一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，涉及有载分接传动机构检测技术领域，通过对有载分接开关进行多次档位切换，采集有载分接开关切换过程中传动机构的振动信号；根据振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵；计算振动信号特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量；基于特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量计算统计量的元素加权均值及相应的控制限；根据统计量的元素加权均值及相应的控制限对传动机构的机械状态进行判别。本发明专利技术方法通过对有载分接开关切换过程中传动机构的振动信号进行实时监测和计算分析，能够实现有载分接开关传动机构机械状态的高效、准确判断。准确判断。准确判断。

A monitoring method of on load tap changer transmission mechanism based on sparse filtering

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法


[0001]本专利技术属于有载分接传动机构检测
，尤其涉及一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法。

技术介绍

[0002]有载分接开关是有载调压变压器的唯一可动部件，主要由选择开关、切换开关、由电动机构驱动的传动机构等部分组成，可在带负载条件下改变电压变比，实现在不断电情况下对电力系统电压的调节，实现补偿电压波动、调节功率、提高系统性能及改善电能质量等的重要功能。
[0003]但是，随着有载分接开关使用年限的增加及调压次数的增多，其故障率也随之增加。有载分接开关的故障主要包括电气故障和机械故障，其中机械故障为主要故障类型，约占有载分接开关总故障的90％以上。此外，多台故障有载分接开关的故障反演结果表明，机械故障亦是有载分接开关部分电气故障的主要诱因。作为有载分接开关的重要组成部分，传动机构主要水平和垂直传动轴、伞形齿轮盒、固定装置等，其工作可靠性对于确保有载分接开关调压功能的实现极为重要。随着有载分接开关调压次数及运行年限的增长，有载分接开关的传动机构不可避免地会出现松动、卡涩、磨损等机械隐患，有必要及时有效地监测和分析有载分接开关传动机构机械状态的变化，识别其早期或潜在机械故障隐患，进而采取有效的运维措施就显得十分重要，这是保障有载分接开关及变压器安全运行的重要手段。
[0004]在有载分接开关的档位切换过程中，传动机构等机构部件之间的碰撞或摩擦等均会引起机械振动，这些机械振动经有载分接开关结构件传递至其头盖处或变压器油箱壁上，形成机械振动信号。显然，这些机械振动信号中包含了丰富的有载分接开关机械状态信息，因此，基于振动分析法的有载分接开关机械状态监测方法引起了国内外研究人员的日益关注。该方法的最大优点是可以通过放置在有载分接开关头盖处或变压器油箱上的振动传感器来获取其档位切换过程中的振动信号，只要有载分接开关切换过程中的机械特性发生变化，都可以从振动信号中得到反映，从而大大提高了有载分接开关机械状态检测的灵敏度。此外，将振动传感器置于变压器箱壁上的振动检测手段安全便捷，便于实现在线监测，提高载分接开关的运行可靠性。
[0005]然而，变压器有载分接开关的机械结构较为复杂，且其传动机构部件之间的碰撞或摩擦等产生的机械振动信号呈现强时变和非平稳性特征，如何获取用于有载分接开关传动机构机械状态监测的振动信号的评判指标一直是研究难点。因此，需要一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，从而克服了现有获取用于有载分接开关传动机构机械状态监测的振动信号判断不准确的缺
点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，包括以下步骤：
[0008]对有载分接开关进行多次档位切换，采集所述有载分接开关切换过程中传动机构的振动信号；
[0009]根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵；
[0010]计算所述振动信号特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量；
[0011]基于所述特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量计算统计量的元素加权均值及相应的控制限；
[0012]根据所述统计量的元素加权均值及相应的控制限对传动机构的机械状态进行判别，从而实现对有载分接开关传动机构监测。
[0013]优选地，在根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵之前，对振动信号进行分割。
[0014]优选地，所述分割为根据有载分接开关传动轴的转动周期对各次切换过程中的振动信号进行分割。
[0015]优选地，根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵，具体包括：
[0016]确定稀疏滤波网络的网络结构与参数；
[0017]对分割后的各段振动信号进行归一化，然后构建稀疏滤波样本集；
[0018]随机初始化权值矩阵和误差精度，结合所述稀疏滤波样本集构建稀疏滤波网络的目标函数；
[0019]求解稀疏滤波网络的目标函数，得到所需要的权值矩阵；
[0020]结合所述权值矩阵计算有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵。
[0021]优选地，所述的稀疏滤波网络包括输入层和输出层，所述输入层通过权值矩阵连接到输出层。
[0022]优选地，基于有限内存拟牛顿法迭代求解稀疏滤波网络的目标函数，当满足误差精度时停止迭代，得到所需要的权值矩阵。
[0023]优选地，计算所述振动信号特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量，具体包括：
[0024]对所述振动信号特征分布矩阵进行奇异值分解，得到振动信号特征分布矩阵的奇异值和对应的特征向量；
[0025]计算矩阵特征值的累计贡献率；
[0026]当其中第k个特征值的累计贡献率大于阈值时，选取第k个特征值前k个特征值对应的特征向量作为特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量。
[0027]优选地，根据所述统计量的元素加权均值及相应的控制限对传动机构的机械状态进行判别，从而实现对有载分接开关传动机构监测，具体包括：
[0028]当个元素加权均值高于相应的控制限时，判定有载分接开关传动机构机械状态发生变化，此时需要及时进行检修处理；反之有载分接开关传动机构机械状态未发生变化。
[0029]与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0030]1、本专利技术所提供的基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，通过对有载分接开关进行多次档位切换，采集有载分接开关切换过程中传动机构的振动信号；根据振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵；计算振动信号特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量；基于特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量计算统计量的元素加权均值及相应的控制限；根据统计量的元素加权均值及相应的控制限对传动机构的机械状态进行判别，从而实现对有载分接开关传动机构监测。本专利技术方法通过对有载分接开关切换过程中传动机构的振动信号进行实时监测和计算分析，能够实现有载分接开关传动机构机械状态的高效、准确判断。
[0031]2、在根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵之前，对有载分接开关档位切换过程中传动机构多组振动信号进行分割处理，在最大限度地保留有载分接开关传动机构振动信号主要特征信息的同时，有效解决训练样本不足时的传动机构振动信号特征提取问题。
[0032]3、采用稀疏滤波网络获取传动机构振动信号特征分布矩阵的方法，可准确提取传动机构振动信号中蕴含的复杂特征参量，且具有较好的泛化性能。
[0033]4、通过计算所述振动信号特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量，对有载分接开关传动机构振动信号进行了主元特征提取，简便计算的同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，其特征在于，包括以下步骤：对有载分接开关进行多次档位切换，采集所述有载分接开关切换过程中传动机构的振动信号；根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵；计算所述振动信号特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量；基于所述特征分布矩阵的主成分分量特征值和特征向量计算统计量的元素加权均值及相应的控制限；根据所述统计量的元素加权均值及相应的控制限对传动机构的机械状态进行判别，从而实现对有载分接开关传动机构监测。2.根据权利要求1所述的基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，其特征在于，在根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵之前，对振动信号进行分割。3.根据权利要求2所述的基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，其特征在于，所述分割为根据有载分接开关传动轴的转动周期对各次切换过程中的振动信号进行分割。4.根据权利要求1所述的基于稀疏滤波的有载分接开关传动机构监测方法，其特征在于，根据所述振动信号计算基于稀疏滤波网络的有载分接开关传动机构的振动信号特征分布矩阵，具体包括：确定稀疏滤波网络的网络结构与参数；对分割后的各段振动信号进行归一化，然后构建稀疏滤波样本集；随机初始化权值矩阵和误差精度，结合所述稀疏滤波样本集构建稀疏滤波网络的目标函数；求解稀疏滤波网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梁远，余长厅，马源，黎大健，张磊，赵坚，
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：