基于声音信号的断路器故障诊断算法及系统设计.pdf

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1、基于声音信号的断路器故障诊断算法及系统设计陈梦晓基于声音信号的断路器故障诊断算法及系统设计FaultDiagnosisAlgorithmandSystemDesignofCircuitBreakerbasedonSoundSignal陈梦晓(天津华冶工程设计有限公司，天津300270)[摘要】高压断路器是电力系统中关键的保护装置。主要依靠每年的检修进行故障检测，耗费巨大的人力物力。提出一种基于声音信号分析的断路器故障诊断算法，并将该算法实现于普通的计算机当中，将采集到的声音信号消除噪声，输入支持向量机当中，实现对断路器现有状态的识

2、别。该方案的实现减少了现阶段检修工作量，并且为进一步的在线监测系统奠定了基础。[关键词】高压断路器；声音信号；支持向量机；状态识别[中图分类号】TM561[文献标识码]A引言高压断路器是电力系统中重要的电气设备之一，数量庞大，关系着电力系统的安全稳定运行⋯。供电公司每年在断路器检修维护中投入巨大。常规的检修方法大多是靠经验进行判别。本文提出了一种基于声音信号的断路器故障诊断方案。通过使用合适的传感器、系统和算法，有效提高了断路器故障诊断的准确率，并极大地降低了在状4．3定期检查将电动执行机构列为日常巡检的一项重要内容，这样可以及时

3、发现运行中的事故隐患，将其消灭在萌芽状态。检查内容包括：电机的温升情况；转动过程是否平衡；有无异常声音；防雨设施是否完善等。态识别嘲过程中所消耗的时间．减少了投入的人力与物力。1实验方案总体设计高压断路器动触头撞击时，产生的振动信号通过断路器本体传播。该信号具有衰减小、不受外界干扰的优点。但通常采用的振动传感器在振幅较大时存在信号削顶现象．且电荷的积累会导致传感器连续高频冲击失效[31。4．4做好故障台帐的管理工作处理过的每一次故障都要详细记录，包括故障现象、故障分析及查找过程、故障原因和处理方法等。这样不仅为今后处理类似的问题提

4、供了参考，而且还能提高维护人员的业务技术水平，起到事半功倍的效果。一21—《仪器仪表与分析监测》2017年第3期触头撞击的同时会产生声音信号和振动信号。声音信号在传播过程中易受背景噪声的干扰。但声音信号采集方便，无需在断路器本体上进行钻孔固定。考虑故障诊断设备的便携性，采用声音信号进行分析。2实验系统硬件平台实验平台硬件结构如图1所示。断声音传感器高速显同工路步—■’控——-刁i器采机屏显集刀i卡图1实验平台硬件构成图2．1断路器采用ZN63—12高压真空断路器，主要性能指标如下：额定电压(kV)：12；额定短路开断电流(kA)：

5、31．5；额定短路关和电流(kV)：80；额定短时耐受电流(kV)：31．5；额定短路持续时间(s)：4。2．2声音传感器选用WM一025N子弹型防水声音传感器，主要性能指标如下：最大音压：120dBSPL：频率范围：85dB(1kHzatMa)【dBSPL)；频率响应：20Hz～20kHz；信噪比：55dB(1m40dB音源)，5dB(10m40dB音源)。该型号声音传感器的麦克风采用了BOURNS镀金电容咪头，在信号采集处理方面采用了DSP数字降噪。AGC自动增益和ALC自动电平控制，并且具有保护电路可以在雷击或者电源极性反转

6、时动作。2．3数据采集数据采集选用了USB接口的N14431采集卡，一22一与任何一台笔记本电脑相连即可进行采集工作，极大地适应了采集现场多变的环境。NI4431的性能如下：4路模拟输入通道；±10V；102．4kS／s同步采样率；单路模拟输出通道；±3．5V；96kS／s更新速率；24位分辨率，可使模拟输出(AO)和模拟输入(AI)通道获得良好的信噪比；软件可选的IEPE信号调理(0mA或2．1mA)；便携式USB供电设备。3实验算法选取硬件平台搭建后，选择合适的算法应用是本系统设计的核心。在充分考虑断路器本身及产生信号的基础上

7、，设计了如图2所示的算法实现过，狴。吉小庐音波信包支持向量去机分类N三号噪图2实验算法流程图断路器动作过程产生的信号存在较大的噪声，必须选择合适的算法将噪声从信号中剔除。小波包阈值去噪是一种十分成熟的方法。可以通过小波的分解与重构去除噪声频率段的信号，或设定阈值去除特定噪声信号。小波包消除了小波高频低分的缺点，素有信号处理“显微镜”之称，可以放大信号局部特征。它的发展经历了以下三个阶段14】：1)Fourier变换阶段对信号的分析分为时域和频域两种基本形式。在时域分析中，可以得到信号的最大值、最小值、时间间隔等信息，但是无法获得信

8、号频率相关如周期、相角等信息。频域分析法——Fourier变换出现后．通过将信号从时域转换为频域，进而揭示了信号的能量在各个频率成分中的分布情况。基于声音信号的断路器故障诊断算法及系统设计陈梦晓许多使用时域分析无法解决的复杂问题，将其通过傅立叶变换