断路器故障分析方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及电气故障检测技术领域，尤其是涉及一种断路器故障分析方法及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.高压断路器能够用于切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力。高压断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行。由于高压断路器的机械部分相对于其他电气设备而言要复杂很多，又经常需要操作，因此容易出现机械故障。一旦其出现机械故障，容易导致高压断路器拒动或误动，这会造成严重的电力系统事故，造成巨大的经济损失。因而在电网的维护中，高压断路器的检测维护是一项重要的内容。然而，电网中的高压断路器数量众多，而且检测项目繁多。对高压断路器的检测和维护包括二次回路检测、机械特性检测、接触电阻检测等多个项目，检测完成后，还需要对检测数据进行分析判断，从而确定被检测的高压断路器是否存在安全隐患，对高压断路器的状态进行评估。
3.在现有技术中，主要采用“到期检修”的人工检查的方式，在故障已经明显发生的时候才可以检测出来，这种检修方式存在临时性维修不足、维修过剩、盲目维修或因检修不当而引发检修事故等问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种断路器故障分析方法，能够方便有效地检测出断路器是否存在故障隐患。
5.第一方面，根据本发明实施例的断路器故障分析方法，包括以下步骤：采集断路器在动作过程中的振动信号或音频信号；对所述振动信号或所述音频信号进行时频转换，并计算所述振动信号或所述音频信号的频域特征数；根据所有被测的所述断路器的所述频域特征数，计算每个所述断路器的频域稳定性分数；对所述振动信号或所述音频信号进行滤波，并计算所述振动信号或所述音频信号在时域上的信息强度值；根据所有被测的所述断路器的所述信息强度值，计算每个所述断路器的时域稳定性分数；对每个所述断路器的所述频域稳定性分数和所述时域稳定性分数进行加权整合，得到每个所述断路器的总分，并根据所述总分分析相应的所述断路器是否存在故障隐患。
6.根据本发明实施例的断路器故障分析方法，至少具有如下有益效果：采用了断路器机械动作时的振动信号或音频信号作为特征元，通过比较同种设备上不同断路器之间的频域稳定性分数和时域稳定性分数的差异，从而准确挑选出其中状态有别于其他的疑似故障的断路器，进而提升了电网的安全运行水平，减轻了运维工人的工作压力。
7.根据本发明的一些实施例，所述的采集断路器在动作过程中的振动信号或音频信号，具体为：通过设置在所述断路器上的振动传感器获取所述振动信号；或者，通过设置在所述断路器上的音频传感器获取所述音频信号。
8.根据本发明的一些实施例，所述的对所述振动信号或所述音频信号进行时频转换，并计算所述振动信号或所述音频信号的频域特征数，具体为：按照预设的精度要求，对所述振动信号或所述音频信号进行分段，形成多个区间；采用快速傅里叶算法对每段信号进行时频转换，以获得每个区间的频率值，并根据所述频率值计算所述振动信号或所述音频信号的所述频域特征数。
9.根据本发明的一些实施例，所述的根据所述频率值计算所述振动信号或所述音频信号的所述频域特征数，具体为：对所有区间所获得的所述频率值取第一平均值，所述第一平均值即为所述频域特征数。
10.根据本发明的一些实施例，所述的根据所有被测的所述断路器的所述频域特征数，计算每个所述断路器的频域稳定性分数，具体为：对所有被测的所述断路器的所述频域特征数取第二平均值，每个所述频域特征数与所述第二平均值的比值，即为相应的所述断路器的频域稳定性分数。
11.根据本发明的一些实施例，所述的对所述振动信号或所述音频信号进行滤波，具体为：获取所述振动信号或所述音频信号的所有数据点的第三平均值，并计算每相邻两个数据点之间的差值，若所述差值小于第一预设值，则将靠后的数据点去除。
12.根据本发明的一些实施例，所述的计算所述振动信号或所述音频信号在时域上的信息强度值，具体为：分别计算每个保留下来的数据点与所述第三平均值的差值的绝对值，并进行求和，以获得所述振动信号或所述音频信号在时域上的所述信息强度值。
13.根据本发明的一些实施例，所述的根据所有被测的所述断路器的所述信息强度值，计算每个所述断路器的时域稳定性分数，具体为：获取所有被测的所述断路器的所述信息强度值的第四平均值，每个所述断路器的所述信息强度值与所述第四平均值的比值，即为所述断路器的时域稳定性分数。
14.根据本发明的一些实施例，所述的对每个所述断路器的所述频域稳定性分数和所述时域稳定性分数进行加权整合，得到每个所述断路器的总分，并根据所述总分分析相应的所述断路器是否存在故障隐患，具体为：对每个所述断路器的所述频率稳定性分数和所述时域稳定性分数按照2:1的比例进行加权整合，得到每个所述断路器的总分；将每个所述断路器的总分分别与第二预设值比较，若所述断路器的总分低于所述第二预设值，则所述断路器存在故障隐患。
15.第二方面，根据本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如本发明上述第一方面实施例所述的断路器故障分析方法。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1为本发明实施例的断路器故障分析方法的步骤流程图；
19.图2为本发明实施例的振动信号在滤波前后的波形示意图。
具体实施方式
20.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
23.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
24.第一方面，如图1所示，根据本发明实施例的断路器故障分析方法，包括以下步骤：
25.s100：采集断路器在动作过程中的振动信号或音频信号。
26.具体地，可以预先在断路器的顶部或者侧部设置振动传感器和/或音频传感器，振动传感器和音频传感器通过磁力吸附在断路器上。然后操作断路器合闸或者分闸，在断路器动作的过程中，振动传感器用于采集断路器的振动信号，音频传感器用于采集断路器的音频信号，并将振动信号或者音频信号上传至计算机中的处理软件(如labview等)，进行后续的处理。
27.s200：对振动信号或音频信号进行时频转换，并计算振动信号或音频信号的频域特征数。
28.具体地，当振动信号或者音频信号上传至处理软件后，处理软件按照预设的精度要求，对振动信号或音频信号进行分段，形成多个区间。例如，假设断路器的整个动作过程所花的时间是20ms，可以每隔4ms取一个分段检查点，将20ms的振动信号或音频信号分成5个区间(具体的时间间隔可以自定义设置)。然后采用快速傅里叶算法对每段信号进行时频转换，以获得每个区间的频率值，并根据频率值计算振动信号或音频信号的频域特征数。例如，假设通过采用快速傅里叶算法对每段信号进行时频转换后，共获得了5个频率值，计算这5个频率值的平均值，记为第一平均值，并将这个第一平均值作为该断路器的频域特征数。
29.s300：根据所有被测的断路器的频域特征数，计算每个断路器的频域稳定性分数。
30.具体地，在分别计算得到每个被测断路器的频域特征数后，对所有得到的频域特征数取平均值，记为第二平均值，每个断路器的频域特征数与该第二平均值的比值，即为相应的断路器的频域稳定性分数。
31.s400：对振动信号或音频信号进行滤波，并计算振动信号或音频信号在时域上的信息强度值。
32.具体地，如图2所示，图2中的上下两个图分别为振动信号在滤波前后的波形示意
图。由于断路器在动作过程中，产生的振动信号为一系列突变信号，所以需要先对振动信号进行滤波，将波动较小的部分以直线代替，从而去除噪音干扰。为此，需要先计算所有数据点的幅值的平均值，记为第三平均值，然后分别计算每相邻两个数据点的幅值的差，若两个数据点之间的差值小于第三平均值的1％(即小于第一预设值，第一预设值的具体取值可以自定义)，则将两个数据点统一用靠前的一个数据点的数值替代，而将靠后的一个数据点去除。然后将所有被保留数值的数据点分别与第三平均值作差，并将所有的差值的绝对值的和作为该断路器在时域上的信息强度值。
33.s500：根据所有被测的断路器的信息强度值，计算每个断路器的时域稳定性分数。
34.具体地，在分别获得每个断路器的信息强度值后，对所有的信息强度值取平均值，记为第四平均值。每个断路器的信息强度值与第四平均值的比值，即为该断路器的时域稳定性分数。
35.s600：对每个断路器的频域稳定性分数和时域稳定性分数进行加权整合，得到每个断路器的总分，并根据该总分分析相应的断路器是否存在故障隐患。
36.具体地，可以将每个断路器的频率稳定性分数和时域稳定性分数按照2:1的比例进行加权整合(具体的比例可以自定义设置)，得到每个断路器的总分；然后将每个断路器的总分分别与第二预设值比较，若断路器的总分低于第二预设值，则表明该断路器存在故障隐患。其中，可以通过正式实验前的预先实验，确定整组同型号断路器正常工作时的总分，再依据该分数合理设置第二预设值，因为不同批次的断路器在性能上可能存在一定的差异。
37.由此可见，根据本发明实施例的断路器故障分析方法，采用了断路器机械动作时的振动信号和音频信号作为特征元，通过比较同种设备上不同断路器之间的频域稳定性分数和时域稳定性分数的差异，从而准确挑选出其中状态有别于其他的疑似故障的断路器，进而提升了电网的安全运行水平，减轻了运维工人的工作压力。
38.应当认识到，本发明实施例中的上述方法的步骤可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
39.此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
40.进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此
外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
41.计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。