与相位、放电次数与相位的关系，这需要做大量的统计，耗时久、分析时间长，极为不便，而且也只能做到定性的分析，没有建立跟真空度量化的对应关系。因此人们需要能够更有效地利用局部放电相关信号、快速准确的判断出灭弧室内真空度大小。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种真空灭弧室内真空度监测方法及系统，以克服现有技术的不足。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种真空灭弧室内真空度监测方法，包括以下步骤：
[0007]S1，获取真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号，然后对获取的电磁波信号进行小波分解，将小波分解后的电磁波信号进行系数阈值处理后再通过小波包重构得到去噪信号；
[0008]S2，对去噪信号进行S变换得到时频谱，对时频谱沿着时间轴积分获得边际谱，通过边际谱提取信号的频域特征量和时域特征量，然后对频域特征量和时域特征量进行特征
降维和特征筛选得到最终的特征量；
[0009]S3，利用预训练模型对最终的特征量进行预测得到相应的真空度值，预训练模型采用从已知真空度的真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号中提取的特征量训练得到。
[0010]进一步的，将环形天线间隔设置于真空灭弧室外周，并以环形平面正对真空灭弧室，获取真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号。
[0011]进一步的，环形天线与真空灭弧室之间距离为0.5～1.5m，环形天线连接数据采集系统，数据采集系统采样速率是500kHz。
[0012]进一步的，采用db4小波基函数对获取的电磁波信号进行3层小波包分解；小波包降噪选用固定阈值，其阈值表达式为：
[0013][0014]其中，σ为噪声均方差，N为信号的尺寸或长度。
[0015]进一步的，对去噪信号进行S变换得到时频谱，S变换的公式为：
[0016][0017]其中，h(t)为输入信号；ω(τ
‑
t,f)为高斯窗函数，τ为位移因子，控制高斯窗在时轴上位置，高斯窗函数表达式为：
[0018][0019]进一步的，频域特征量包括信号频谱均值、方差和带宽。
[0020]进一步的，时域特征量包括10个周期的正、负半周期内的脉冲次数和脉冲幅值均值。
[0021]进一步的，设得到电磁波信号特征量为H
k
＝(h
1k
,h
2k
,
…
,h
nk
)
T
，则H
k
的协方差矩阵为
[0022][0023]其中k为样本数目，n为特征向量维度，为各样本特征向量均值。
[0024]进一步的，求解协方差矩阵的全部特征值λ
i
和特征向量v
i
，然后将特征值从大到小进行排列：λ1＞λ2＞
…
＞λ
m
＞
…
，选取特征值大于λ
m
的特征向量构成主向量，样本H
i
投影到特征向量v
i
，得该方向上的主分量则前m个主分量的累计方差贡献率为取累计方差贡献率H(m)＞95％。
[0025]一种真空灭弧室内真空度监测系统，包括预测模块和数据处理模块；
[0026]预测模块用于存储根据已知真空度的真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号中提取的特征量训练得到的预测模型，数据处理模块用于将真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号，然后对获取的电磁波信号进行小波分解，将小波分解后的电磁波信号进行系数阈值处理后再通过小波包重构得到去噪信号；对去噪信号进行S变换得到时频谱，对时频谱沿着时间轴积分获得边际谱，通过边际谱提取信号的频域特征量和时域特征量，然后对频域
特征量和时域特征量进行特征降维和特征筛选得到最终的特征量，并将最终的特征量输入至预测模块，预测得到该特征量所对应的真空度值。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0028]本专利技术一种真空灭弧室内真空度监测方法，通过从外部获取真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号，然后对获取的电磁波信号进行小波分解，将小波分解后的电磁波信号进行系数阈值处理后再通过小波包重构得到去噪信号，再对时间轴积分得到信号边际谱，基于边际谱提取信号频谱均值、方差和带宽作为频域特征量，提取脉冲信号幅值均值和脉冲次数作为时域特征量，采用预训练模型进行真空度预测，提高了对原始信号信息的利用效率，并且基于频域特征量和时域特征量能够提高预测灭弧室内真空度的精度，误差较小，不需要对真空灭弧室进行插接，可实现在线工作监测，避免了与灭弧室的直接接触，也不用内置传感器，不用改变灭弧室结构，简单快捷，提高了监测安全性。
[0029]进一步的，通过S变换后得到信号边际谱，基于边际谱提取的信号频域特征结合能够直接表征放电特征的时域特征向量，无需统计放电量与相位、放电次数与相位之间的关系，在很好地表征原始信号的同时，又大大简化了特征量提取过程，显著提高了特征量的有效性。
[0030]进一步的，对频域特征量和时域特征量进行特征降维和特征筛选得到最终的特征量，本申请采用主成分分析解决了因样本特征信息存在噪声和冗余而引起的SVM识别准确率下降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号，然后对获取的电磁波信号进行小波分解，将小波分解后的电磁波信号进行系数阈值处理后再通过小波包重构得到去噪信号；S2，对去噪信号进行S变换得到时频谱，对时频谱沿着时间轴积分获得边际谱，通过边际谱提取信号的频域特征量和时域特征量，然后对频域特征量和时域特征量进行特征降维和特征筛选得到最终的特征量；S3，利用预训练模型对最终的特征量进行预测得到相应的真空度值，预训练模型采用从已知真空度的真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号中提取的特征量训练得到。2.根据权利要求1所述的一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，将环形天线间隔设置于真空灭弧室外周，并以环形平面正对真空灭弧室，获取真空灭弧室在工作状态下的电磁波信号。3.根据权利要求2所述的一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，环形天线与真空灭弧室之间距离为0.5～1.5m，环形天线连接数据采集系统，数据采集系统采样速率是500kHz。4.根据权利要求1所述的一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，采用db4小波基函数对获取的电磁波信号进行3层小波包分解；小波包降噪选用固定阈值，其阈值表达式为：其中，σ为噪声均方差，N为信号的尺寸或长度。5.根据权利要求1所述的一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，对去噪信号进行S变换得到时频谱，S变换的公式为：其中，h(t)为输入信号；ω(τ
‑
t,f)为高斯窗函数，τ为位移因子，控制高斯窗在时轴上位置，高斯窗函数表达式为：6.根据权利要求1所述的一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，频域特征量包括信号频谱均值、方差和带宽。7.根据权利要求1所述的一种真空灭弧室内真空度监测方法，其特征在于，时域特征量包括10个周期的正、负半周期内的脉冲次数和脉冲幅...

【专利技术属性】
技术研发人员：马强平，陈立，韦云清，李兴文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：