一种有载分接开关的状态检测方法、装置及终端设备与流程

1.本发明属于变压器技术领域，尤其涉及一种有载分接开关的状态检测方法、装置及终端设备。


背景技术：

2.电力调压变压器是电网中的重要器件，在电力调压变压器中，有载分接开关(on
‑
load tap
‑
change，oltc)是一种具有改变变压器绕组分接连接位置的灵活的调压装置。有载分接开关能够在保证不中断负载电流的情况下实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，实现调压的目的。
3.有载分接开关承载的大电流开关闭合的工作十分频繁，出现故障是难以避免的，这些故障会严重影响电力系统的稳定性与安全性。另一方面，有载分接开关作为电力调压变压器中唯一的工作机构，具有复杂的机械结构和电气特性，且此类有载分接开关通常置于变压器箱体内，浸泡在绝缘油中，难以进行检测。传统的针对有载分接开关的监测方法通常是基于振动信号和声音信号的时频域分析方法，此类方法无需对变压器进行停电检测，且监测信号的传感器也无需与变压器设置直接的电联系，不会干扰变压器系统的正常工作。然而传统的方法获取的振动信号具有丰富的频率和负载的幅值差异，难以全面提取监测信号的特性，状态检测的准确性较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了一种有载分接开关的状态检测方法、装置及终端设备，能够提高有载分接开关状态检测的准确性。
5.本发明实施例的第一方面提供了一种有载分接开关的状态检测方法，其特征在于，包括：
6.分别获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一功率谱密度函数矩阵，和所述目标有载分接开关在第二次触头碰撞时的第二功率谱密度函数矩阵；
7.分别对所述第一功率谱密度函数矩阵和所述第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数；
8.根据所述第一振动频率响应函数和所述第二振动频率响应函数计算频率平均偏移程度；根据所述第一振动频率响应函数和所述第二振动频率响应函数计算相关系数；
9.根据所述频率平均偏移程度和所述相关系数，确定所述目标有载分接开关的状态检测结果。
10.本发明实施例的第二方面提供了一种有载分接开关的状态检测装置，其特征在于，包括：
11.功率谱密度函数矩阵获取模块，用于分别获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一功率谱密度函数矩阵和所述目标有载分接开关在第二次触头碰撞时的第二功率谱密度函数矩阵；
12.振动频率响应函数计算模块，用于分别对所述第一功率谱密度函数矩阵和所述第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数；
13.频率平均偏移程度计算模块，用于根据所述第一振动频率响应函数和所述第二振动频率响应函数计算频率平均偏移程度；
14.相关系数计算模块，用于根据所述第一振动频率响应函数和所述第二振动频率响应函数计算相关系数；
15.状态检测结果确定模块，用于根据所述频率平均偏移程度和所述相关系数，确定所述目标有载分接开关的状态检测结果。
16.本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
17.本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
18.本发明实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
19.本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供了一种有载分接开关的状态检测方法，包括分别获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一功率谱密度函数矩阵和在第二次触头碰撞时的第二功率谱密度函数矩阵。分别对第一、第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数。根据第一、第二振动频率响应函数计算频率平均偏移程度和相关系数；根据频率平均偏移程度和相关系数，确定目标有载分接开关的状态检测结果。本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测方法操作简便，且能综合平均偏移程度和相关系数得到状态检测结果，状态检测的准确度高。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测方法的实现流程示意图；
22.图2是本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测装置的结构示意图；
23.图3是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
24.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
25.为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
26.有载分接开关的故障可以分为机械故障和电气故障，其中机械故障的占比可以达到百分之八十以上，且电气故障通常也是由机械故障演化而来，因此对有载分接开关的机械状态检测具有重大的意义。有载分接开关的电压调节通过触头碰撞来实现，即一个动触头对定触头进行冲击，这一过程中利用分接开关顶盖上的振动加速度传感器采集分接开关动作过程中的振动信号，对振动信号求取响应函数，将响应函数与不同档位分接开关切换过程中的状态指示函数进行对比，得到分接开关状态的诊断结果。
27.参见图1，图1示出了本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测方法的实现流程示意图。参见图1，在本实施例中，分接开关的装置检测方法可以包括步骤s101至s105。
28.s101：分别获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一功率谱密度函数矩阵，和目标有载分接开关在第二次触头碰撞时的第二功率谱密度函数矩阵。
29.在本实施例中，一次状态检测过程可以包括第一次触头碰撞和第二次触头碰撞，两次碰撞均是目标有载分接开关工作过程中的触头碰撞。通过直接获取目标有载分接开关工作过程中的监测数据，可以有效简化状态检测的步骤。
30.在一些实施例中，s101中获取第一功率谱密度函数矩阵可以包括：
31.通过多个振动加速度传感器获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一响应信号，基于第一响应信号构建第一功率谱密度函数矩阵。
32.获取第二功率谱密度函数矩阵的方式与获取第一功率谱密度函数矩阵的方式相同。
33.在一些实施例中，s101中，获取第二功率谱密度函数矩阵可以包括：
34.通过多个振动加速度传感器获取目标有载分接开关在第二次触头碰撞时的第二响应信号，基于第二响应信号构建第二功率谱密度函数矩阵。
35.在一个具体的示例中，获取第一响应信号的具体方法为：将第一次触头碰撞时目标分接开关的动触头对定触头的冲击作为宽频激励，利用布置在目标有载分接开挂顶盖上的多个振动加速度传感器获取冲击动作产生的第一振动信号，将第一振动信号作为目标有载分接开关触头碰撞时的第一响应信号。
36.获取第二响应信号的具体方法与获取第一响应信号的具体方法相同，即将第二次触头碰撞时目标分接开关的动触头对定触头的冲击作为宽频激励，利用多个振动加速度传感器获取冲击动作产生的第二振动信号，将第二振动信号作为目标有载分接开关触头碰撞时的第二响应信号。
37.在一些实施例中，第一功率谱密度函数矩阵可以为：
[0038][0039]
其中，g
xx
为第一功率谱密度函数矩阵，g
x11
为第一次触头碰撞时1号传感器采集到的振动信号的自功率谱密度函数，g
xnn
为第一次触头碰撞时n号传感器采集到的振动信号的自功率谱密度函数，g
x1n
为第一次触头碰撞时1号传感器和n号传感器采集到的振动信号的互功率谱密度函数，g
xn1
为第一次触头碰撞时n号传感器和1号传感器采集到的振动信号的互功率谱密度函数。
[0040]
第二功率谱密度函数矩阵与第一功率谱密度函数矩阵的结构相同。
[0041]
在一些实施例中，第二功率谱密度函数矩阵可以为：
[0042][0043]
其中，g
yy
为第二功率谱密度函数矩阵，g
y11
为第二次触头碰撞时1号传感器采集到的振动信号的自功率谱密度函数，g
ynn
为第二次触头碰撞时n号传感器采集到的振动信号的自功率谱密度函数，g
y1n
为第二次触头碰撞时1号传感器和n号传感器采集到的振动信号的互功率谱密度函数，g
yn1
为第二次触头碰撞时n号传感器和1号传感器采集到的振动信号的互功率谱密度函数。
[0044]
s102：分别对第一功率谱密度函数矩阵和第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数。
[0045]
在一些实施例，s102可以包括：
[0046]
基于奇异值分解公式对第一功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一奇异值。将第一奇异值作为第一振动频率响应函数。
[0047]
基于奇异值分解公式对第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第二奇异值。将第二奇异值作为第二振动频率响应函数。
[0048]
在一些实施例中，奇异值分解公式可以为：
[0049][0050]
其中，g
xx
为第一功率谱密度函数矩阵，u为n
×
n阶酉矩阵，s为半正定n
×
n阶对角矩阵，u
h
为u的共轭转置矩阵，s
n
为第一振动频率响应函数。
[0051]
应用奇异值分解公式计算第二振动频率响应函数的过程与计算第一振动频率响应函数的过程相同。
[0052]
s103：根据第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数计算频率平均偏移程度。
[0053]
在一些实施例中，s103包括：
[0054]
根据第一振动频率响应函数计算目标有载分接开关的第一固有频率。
[0055]
根据第二振动频率响应函数计算目标有载分接开关的第二固有频率。
[0056]
根据第一固有频率和第二固有频率计算频率平均偏移程度。
[0057]
在一些实施例中，根据第一振动频率响应函数计算目标有载分接开关的第一固有频率，包括：获取第一振动频率响应函数中超出预设阈值的各个谐振峰值对应的频率，将以上频率记为目标有载分接开关的第一固有频率。
[0058]
计算第二固有频率的过程与计算第一固有频率的过程相同。
[0059]
对于同一个目标有载分接开关而言，在多次触头碰撞时，获取到的固有频率数量应当相同。若第一固有频率和第二固有频率中包含的固有频率数量不同，则判定目标有载分接开关存在故障，需要进行检修。
[0060]
在一些实施例中，预设阈值可以为超过背景噪声60db的阈值。
[0061]
在一些实施例中，频率平均偏移程度计算公式可以为：
[0062][0063]
其中，δω为频率平均偏移程度，m为固有频率的数量，ω
xm
为第一固有频率中的第m个频率值，ω
ym
为第二固有频率中的第m个频率值。
[0064]
s104：计算振动频率响应函数的相关系数。
[0065]
在一些实施例中，s104包括：根据第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数计算相关系数。
[0066]
相关系数计算公式包括：
[0067][0068]
其中，r
xy
为相关系数，d
x
和为第一振动频率响应函数的标准方差，d
y
为第二振动频率响应函数的标准方差，c
xy
为第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数的协方差。
[0069]
s105：根据频率平均偏移程度和相关系数，确定目标有载分接开关的状态检测结果。
[0070]
其中，目标有载分接开关的检测结果可以包括：目标有载分接开关存在故障和目标有载分接开关不存在故障。
[0071]
在一些实施例中，s105包括：根据平均偏移程度计算第一评价参数。根据相关系数计算第二评价参数。根据第一评价参数和第二评价参数确定目标有载分接开关的状态检测结果。
[0072]
表1示出了平均偏移程度和第一评价参数的对应关系。在一个具体的示例中，基于表1确定平均偏移程度对应的第一评价参数。
[0073]
表1
[0074][0075]
表2示出相关系数和第二评价参数的对应关系。在一个具体的示例中，基于表2确定相关系数对应的第二评价参数。
[0076]
表2
[0077][0078]
在一个具体的示例中，将第一评价参数和第二评价参数求和，得到第三评价参数，基于第三评价参数的值确定目标有载分接开关的状态检测结果。
[0079]
表3示出了第三评价参数与状态检测结果的对应关系。
[0080]
表3
[0081][0082]
在一个具体的示例中，若第三评价参数小于第一阈值，则目标有载分接开关的检测结果为存在故障需要检修；若第三评价参数大于或等于第一阈值，则目标有载分接开关的检测结果为不存在故障。
[0083]
例如，第三评价参数大于或等于第一阈值且小于第二阈值(第二阈值大于第一阈值)，则目标有载分接开关状态一般；第三评价参数大于或等于第二阈值，则目标有载分接开关状态良好。其中，对于状态一般的有载分接开关，可能会在不久之后出现故障，因此可以进行针对性的检测。
[0084]
本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测方法能够通过功率谱密度函数矩阵和奇异值分别获得目标有载分接开关的振动频率响应函数，根据振动频率响应函数计算频率偏移程度和相关系数，从而实现对目标有载分接开关的综合诊断。本发明实施例提供的方法使用有载分接开关变档时自身触头碰撞引发的振动充当宽频激励，能够根据振动响应信号好的频率响应函数，操作简便，准确度高。
[0085]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0086]
图2示出了本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测装置的结构示意图。参见图2，在一些实施例中，有载分接开关的状态检测装置10可以包括功率谱密度函数矩阵获取模块110、振动频率响应函数计算模块120、频率平均偏移程度计算模块130、相关系数计算模块140以及状态检测结果确定模块150。
[0087]
功率谱密度函数矩阵获取模块110用于分别获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一功率谱密度函数矩阵，和目标有载分接开关在第二次触头碰撞时的第二功率谱密度函数矩阵。
[0088]
振动频率响应函数计算模块120用于分别对第一功率谱密度函数矩阵和第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数。
[0089]
频率平均偏移程度计算模块130用于根据第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数计算频率平均偏移程度。
[0090]
相关系数计算模块140用于根据第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数计算相关系数。
[0091]
状态检测结果确定模块150用于根据频率平均偏移程度和相关系数，确定目标有载分接开关的状态检测结果。
[0092]
本发明实施例提供的有载分接开关的状态检测装置能够使用有载分接开关变档
时自身触头碰撞引发的振动充当宽频激励，能够根据振动响应信号好的频率响应函数，操作简便，准确度高。
[0093]
在一些实施例中，功率谱密度函数矩阵获取模块110具体用于：
[0094]
通过多个振动加速度传感器获取目标有载分接开关在第一次触头碰撞时的第一响应信号，基于第一响应信号构建第一功率谱密度函数矩阵。
[0095]
在一些实施例中，第一功率谱密度函数矩阵包括：
[0096][0097]
其中，g
xx
为第一功率谱密度函数矩阵，g
x11
为第一次触头碰撞时1号传感器采集到的振动信号的自功率谱密度函数，g
xnn
为第一次触头碰撞时n号传感器采集到的振动信号的自功率谱密度函数，g
x1n
为第一次触头碰撞时1号传感器和n号传感器采集到的振动信号的互功率谱密度函数，g
xn1
为第一次触头碰撞时n号传感器和1号传感器采集到的振动信号的互功率谱密度函数。
[0098]
在一些实施例中，振动频率响应函数计算模块120具体用于：
[0099]
基于奇异值分解公式对第一功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第一奇异值。
[0100]
将第一奇异值作为第一振动频率响应函数。
[0101]
基于奇异值分解公式对第二功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解处理，得到第二奇异值。
[0102]
将第二奇异值作为第二振动频率响应函数。
[0103]
在一些实施例中，频率平均偏移程度计算模块130具体用于：
[0104]
根据第一振动频率响应函数计算目标有载分接开关的第一固有频率。
[0105]
根据第二振动频率响应函数计算目标有载分接开关的第二固有频率。
[0106]
根据第一固有频率和第二固有频率计算频率平均偏移程度。
[0107]
在一些实施例中，相关系数计算模块140具体用于：根据相关系数计算公式计算频率响应函数的相关系数。
[0108]
相关系数计算公式包括：
[0109][0110]
其中，r
xy
为相关系数，d
x
为第一振动频率响应函数的标准方差，d
y
为第二振动频率响应函数的标准方差，c
xy
为第一振动频率响应函数和第二振动频率响应函数的协方差。
[0111]
在一些实施例中，状态检测结果确定模块150具体用于：根据频率平均偏移程度计算第一评价参数。根据相关系数计算第二评价参数。根据第一评价参数和第二评价参数确定目标有载分接开关的状态检测结果。
[0112]
图3是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图3所示，该实施例的终端设备30包括：处理器300、存储器310以及存储在所述存储器310中并可在所述处理器300上运行的计算机程序320，例如有载分接开关的状态检测程序。所述处理器30执行所述计算机程序320时实现上述各个有载分接开关的状态检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤
s101至s105。或者，所述处理器300执行所述计算机程序320时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块110至150的功能。
[0113]
示例性的，所述计算机程序320可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器310中，并由所述处理器300执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序320在所述终端设备30中的执行过程。例如，所述计算机程序320可以被分割成功率谱密度函数矩阵获取模块、振动频率响应函数计算模块、频率平均偏移程度计算模块、相关系数计算模块以及状态检测结果确定模块。
[0114]
所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器310。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0115]
所称处理器300可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field
‑
programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0116]
所述存储器310可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器310也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器310还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器310用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器310还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0117]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0118]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0119]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员
可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0120]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0121]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0122]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0123]
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0124]
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。