一种基于多特征量的GIS隔离开关故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于多特征量的GIS隔离开关故障诊断方法，该方法需要采集GIS隔离开关电机电流、主轴转角与图像信息，需要进行两次诊断：一次诊断与GIS隔离开关动作同时进行，通过检测电机电流与主轴转角的信号判断隔离开关分合闸期间是否出现拒分/拒合导致电机烧毁；二次诊断在GIS隔离开关分合闸完成以后进行，通过对采集的电流、转角与图像信号进行处理、分析、对比，判断隔离开关是否有卡涩、紧固件松动、分合闸不到位等故障，并对故障区域进行识别。通过两次诊断，能够有效提高隔离开关故障诊断的可靠性，确保故障能够及时发现检修，保证GIS设备的运行安全。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统故障监测技术领域，尤其涉及一种基于多特征量的GIS隔离开关故障诊断方法。

背景技术

GIS设备因其占地面积少、性能稳定等优点，在电力系统内被大量运用。由于GIS设备是密封型设备，与传统的敞开式设备相比，直观性不强，无法直接观察隔离开关触头接触情况，一旦发生触头分合闸不到位，则会引起设备事故，造成经济损失，甚至危害人身安全。且GIS设备发生事故时，处理难度较大，恢复供电慢，事故处理费用高，为GIS设备使用带来隐患。近期多起500千伏变电站内GIS由于传动部件问题发生多起放电故障。因此，在操作过程中准确判断GIS隔离开关分合闸是否正常运行是十分重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实的继电保护仿真方法，能够在不占用大量场地的情况下进行继电保护的模拟操作。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，提供了一种基于多特征量的GIS隔离开关故障诊断方法，包括：

GIS隔离开关动作时，采集隔离开关电机电流、主轴转角图像信号；

在隔离开关分合闸动作期间信号采集的同时通过电机电流与主轴转角信图像信号进行一次诊断，若检测到拒分/拒合的故障诊断，则提示检修，不再进行后续诊断操作；

在隔离开关分合闸动作完成以后根据所采集的信号进行数据处理以提取关键特征量；

根据提取的特征量进行二次诊断，即隔离开关卡涩、紧固件松动、分合闸不到位故障诊断，并识别故障区域。

进一步的，所述一次诊断，诊断在隔离开关分合闸动作期间进行，参与诊断的信号包括：主轴转角、电机电流幅值，所诊断的故障类型为隔离开关拒分/拒合导致电机烧毁。

进一步的，所述一次诊断，诊断在隔离开关分合闸动作期间进行，参与诊断的信号包括：主轴转角、电机电流幅值，所诊断的故障类型为隔离开关拒分/拒合。

进一步的，所述一次诊断，隔离开关分合闸完成的条件为：所采集到的转角信号大小的绝对值到达极限值，且电机电流的幅值没有超过设定阈值，并逐渐降低为0。

进一步的，所述一次诊断，隔离开关拒分/拒合的故障条件为：

所采集到的转角信号的绝对值没有到达极限值并长时间无变化，并且对应时刻的电流幅值超过设定阈值，或由于电机烧毁导致电流信号消失。

进一步的，用于二次诊断的采集信号包括：分合闸动作时间、电机电流与图像。

进一步的，对用于二次诊断的采集信号的处理包括：信号滤波、电机电流有效值的平均值计算、电机电流峰值大小与对应时刻以及图像处理与识别；电机电流有效值的平均值计算公式为：

其中I

进一步的，隔离开关卡涩诊断包括：若分合闸动作时间变化没有超过阈值，且电机电流有效值平均值超过轻微卡涩的设定阈值则认为隔离开关轻微卡涩；

若分合闸动作时间大于阈值，且电机电流有效值平均值超过严重卡涩的设定阈值，电流的峰值时刻后移则认为隔离开关严重卡涩。

进一步的，隔离开关分合闸不到位的诊断包括：若分合闸动作时间小于阈值，且电机电流末端峰值偏大，超过设定阈值则认为隔离开关分合闸不到位。

进一步的，隔离开关合紧固件松动的诊断包括：电机电流有效平均值小于设定阈值，则认为隔离开关合紧固件松动。

进一步的，当诊断结果为轻微卡涩时，提取电流峰值与对应的峰值时刻，与该时刻电流峰值的设定值进行对比，完成对轻微卡涩下故障区域的识别；

当诊断结果为严重卡涩时，对分合闸动作时采集的图像信号进行处理，通过图像识别提取动作变化缓慢的关键帧，确定严重卡涩的位置，完成严重卡涩下故障区域的识别。

有益技术效果：本发明通过一次诊断和二次诊断能够有效提高隔离开关故障诊断的可靠性，确保故障能够及时发现检修，保证GIS设备的运行安全。

附图说明

图1为本发明中GIS隔离开关故障诊断步骤图；

图2为本发明中GIS隔离开关一次诊断流程图；

图3为本发明中GIS隔离开关二次诊断流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种基于多特征量的GIS隔离开关故障诊断方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)GIS隔离开关动作时，用传感器采集隔离开关电机电流、主轴转角等图像信号；

(2)在动作期间信号采集的同时通过电机电流与主轴转角信号进行一次诊断，拒分/拒合的故障诊断；

(3)在动作完成以后根据所采集的信号进行数据处理、关键特征量提取等操作；

(4)特征量提取以后进行二次诊断，即隔离开关卡涩、紧固件松动、分合闸不到位等故障诊断，并识别故障区域。

本实施例中，所述传感器包括：

电流传感器，安装在电机电流的输出端，采集电机电流信号；

转角传感器，安装在与主轴相接的齿轮上，采集主轴转角信号；

摄像头，安装在GIS隔离开关触头观察窗外，采集图像信号。

本实施例中，所述一次诊断，诊断在隔离开关分合闸动作期间进行，参与诊断的信号包括：主轴转角、电机电流幅值，所诊断的故障类型为隔离开关拒分/拒合导致电机烧毁。

本实施例中，所述一次诊断，隔离开关分合闸完成的条件为：

所采集到的转角信号大小的绝对值到达极限值，且电机电流的幅值没有超过设定阈值，并逐渐降低为0。

本实施例中，所述一次诊断，隔离开关拒分/拒合的故障条件为：

所采集到的转角信号的绝对值没有到达极限值并长时间无变化，并且对应时刻的电流幅值超过设定阈值，或由于电机烧毁导致电流信号消失。

本实施例中，所述一次诊断，若诊断结果为拒分/拒合，则不再参与二次诊断，并提示立即检修。

本实施例中，所述二次诊断，在隔离开关分合闸动作完成以后进行，参与诊断的信号包括：分合闸动作时间、电机电流与图像，所诊断的故障类型为轻微卡涩、严重卡涩、紧固件件松动与分合闸不到位。

本实施例中，所述二次诊断，对于采集信号的处理包括信号滤波、电机电流有效值的平均值计算、电机电流峰值大小与对应时刻、图像处理与识别，电机电流有效值的平均值计算公式为：

其中I

本实施例中，所述二次诊断，隔离开关轻微卡涩的故障条件为：分合闸动作时间没有超过阈值(不超过正常设定值的5％)，且电机电流有效值平均值超过轻微卡涩的设定阈值。(之前会测定正常分合闸下的数据作为正常测定值即开关故障诊断过程中的对比值)

本实施例中，所述二次诊断，隔离开关严重卡涩的故障条件为：分合闸动作时间大于阈值(正常测定值)，且电机电流有效值平均值超过严重卡涩的设定阈值，电流的峰值时刻后移(电流的峰值时刻处于整个开关动作时间轴的末端，整个动作时间变长了以后，该时间轴上的电流峰值时刻相对与原来时间轴上的峰值时刻自然会后移)。

本实施例中，所述二次诊断，隔离开关分合闸不到位的故障条件为：合闸动作时间变短(小于正常测定值)，且电机电流末端峰值偏大，超过设定阈值。

本实施例中，所述二次诊断，隔离开关合紧固件脱落的故障条件为：电机电流有效平均值明显偏小(小于正常测定值的5％)，小于设定阈值。

本实施例中，所述二次诊断，当诊断结果为轻微卡涩时，提取电流峰值与对应的峰值时刻，与该时刻电流峰值的设定值进行对比，完成对轻微卡涩下故障区域的识别。

本实施例中，所述二次诊断，当诊断结果为严重卡涩时，对分合闸动作时采集的图像信号进行处理，通过图像识别提取动作变化缓慢的关键帧，确定严重卡涩的位置，完成严重卡涩下故障区域的识别。

本实施例中，所述一次诊断，如图2所示，具体诊断流程如下：

如果转角长时间没有发生变化，且没有到设定的极限值，则对采集的电机电流进行检测对比，若电流的幅值超过设定阈值，或电流信号消失，则故障诊断为拒分/拒合，且不参与二次诊断；

如果转角到达极限值，且电机电流幅值逐渐减小至0，则表示分合闸动作完成，准备进行二次诊断。

本实施例中，所述二次诊断，如图3所示，具体诊断流程如下：

隔离开关分合闸动作完成以后，首先对采集信号进行处理，包括信号滤波、电机电流有效值的平均值计算以及分合闸动作时间的提取。

若分合闸时间偏短，则提取电机电流末端时刻的峰值，若该峰值大于设定阈值，则诊断为分合闸不到位，否则诊断为分合闸动作正常；

若分合闸时间偏长，则将电机电流有效值的平均值与设定阈值进行对比，若没有超过该阈值，则诊断为分合闸动作正常，否则诊断为严重卡涩，并对分合闸动作时采集的图像信号进行处理，通过图像识别提取动作变化缓慢的关键帧，确定严重卡涩的位置；

若分合闸时间正常，则将电机电流有效值的平均值与设定阈值进行对比，若该值偏小，则诊断为紧固件松动；若该值偏大，则诊断为轻微卡涩，提取电流峰值与对应的峰值时刻，与该时刻电流峰值的设定值进行对比，提取电流峰值偏大对应的时刻，以确定轻微卡涩下的故障区域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。