开关状态检测（共8篇）
开关状态检测 篇1
1 概述
在供电系统电能传输过程中, 电压在用户侧负荷处产生电压降, 电压降随着用户侧负荷的变化而变化。并且供电系统变压器本身存在阻抗, 也影响着电压降的波动。系统电压的波动加上用户侧负荷的变化将引起电压较大的变动, 从而造成供电系统的不稳定供电。在变压器中安装有载调压开关, 在不停电的状态下, 通过分接开关改变变压器绕组的匝数进行电压的调整, 使变压器的输出电压处于规定的波动范围内。在实现无功功率就地平衡的前提下, 当电压变动超过规定值时, 有载调压开关在一定的延时后动作, 按照在一系列设定的动作顺序进行电压的调压, 保持电压的平稳, 并保证了电网系统的供电稳定性。
从20世纪八十年代初开始, 有载调压开关的使用数量逐年增加, 在电网运行中发挥着重要的作用。有载调压开关是变压器中唯一在高电压、大电流下动作的设备, 更容易产生绝缘劣化和机械故障。随着电网对供电质量要求的提高, 有载调压开关被广泛应用于变压器的电压调整, 有载调压开关在变压器事故中的占有率也逐年增加。有载调压开关的性能直接影响到变压器是否能稳定运行, 其故障将影响电力设备和系统的安全可靠性, 可造成供电中断等供电事故。因此, 针对目前有载调压开关的使用情况和故障趋势, 研究有载调压开关运行状态的诊断分析方法势在必行。了解有载调压开关的健康状况, 及时解决设备故障, 对保障电网系统的供电可靠性和安全性具有重要的意义。
2 有载调压开关状态检测
2.1 有载调压开关常见故障类型
据统计, 有载调压开关的故障主要包括两方面:一是调压开关驱动机构故障, 主要包括电动机构连动、箱体进水、齿轮盒渗漏油、弹簧储能不足等。二是开关本体故障, 主要包括油室渗漏油、紧固件松动、触头运动卡滞、触头磨损导致接触不良等。如下列举并分析了有载调压开关的常见故障类型。
2.1.1 开关驱动机构故障
(1) 电机故障。当操作电源失电或者电机回路出现问题时, 将引起开关电动机构故障, 导致升降触头不能动作。 (2) 弹簧储能机构弹性变弱。弹簧长期变形运作, 加上电流的热效应作用, 使弹簧的弹性变弱, 引起传动机构传动不到位。
2.1.2 开关本体故障
(1) 触头发热磨损。有载调压开关带负载电流实现调压。在调压过程中, 档位更换, 使触头产生机械磨损、电腐蚀等问题。触头接触电阻增大, 发热量增大, 加速了触头表面的腐蚀和机械变形, 从而导致开关损坏。 (2) 切换开关拒动或切换不到位。切换开关因动力不足或受阻导致切换不到位, 长期停留在中间位置, 可导致过渡电阻持续发热, 引起变压器跳闸, 导致供电中断。 (3) 油室渗漏油。有载分接开关的油室是独立的油箱。运行中, 有载分接开关的油室中的油是不允许进入变压器本体的。切换开关运行时产生电弧, 使油室中的油质变差, 这种油不能进入变压器本体。 (4) 油质劣化。有载调压开关操作过程中产生的电弧引起油质劣化, 开关的绝缘水平下降。变压器油具有绝缘、灭弧、冷却、润滑、防腐蚀等作用。油质的变差会产生游离碳、氢、乙炔等气体及油垢。大部分气体一般会从绝缘油中排出, 但游离碳微粒和油垢却会有一部分混在绝缘油中, 另外一部分则堆积在开关的绝缘件表面, 使开关绝缘水平下降。
2.2 有载调压开关传统检测方法
针对有载调压开关的故障形式, 目前传统的对有载调压开关运行状态的检测采用的是停电检修的方式, 根据一定的试验周期, 对有载调压开关进行大规模的部件检查, 清洗和更换。试验检修时, 须吊出有载调压开关内芯, 进行绝缘油更换、内部部件清洗、垫圈更换等操作。
有载调压开关传统检测方法具有一定的局限性: (1) 采用停电检修的方式, 将导致供电中断, 影响用户供电, 降低电网供电的可靠性, 并造成一定的经济损失。 (2) 根据一定的试验周期对有载调压开关进行检测。试验周期间隔阶段, 有载调压开关的故障不易被发现, 引起供电事故的可能性大。 (3) 试验检查的工作量大, 耗费较多的人力、物力和时间进行设备检修, 成本高, 投入量大。 (4) 传统检测方法对有载调压开关工作顺序发生变化的故障无法检测, 如切换开关等部件的动作顺序和时间配合是否正确, 以及切换过程中是否存在卡塞和触头切换不到位等。
2.3 有载调压开关状态检测
有载调压开关传统检测方法具有较多的局限性, 为解决传统检测方法的不足, 状态检修的方式出现并逐步发展。状态检修的定义是:在设备状态评价 (状态监测、寿命预测和可靠性评价) 的基础上, 根据设备状态和分析诊断结果, 安排检修项目和时间, 并主动实施检修。
试验结果表明, 采用简单有效的状态检修方法检测有载调压开关的运行状态, 能够了解设备的故障发展趋势, 并在设备失效前, 及时发现和确认故障。因此, 状态检修的方式延长了设备的使用周期, 并使定期试验检修的安排更为合理科学, 防止了严重事故的产生, 从而提高了电网供电的安全和可靠性, 具有重大的安全和经济效益。
根据统计结果, 有载调压开关的故障形式绝大多数为机械故障。有载调压开关动作过程中包含丰富的机械信息, 对有载调压开关的机械性能进行检测, 是一种行之有效的方法。通过对有载调压开关机械性能信息的搜集和积累, 及时发现触头磨损、弹簧储能变弱、切换不到位、切换顺序异常等故障和发展趋势, 再有目的地进行有载调压开关的检修。
3 有载调压开关故障诊断系统
基于状态检修的理念, 本文研究了有载调压开关故障诊断系统。该系统可对有载调压开关进行在线或离线检测。有载调压开关动作前, 驱动电机驱动设备启动并带动分接开关传动, 动作过程中产生特定的振动信号。研究表明, 有载调压开关故障诊断系统对振动声学信号和驱动电机电流信号进行分析, 能全面地把握有载调压开关的机械性能状态。
3.1 开关振动信号的收集
有载调压开关动作时, 动静触头的撞击产生一系列振动信号, 振动信号传至变压器的外壁。采用压电式的加速度传感器, 附着在变压器的外壁上, 可收集开关动作时的机械波信号。压电式传感器是一种机电换能器, 所用的压电材料 (如锆钛酸铅PZT、天然石英、人工极化陶瓷等) 在受到一定的机械荷载时, 会在压电材料的极化面上产生电荷, 其电荷量与所受的载荷成正比。当压电晶体片受力时, 晶体的两表面上聚集等量的正、负电荷, 由于晶体片的绝缘电阻很高, 压电晶体片相当于一只平行板电容器。当压电晶体确定后, 晶体上产生的电压量与作用在晶体上的力成正比。
测量时, 将压电式加速度传感器基座与变压器表面固定在一起 (安装基面粗糙度不超过0.4mm) 。当加速度传感器受振动时, 由于压电片具有的压电效应, 它的2个表面上就会产生交变电荷 (电压) 。电压信号反映了有载调压开关动作时的振动信号。
3.2 驱动电机电流信号的收集
有载调压开关动作过程中, 若储能弹簧性能发生改变或移动部件机构存在卡塞等现象, 必然伴随着电机驱动力矩的变化, 使驱动电机的转速发生变化, 从而使驱动电机电流发生变化。电机电流信号反映了有载调压开关储能机构和移动部件的机械性能。
电机电流信号通过电流传感器采集获得。根据电磁感应原理, 导线穿过电流传感器时, 产生磁力线, 原边磁力线集中在磁芯周围, 内置在磁芯气隙中的霍尔电极可产生和原边磁力线成正比的大小仅几毫伏的电压, 电子电路可按互感器工作原理把这个微小的信号放大, 以便于观察电流信号随时间的变化趋势。
3.3 波形提取技术
利用Mathworks Matlab软件, 发展出波形提取技术。加速度传感器及电流传感器收集信号至系统, 在PC机中可看到信号的原始波形。原始波形数据繁多, 不利于信号的分析判断。通过软件进行波形处理, 提取有效数据, 形成容易比对的信号波形。离散子波变换技术将信号分解成许多组频带信号。每组信号被看是成子波。去噪波形经过波形包络提取, 形成信号包络, 便于波形信号的判断和分析。经过波形提取技术处理后, 原始信号波形形成机械振动信号包络和驱动电机电流信号包络。
3.4 有载调压开关故障诊断系统的组成
有载调压开关故障诊断系统基于振动信号、电流信号采集技术和波形处理技术, 快速有效地检测和分析有载调压开关的运行状态。该系统由信号采集单元、信号放大单元、信号变换单元和信号处理单元组成。信号采集单元由加速度传感器、电流传感器组成, 收集有载调压开关换档时产生的机械振动信号和驱动电机电流信号。信号放大单元放大由传感器收集的微小信号。信号变换单元将信号转换成数字信号, 以便在PC机上看到电流传感器和加速度传感器收集的信号波形。信号处理单元将信号进行滤波, 波形提取等, 形成信号包络;利用安装在PC机上的有载调压开关故障诊断系统处理软件, 可以对包络波形进行放大、叠加等操作分析。
4 有载调压开关波形信号的分析和判断
传感器采集的信号经过有载调压开关故障诊断系统专家分析软件的处理, 得出振动信号及电机电流信号的包络波形。将不同测试结果的包络波形进行整理归类, 形成有载调压开关故障诊断卡。有载调压开关故障诊断卡类似于收集了有载调压开关不同运行状态的振动声学指纹。通过比对故障诊断卡, 可方便准确地判断出有载调压开关的运行状态。
有载调压开关有多种故障形式, 因此诊断卡中含有不同故障形式的图谱。通过有载调压开关故障振动系统对振动信号和电流信号包络进行分析, 配合诊断卡, 可方便准确地判断有载调压开关的运行状态。对同一类型的有载调压开关进行检测后, 搜集设备正常运行状态的图谱, 形成设备的测试图谱库, 及时发现有载调压开关的异常情况。
5 总结
有载调压开关在变压器中起着稳压的作用。对有载调压开关进行状态检修具有重大的意义。有载调压开关绝大多数故障形式为机械故障。有载调压开关故障诊断系统采集有载调压开关动作过程中的振动信号和驱动电机电流信号, 并积累了有载调压开关诊断卡, 方便对测试结果进行比对。通过有载调压开关故障诊断系统, 能快速有效地分析有载调压开关的机械性能信息, 准确地分析判断有载调压开关的运行状态。
固体燃气阀开关状态内流场分析 篇2
摘 要：固体燃气阀技术是姿轨控发动机控制的关键技术之一。通过数值模拟对固体燃气阀 开关状态进行内流场分析，结果表明：燃气阀两侧存在有效驱动力，能够实现阀的开启和关闭， 并确定了影响驱动力的主要构型参数；同时考虑燃气阀周向间隙影响，需设法增大阀尾腔出口面 积、减小间隙和增大ds/dr，以增大燃气阀开启力；最后对确定阀芯移动距离的原则予以说明。研 究结果为后期燃气阀机理分析、设计和优化提供参考和支撑。
关键词：固体燃气发生器；燃气阀；姿轨控；内流场分析
中图分类号：TJ763 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）03-0036-04
AnalysisofInternalFlowFieldofaSolidPropellant HotGasValveinItsOpenandClosed
JINWei，HUANGShaobo
（ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China）
Abstract：Thesolidpropellanthotgasvalveisthekeytechnologyofdiverattitudecontrol.Thein ternalflowfieldofsolidpropellanthotgasvalveinitsopenedandclosedconditionisanalyzedbasedon numericalsimulation.Itisshownthatthereisavailabledrivingforceonbothsidesofthehotgasvalveto openandclosethevalve，andthemainstructureparametersofchangingthedrivingforcearegotten；The largerexportandsmallergapshouldbemadetogetgreateropeningforce.Then，themethodcalculates themovingdistanceofvalve.Itproposesareferenceandsupportforthefutureanalyses，designandopti mizationofthehotgasvalve.
Keywords：solidpropellantgasgenerator；hotgasvalve；divertattitudecontrol；analysisofinter nalflowfield
0 引 言
导弹的发展主要着眼于机动性、精确性和可 靠性。固体燃气阀技术作为高可靠性、高精确性、 快速响应的动力控制系统[1-3]，广泛应用于防空导 弹和反导导弹的姿轨控系统。国内外对固体燃气 阀进行了研究，美国的“海神”潜地导弹及动能拦 截弹中的固体KKV，都应用到固体燃气阀技术；法国SEP于20世纪70年代启动燃气阀技术，前 苏联也开展了相关研究[4-5]；其中美国研制的一种 固体姿轨控系统，对姿控和轨控系统分别应用针 栓和二级放大的固体燃气阀。国内方面近几年在 不断研究针栓形式的燃气阀[6]；这种单独采用针 阀形式的燃气阀需要电磁力驱动，其驱动力极为 有限，而要增加电磁力，则体积和质量会大幅增 加，得不偿失[7]。因而对于承受较大压力的调控机 构，二级放大形式的固体燃气阀是一种较优选择。
本文介绍一种以先导阀控制的固体燃气阀。 整个燃气阀通过先导阀控制放大的活塞体移动，再由活塞体控制喷喉开关，它能够以较小的控制 力实现对喷管的开启和关闭。利用数值模拟对燃 气阀的开启和关闭典型位置状态进行分析，研究 燃气阀喷管开启和关闭内流场特性，分析影响阀 体开启和关闭的主要问题。
1 固体燃气阀原理
燃气阀结构如图1所示，其主要由燃气阀阀 芯、先导阀和喷管组成。燃气阀工作原理是以阀芯 前后压差驱动阀芯移动；当先导阀关闭，先导阀自 身受来自燃气充气孔气压而被逆时针推回，燃气 充入燃气阀阀芯尾腔，此时尾腔内可视为滞止燃 气，相比之下阀头流速高、压强低，阀芯因前后压 差被推动，使喷管处于关闭状态，如图1（a）所示； 当先导阀开启，因受外力驱动，先导阀便顺时针旋 转封堵燃气充气孔，如图1（b）所示，燃气阀尾腔 和大气相通，阀头的燃气压力推动阀芯向尾部移 动，最终燃气阀被完全打开，喷管完全开启，如图 1（c）所示。
为了进一步对燃气阀开启和关闭的两个典型 状态进行分析，研究影响其正常开启和关闭的问 题，借助数值模拟对开启和关闭状态进行稳态内 流场计算。
数值模拟在Fluent6.3中完成，假设流动过程 无化学反应，壁面为绝热无滑移固壁，采用可压流 N-S方程，湍流K-erealize模型。
边界条件：燃气入口均采用压力入口，总压 15MPa，总温3000K；喷管出口采用压力出口， 总温300K，压强101325Pa。
如图3所示，燃气总压为15MPa，wall-1和 wall-2面上平均压强约为13MPa。
一般情况P0Pa，所以燃气阀此时也存在有 效的开启驱动力。例如，燃气总压15MPa时，此 时开启驱动力约2000N。在喷管确定后，dc受到 限制，此时ds和dr成为影响开启驱动力两个主要 阀体尺寸。
综上所述，先导阀运动后，燃气阀两侧存在实 现其开启和关闭所需的有效驱动力，并能够保持 其状态稳定。
3.2 周向间隙对阀芯受力影响
实际情况中，阀身周向和腔体存在间隙，燃气 中含有凝相颗粒，不采取密封措施，一定的间隙可 以减小因凝相粒子堵塞引起的阀芯卡滞风险，但 同时需要分析间隙的存在对阀芯受力的影响。endprint
先导阀关闭瞬间，阀芯尾腔充入燃气，阀芯两 侧受力面积相等，无论是否有间隙，阀尾压强总大 于阀头压强，并不影响阀正常关闭。因此以下分析 先导阀开启瞬间，间隙对燃气阀开启力的影响。
图4为Case3工况的流场压力分布云图，间隙 会影响到阀尾压强。表1为间隙大小对阀芯受力影 响，随着间隙不断减小，阀尾压强不断降低，阀尾 受力不断减小；表2为出口直径对阀芯受力影响，随着出口直径增加，阀尾腔压强不断降低，阀尾受 力不断减小，但同时要求先导阀驱动力也越大；因 此必须在先导阀可承压前提下，尽可能扩大出口 面积；同时，阀身间隙形成的环向面积小于出口面 积，阀芯更容易形成指向阀尾方向的合力。如表3 所示，ds/dr越大，阀的开启力越大；但ds越大， 周向间隙面积会越大，不利于降低尾腔压强，对于 一定的出口面积，ds存在上限，同时dr需大于dc。
表中阀芯受力指向阀头为正，指向阀尾为负。 综上所述，为降低凝相粒子引起阀芯堵塞的风险， 采取无密封形式，但必须根据先导阀可承受压力， 尽可能扩大出口面积；在工艺可实现下，减小间隙 大小，才能进一步降低阀芯尾腔压强，尽可能增大 ds/dr，阀芯才能形成更大的开启力。
3.3 阀芯相对位置对喷管性能的影响
根据总体对性能和体积的要求，燃气阀阀芯 会采用不同布局方式，同时为实现大的驱动力和 快速的响应，会尽可能缩短阀芯移动距离，但这样 可能对喷管性能造成影响。
燃气阀阀头和壁面形成的面积必须大于喷管入口面积，目前构型喷管入口dc=14mm，则阀芯 行程最小移动距离约为4.4mm，分别对不同状态 进行数值模拟，见表4。
从表4数据可以看到，仅考察布局方式的影 响，燃气阀阀芯轴线和发动机轴线平行的布局相 比垂直布局，其实际喉径减小，流量、推力、比冲 和出口总压都更小，推力损失较大，所以在体积允 许情况下，垂直布局会较大程度减小推力损失。
从无阀到阀芯移动距离的减小，实际喉径逐 步减小，推力、比冲和出口总压也会进一步下降， 推力损失加剧；阀芯最小移动确定是以其对应流 道面积不小于喷管入口面积为原则，但此时计算 的实际喉径仍然比无阀状态有所减小，推力损失 更大，所以在设计中，应增加约1～2mm余量作为 设计移动距离。以实现尽可能小的移动距离，足够 的开启力，同时减小对喷管性能损失。
4 结 论
（1）先导阀作动后，阀芯两侧存在有效驱动力。燃气阀的关闭主要受构型参数dr和La影响。 燃气阀开启主要受构型参数ds和dr影响。
（2）燃气阀周向间隙的存在会影响尾腔压强， 必须在先导阀承力限制下，尽可能扩大出口面积， 根据工艺可实现性，减小间隙大小，降低阀尾压 强；尽可能增大ds/dr，使阀芯形成更大的开启力。
（3）体积允许下，垂直布局会较大程度减小 推力损失；阀芯位置，需以短的移动距离和小的喷 管性能损失为约束；初步以阀头流道面积不小于 喷管入口面积为基准，确定阀芯最小移动距离，增 加1～2mm余量作为设计行程。
参考文献：
[1]CoonJ，YashaharaW.SolidPropulsionApproachesfor TerminalSteering[R].AIAA93-2641.
[2]李哲，魏志军，张平.高温燃气阀在导弹上的应用[C]// 固体火箭推进第22届年会论文集（发动机分册）， 2005：209-213.
[3]雍晓轩.轨、姿控固体燃气发生器式动力系统研究 [J].现代防御技术，1999，27（4）：30-33.
[4]杨威，王宏伟，牛禄.燃气阀技术在固体发动机推力控 制中的应用和发展[C]//第24届学术会议论文集：43 -49.
[5]刘真.动能杀伤拦截器KKV[J].地面防空武器，2004
（3）：10-12.
[6]李娟，李江，王毅林，等.喉栓式变推力发动机性能研究 [J].固体火箭技术，2007，30（6）：505-509.
[7]李世鹏，张平.固体燃气控制阀内流场参数计算[J]. 固体火箭技术，2003，26（3）：25-27.endprint
先导阀关闭瞬间，阀芯尾腔充入燃气，阀芯两 侧受力面积相等，无论是否有间隙，阀尾压强总大 于阀头压强，并不影响阀正常关闭。因此以下分析 先导阀开启瞬间，间隙对燃气阀开启力的影响。
图4为Case3工况的流场压力分布云图，间隙 会影响到阀尾压强。表1为间隙大小对阀芯受力影 响，随着间隙不断减小，阀尾压强不断降低，阀尾 受力不断减小；表2为出口直径对阀芯受力影响，随着出口直径增加，阀尾腔压强不断降低，阀尾受 力不断减小，但同时要求先导阀驱动力也越大；因 此必须在先导阀可承压前提下，尽可能扩大出口 面积；同时，阀身间隙形成的环向面积小于出口面 积，阀芯更容易形成指向阀尾方向的合力。如表3 所示，ds/dr越大，阀的开启力越大；但ds越大， 周向间隙面积会越大，不利于降低尾腔压强，对于 一定的出口面积，ds存在上限，同时dr需大于dc。
表中阀芯受力指向阀头为正，指向阀尾为负。 综上所述，为降低凝相粒子引起阀芯堵塞的风险， 采取无密封形式，但必须根据先导阀可承受压力， 尽可能扩大出口面积；在工艺可实现下，减小间隙 大小，才能进一步降低阀芯尾腔压强，尽可能增大 ds/dr，阀芯才能形成更大的开启力。
3.3 阀芯相对位置对喷管性能的影响
根据总体对性能和体积的要求，燃气阀阀芯 会采用不同布局方式，同时为实现大的驱动力和 快速的响应，会尽可能缩短阀芯移动距离，但这样 可能对喷管性能造成影响。
燃气阀阀头和壁面形成的面积必须大于喷管入口面积，目前构型喷管入口dc=14mm，则阀芯 行程最小移动距离约为4.4mm，分别对不同状态 进行数值模拟，见表4。
从表4数据可以看到，仅考察布局方式的影 响，燃气阀阀芯轴线和发动机轴线平行的布局相 比垂直布局，其实际喉径减小，流量、推力、比冲 和出口总压都更小，推力损失较大，所以在体积允 许情况下，垂直布局会较大程度减小推力损失。
从无阀到阀芯移动距离的减小，实际喉径逐 步减小，推力、比冲和出口总压也会进一步下降， 推力损失加剧；阀芯最小移动确定是以其对应流 道面积不小于喷管入口面积为原则，但此时计算 的实际喉径仍然比无阀状态有所减小，推力损失 更大，所以在设计中，应增加约1～2mm余量作为 设计移动距离。以实现尽可能小的移动距离，足够 的开启力，同时减小对喷管性能损失。
4 结 论
（1）先导阀作动后，阀芯两侧存在有效驱动力。燃气阀的关闭主要受构型参数dr和La影响。 燃气阀开启主要受构型参数ds和dr影响。
（2）燃气阀周向间隙的存在会影响尾腔压强， 必须在先导阀承力限制下，尽可能扩大出口面积， 根据工艺可实现性，减小间隙大小，降低阀尾压 强；尽可能增大ds/dr，使阀芯形成更大的开启力。
（3）体积允许下，垂直布局会较大程度减小 推力损失；阀芯位置，需以短的移动距离和小的喷 管性能损失为约束；初步以阀头流道面积不小于 喷管入口面积为基准，确定阀芯最小移动距离，增 加1～2mm余量作为设计行程。
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[7]李世鹏，张平.固体燃气控制阀内流场参数计算[J]. 固体火箭技术，2003，26（3）：25-27.endprint
先导阀关闭瞬间，阀芯尾腔充入燃气，阀芯两 侧受力面积相等，无论是否有间隙，阀尾压强总大 于阀头压强，并不影响阀正常关闭。因此以下分析 先导阀开启瞬间，间隙对燃气阀开启力的影响。
图4为Case3工况的流场压力分布云图，间隙 会影响到阀尾压强。表1为间隙大小对阀芯受力影 响，随着间隙不断减小，阀尾压强不断降低，阀尾 受力不断减小；表2为出口直径对阀芯受力影响，随着出口直径增加，阀尾腔压强不断降低，阀尾受 力不断减小，但同时要求先导阀驱动力也越大；因 此必须在先导阀可承压前提下，尽可能扩大出口 面积；同时，阀身间隙形成的环向面积小于出口面 积，阀芯更容易形成指向阀尾方向的合力。如表3 所示，ds/dr越大，阀的开启力越大；但ds越大， 周向间隙面积会越大，不利于降低尾腔压强，对于 一定的出口面积，ds存在上限，同时dr需大于dc。
表中阀芯受力指向阀头为正，指向阀尾为负。 综上所述，为降低凝相粒子引起阀芯堵塞的风险， 采取无密封形式，但必须根据先导阀可承受压力， 尽可能扩大出口面积；在工艺可实现下，减小间隙 大小，才能进一步降低阀芯尾腔压强，尽可能增大 ds/dr，阀芯才能形成更大的开启力。
3.3 阀芯相对位置对喷管性能的影响
根据总体对性能和体积的要求，燃气阀阀芯 会采用不同布局方式，同时为实现大的驱动力和 快速的响应，会尽可能缩短阀芯移动距离，但这样 可能对喷管性能造成影响。
燃气阀阀头和壁面形成的面积必须大于喷管入口面积，目前构型喷管入口dc=14mm，则阀芯 行程最小移动距离约为4.4mm，分别对不同状态 进行数值模拟，见表4。
从表4数据可以看到，仅考察布局方式的影 响，燃气阀阀芯轴线和发动机轴线平行的布局相 比垂直布局，其实际喉径减小，流量、推力、比冲 和出口总压都更小，推力损失较大，所以在体积允 许情况下，垂直布局会较大程度减小推力损失。
从无阀到阀芯移动距离的减小，实际喉径逐 步减小，推力、比冲和出口总压也会进一步下降， 推力损失加剧；阀芯最小移动确定是以其对应流 道面积不小于喷管入口面积为原则，但此时计算 的实际喉径仍然比无阀状态有所减小，推力损失 更大，所以在设计中，应增加约1～2mm余量作为 设计移动距离。以实现尽可能小的移动距离，足够 的开启力，同时减小对喷管性能损失。
4 结 论
（1）先导阀作动后，阀芯两侧存在有效驱动力。燃气阀的关闭主要受构型参数dr和La影响。 燃气阀开启主要受构型参数ds和dr影响。
（2）燃气阀周向间隙的存在会影响尾腔压强， 必须在先导阀承力限制下，尽可能扩大出口面积， 根据工艺可实现性，减小间隙大小，降低阀尾压 强；尽可能增大ds/dr，使阀芯形成更大的开启力。
（3）体积允许下，垂直布局会较大程度减小 推力损失；阀芯位置，需以短的移动距离和小的喷 管性能损失为约束；初步以阀头流道面积不小于 喷管入口面积为基准，确定阀芯最小移动距离，增 加1～2mm余量作为设计行程。
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开关状态检测 篇3
随着国内电力网络规模的不断扩大,电力系统的安全运行变得越来越重要。近年来,图像处理技术被逐渐运用于电力系统的安全运行当中,例如,基于图像三维重建技术对输电线路覆冰情况进行在线监测[1]。变电站作为电网的重要组成部分,其运行状态是决定电网是否能够安全运行的关键因素之一。随着视频监控技术的发展,变电站的无人值守化已逐渐成为当今电网调度自动化的发展趋势[2,3,4],为了保障变电站的正常运行,需要对变电站开关设备的开合状态进行监控。现有的变电站视频监控系统,往往只有监视功能,还不具备对变电站的开关设备状态进行自动识别的功能,因此,借助变电站远程监控系统对隔离开关状态进行自动识别,是实现变电站无人值守化的技术关键,也是变电站安全运行的重要保障。
在图像中准确检测与定位开关设备是识别开关状态的第一步。由于变电站断路器、隔离开关设备具有特殊性与多样性,国内针对这方面的研究还比较少,例如:采用霍夫变换,通过直线检测来判别断路器开关的基本位置[5];利用尺度不变特征转换(SIFT)算法实现断路器、隔离开关检测与定位[6];采用新的灰度模板匹配方法对变电站开关设备进行检测与定位[7]。现有的方法虽然简单,但是对于开关设备的检测与定位还存在着稳定性较差、抗干扰能力不强等问题,而且现有方法有较强的针对性,还未形成不同类型开关检测与定位的通用解决方案。
2009年,Gall等人提出了霍夫森林(Hough forests,HF)[8]的概念,HF是在随机森林(random forests,RF)框架上的一个扩展,在RF基础上引入广义霍夫变换,将图像中的特征直接映射到霍夫空间中。由于霍夫变换损失的信息少,对遮挡具有一定的免疫力,所以和RF相比,HF除了具有RF分类器高效、无过拟合、鲁棒性强的优势外,对于检测局部遮挡目标也有很强的鲁棒性[9]。
为此,本文提出一种基于HF的开关设备检测及状态识别方法,将开关状态的识别建立在开关检测与定位的基础之上,识别准确率高,稳定性好,抗干扰能力强,可为变电站的远程视频监控系统提供一种稳定、高效的开关状态识别方法。
1 算法整体流程
本文提出的开关状态的识别方法首先对开关进行检测与定位,将开关的检测抽象为被识别目标物的分类问题,同时训练“分”和“合”两种开关模型。其次,利用这两种开关模型对开关进行检测,并根据检测结果判别开关状态,具体流程如图1所示。
2 开关设备检测与定位
基于HF的开关设备检测与定位方法分为两部分:首先,提取开关特征,训练生成指定类型的开关模型,即基于HF对开关模型进行学习;然后,利用开关模型生成的投票码本对开关位置中心进行投票,获得开关位置的矩形框描述,实现开关设备的检测与定位。算法原理如图2所示。
2.1 开关特征提取
特征提取在开关检测与定位过程中是至关重要的。由于HF能够融入多种特征作为其判别信息,因此,本文将综合考虑开关的边缘、梯度以及颜色特征,提出一种多特征融合方法,由梯度方向直方图(HOG)特征[10]、Lab颜色空间、边缘轮廓组成开关设备的特征描述集,作为HF中决策树的分类属性集合。分类属性越多越有利于决策树对投票元素进行准确的分类,减少投票元素的虚假投票,提高开关检测与定位的准确率。
2.1.1 梯度特征提取
图像的梯度包含了图像边缘轮廓以及纹理信息,可用于图像分析与识别。在隔离开关、断路器刀闸梯度特征的提取过程中,本文简化了HOG特征的计算过程,提高了计算效率,能更好地描述开关的梯度特征。在5×5单元格内,采用9个bin的直方图来统计这25个像素的梯度信息。即将单元格的梯度方向360°分为9个方向区间,对单元格内的每个像素用梯度方向在直方图中进行加权投影,权值为梯度幅值,每个方向直方图的幅值形成一个特征向量,因此共提取9个特征向量。
计算所有像素点的梯度,梯度幅值为:
式中:Gx(x,y)和Gy(x,y)分别为每个像素点x方向和y方向的梯度幅值。
梯度方向为:
计算单元格内各个像素点在[-π/2,π/2]梯度方向上的9个均匀区间内的加权投影:
式中:Gk(x,y)为单元格内不同梯度方向梯度幅值累加值;k表示不同直方柱的编号;bk表示不同直方柱,用来表示不同的梯度方向范围。
2.1.2 颜色特征提取
Lab颜色空间中L分量表达了人眼对亮度的感知,a和b分量的输出色阶更均匀平衡,相较于RGB和CMYK颜色模型,Lab空间有着更宽广的色域并且与物理设备无关。
因此,为尽可能保留宽阔的色域和丰富的色彩,以及更好地对色彩进行量化分析,本文采用Lab颜色模型作为颜色特征,即将原始图像转换为Lab颜色空间模型表示,L,a,b颜色分量组成3个特征向量集。
2.1.3 边缘轮廓特征
图像的边缘是指图像局部灰度显著变化的区域,是图像的最基本特征,包含了用于识别的有用信息。因此,本文分别提取图像的x和y方向一阶、二阶微分,作为开关的边缘轮廓特征向量集。其中,一阶、二阶微分用Sobel微分算子实现。
综上所述,共提取开关设备16个特征向量组成开关的特征描述符,每个特征向量即为一个特征通道,每个特征通道是与图像大小相同的矩阵块,16个特征通道图见附录A图A1。
2.2 训练开关模型
本文利用HF完成“分”和“合”两种开关模型的学习,训练开关模型即为训练对应的HF,作为开关检测与定位过程中的分类器。
2.2.1 训练样本集
在训练模型的过程中,正样本训练集由从样本图像集中采集的图像块组成。图像块的尺寸会对最终的目标检测与定位效果产生影响,因此,HF中将其大小设定为16×16像素,表示为pi=(I(y),c(y),d(y)),如图3所示。
其中:i为图像块编号;I(y)={I1,I2,…,Ij,…,IC},为图像块特征集,表示图像块在不同特征通道Ij的特征信息;c(y)用于标记来自前景或背景(来自前景的样本标记为1,为正样本,来自背景的样本标记为0,为负样本);d(y)表示图像块中心至目标中心的偏移量(负样本不做定义);y表示图像块的中心位置。
2.2.2 训练HF
HF在有监督判断的机制下进行学习训练,训练结果为一系列决策树,每一棵树由一个根节点以及若干分支节点和叶节点组成。叶节点存储投票信息,分支节点存储分类判别信息。输入为包含正负样本的训练集{pi},决策树的每一个分支节点中存储了将一个训练样本集划分成两个训练样本子集的分裂机制。
本文根据实际需要,设计一种二值测试作为分裂机制,即随机选取训练样本特征集中某一特征通道,并在该特征通道上随机选取两个不同位置上的点,对这两点上的值进行判断,具体定义如下:
式中:a∈{1,2,…,C},为特征通道号;(p,q)和(r,s)分别为特征通道上的两个像素点坐标;δ为分裂阈值。
a,p,q,r,s,δ,I这些信息存储在每一个分支节点中,用来对样本进行分类。
理想的二值测试应该尽可能地将两类训练样本集分开。因此,选取二值测试的评价标准及阈值δ是关键,直接影响分配至子节点的训练集的质量、训练的速度及识别的准确性。
本文分别用类别不确定度Q1(A)和偏移量不确定度Q2(A)来量度节点的不纯度。
式中:Pi为子节点i中训练集占父节点训练集的比例;K为子节点数量;E(A)为子节点中训练样本集类别的信息熵,熵越小则代表类别的不确定度越小。
针对偏移量的不确定性问题,采用每个目标类别的偏移量均值差的平方和来度量,目的是降低训练集偏移量的不确定性:
式中:dA为目标类别训练集偏移量的均值;di为目标类别训练集的偏移量,其中i为图像块编号,在计算上式时,不考虑不属于目标类别的图像块。
在决策树每一个分支节点的构造过程中,随机选择Q1(A)和Q2(A)中的一种来衡量二值测试的效果,从中选取使该量度值最小的二值测试作为该分支节点的分裂机制。
当决策树的深度大于最大深度dmax,或该训练集中正样本的数量小于给定值Nmin,该节点作为叶子节点。HF中每棵决策树的叶节点存储到达该节点的所有图像块的信息。CL表示正样本图像块到达叶节点L的比例,若CL=1,则表示到达该叶节点的所有图像块均为正样本。DL={di}记录到达该叶节点的所有图像块中心距离目标中心的偏移量。叶节点所承载的信息形成一个可判别的码本,该码本保存了可能的目标物体中心位置信息,并以此进行下一步的目标定位。
2.3 霍夫变换检测与定位开关
假设开关的检测窗口是大小为W1×H1的矩形框,只需要确定目标物体的中心位置即可完成检测与定位,该过程基于霍夫投票实现。
假设霍夫空间H,其中的每一个点h(xc)表示目标物,xc表示目标物中心位置。将待检测图像划分成若干个可重叠的图像块作为投票元素。图像块的尺寸需要与训练样本集中的图像块尺寸保持一致,可表示为pi=(I(y),c(y),d(y)),偏移量为d(y)=y-xc。
对于霍夫变换来说,图像块即为投票元素i,表示为随机变量xi,若xi=h(xc)∈H,则表示该投票元素i来自于目标物h(xc),若xi=0,则表示该投票元素i来自于背景。让每一个投票元素i遍历HF的每一棵二叉决策树,到达叶节点,就认为该投票元素拥有叶节点存储的所有信息,即该投票元素i属于目标类别的概率PL以及可能出现的位置距离目标中心的偏移量DL。每个投票元素i在霍夫空间H中可以投票的目标集合为{h(xc),xc=ydL|dL∈DL},其中dL为每一个可能的偏移量,用核密度来估计随机变量xi的概率分布函数:
式中:σ为高斯核函数的标准差。
由式(7)所得概率作为投票元素i对每一个可能的目标物h(xc)中心位置的投票权重,如此遍历HF,即{Tt,t=1,2,…,T},其中T为HF中决策树总数,取所有树的平均概率估计,如式(8)所示。P(xi=h(xc),c(y)=1|I(y);{Tt,t=1,2,…,
最后,将来自不同投票元素的投票线性累加到霍夫空间H,得到霍夫空间中每一个元素h是目标物的概率估计,如式(9)所示。
式中:p为所有投票元素i的集合。
寻找霍夫图像权值最大点的坐标,即为目标物的中心位置。
2.4 多个开关检测与定位
上述霍夫投票过程将来自不同投票元素的投票累加成一幅霍夫图像,通过检测霍夫图像中的峰值确定目标中心,其中峰值的大小表征了目标中心可能位置的置信度。但当图像中存在多个目标物时,霍夫图像中存在多个峰值,需通过非极大值抑制寻找局部最大值,从而检测和定位图像中多个目标物,但非极大值抑制的阈值设置问题容易导致目标物的漏检或者误检。因此,本文结合一种启发性算法以避免非极大值抑制,解决同时检测与定位多个开关问题[11]。具体步骤如下。
步骤1:初始化目标集S为空,初始化最大迭代次数N,初始化霍夫图像H为0。
步骤2:对于所有投票元素,假设每个投票元素i都属于背景,即xicur=0。
步骤3:对于所有假设元素h(xc),使其在霍夫图像H中对应位置的权值为0,即M(h(xc))=0。
步骤4:如果迭代次数小于最大迭代次数N,则进入循环迭代。
步骤5:对于所有的投票元素,更新每个投票元素i周围的所有目标假设元素h(xc)在霍夫图像H中对应位置的权值,使其自加ΔM,其中ΔM的计算公式如式(10)所示。
步骤6:寻找霍夫图像中权值最大的点y=arg max M,同时判断该点的权值是否大于给定的阈值λ,如果大于λ,则将该点加入到目标集S中;如果小于λ,则结束循环,并返回目标集S。
步骤7:更新步骤6中新加入的目标中心y周围的所有投票元素的投票,对于目标中心y周围的每个投票元素i而言,如果P(xi=y|I(y))>P(xi=xicur|I(y)),那么xicur=y,其中xicur为上一步迭代时xi的赋值。
步骤8:返回步骤4,继续进行循环迭代。
需要注意的是,上述步骤中无论是目标中心y还是投票元素i的“周围”,均指以它们为中心的W1×H1的矩形框。
上述方法可以归结为一个迭代的过程,每次求取权值最大点,确定为目标中心,而后更新目标中心周围投票元素的投票,再求取权值最大点,重复上述过程直至检测和定位出图像中所有的目标。开关的检测与定位过程详见附录A图A2。
由于拍摄角度、距离等因素的影响,图像中的开关大小会有所不同,因此,需要对原始图像进行多尺度缩放,遍历图片提取图像块通过HF生成投票码本,通过霍夫变换对开关中心位置进行投票,生成不同尺度下的霍夫图像,并选取大于阈值的最大值点作为开关中心位置,重复上述迭代过程,直至图像中所有开关被检测出来。
3 开关状态识别
变电站最常见的开关设备是三相隔离开关,其包含3个刀闸开关,并且这3个刀闸开关之间有联动机构保证它们能够保持相同的状态。开关有闭合和断开两种不同的状态,两种状态的开关属于不同的目标类型,基于此可以训练两类开关模型,分别检测“分”和“合”状态的开关,由于在霍夫投票阶段,只有当霍夫图像的峰值超过给定阈值时,才会将其确定为目标中心,因此用“分”的开关模型去检测状态为“合”的开关图像,检测到的开关个数为0,而用“合”的开关模型能够检测到的开关个数则不为0。针对具体情况,本文设定当“合”开关模型检测出的开关个数大于等于2且大于“分”开关模型检测到的开关数,就判定三相隔离开关的状态为闭合;当“分”开关模型检测出的开关个数大于等于2且大于“合”开关模型检测到的开关数,就判定三相隔离开关的状态为断开;当两种开关模型的检测结果相同,则表示这次开关状态识别失败。具体过程如图4所示。
闭合开关状态识别过程如图5所示。可以看出,用“合”开关模型可以检测出闭合的三个隔离开关,但却不能检测出断开的三个隔离开关,由此可以判别隔离开关的状态。
4 实验分析
本文实验数据来源于宁夏天元锰业集团110kV变电站,变电站隔离开关的实际图像见附录A图A3,红色矩形框区域内为刀闸开关。选取其中的部分图片作为本次实验对象,图片大小为408×306像素,共300张,“分”和“合”隔离开关图片各150张,训练图片各选取50张,其余200张图片作为测试图片。基于100张训练样本图片训练“分”和“合”两种开关模型,图像块的大小为16×16像素。
以训练“合”开关模型为例,从每张训练样本图片闭合开关矩形框区域中提取150个图像块,共提取450个图像块,故正训练样本集共有22 500个图像块。负训练样本集由两部分组成:一是从每张“合”训练样本图片背景区域中提取的450个图像块,共22 500个图像块,二是从“分”训练样本图片集中提取22 500个图像块,故负训练样本集共有45 000个图像块。每个开关模型训练15棵树,每棵树的最大深度为15。当开关90%被矩形框覆盖时,即判定为开关被正确检测。
采用“合”和“分”开关模型分别去检测两种状态隔离开关测试图片,得到的结果如表1和表2所示。
从表1可见,用“合”开关模型检测闭合状态开关的准确率达到94.3%,检测断开状态开关的误检率只有1%;从表2可见,“分”开关模型检测断开状态开关的准确率为93%,检测闭合状态开关的误检率为1.7%。因此,可以根据两类开关模型的检测结果判断三相隔离开关的状态。表3给出了三相隔离开关状态识别结果,准确率都在90%以上。
模板匹配方法是一种在电力设备检测过程中最常用的方法[7],其优点是检测速度快,但是若图像总存在多个开关设备,或者开关设备的尺寸、方向发生变化时,往往不能做出精确匹配,具体匹配结果见附录A图A4,模板匹配结果出现偏差。而本文方法能够同时检测与定位图像中的多个开关,并且针对不同尺寸的开关设备以及不同的拍摄角度,本文方法效果都较为理想,具体检测结果见附录A图A5。
椒盐噪声和高斯噪声是数字图像处理领域内最常见的两类噪声,加入高斯噪声以及椒盐噪声情况下的开关检测与定位结果见附录A图A6和图A7,可以看出本文方法能够准确检测与定位图像中的开关,鲁棒性好。同样,在部分遮挡情况下,本文算法的检测定位效果见附录A图A8。
与目前的变电站开关检测与定位方法相比,本文方法通用性强,并且具有良好的检测与定位效果,在面对噪声、遮挡等情况下,鲁棒性强,可同时解决多个开关设备的检测与定位问题。利用“合”和“分”开关模型检测测试图片,通过计算检测到的开关个数判别开关的状态,可实现开关的状态识别。
5 结语
针对变电站开关检测与状态识别问题,综合考虑了变电站隔离开关梯度、边缘和颜色特征,将多种特征描述与HF相结合,弥补传统检测与定位方法的缺陷,解决了同时检测与定位多个开关的问题,准确率高,鲁棒性好,且具有较强的通用性,能够保证开关状态识别的准确率。
本文方法可用于变电站巡检机器人系统,也可用于变电站智能辅助监控系统,对开关设备进行检测及状态识别,具有较强实际意义。但是,由于应用环境的复杂性,特别是在雨、雪、雾霾等恶劣天气环境下,则需采用图像增强及去噪算法对采集的图像进行预处理,提高图像质量,并需要针对不同开关设备类型设计相应的状态识别方法,确保变电站开关设备检测与识别准确率,这也是后续的研究工作。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
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中压开关柜在线绝缘状态监测 篇4
表征绝缘特性的有很多参量, 比如介质损耗角正切、局部放电、泄漏电流等。在实施绝缘特性检测时需要根据具体的检测对象而选择合适的检测参量。在对历年高压开关运行故障资料及厂方提供的绝缘部位故障统计报告, 以及对可能发生的绝缘故障加以理论分析的基础上, 确定绝缘特性检测对象为母线室环氧套管的泄漏电流和局部放电。
为了确定绝缘泄漏电流检测的故障判断依据, 用试验方法对现场运行的12kV开关柜环氧套管的表面污秽状况进行了模拟。选取2个环氧套管设置4种不同的污秽程度进行试验: (1) 绝缘套管表面处于无灰尘和水分的清洁状态 (Ⅰ级) ; (2) 套管表面有低盐密的水分 (Ⅱ级) ; (3) 套管表面有中等程度的盐密污秽 (Ⅲ级) ; (4) 严重的污秽 (Ⅳ级) 。在每种污秽程度下, 分别对套管施加7、12、20kV电压记录泄漏电流测量值, 然后继续升高电压直至出现火花放电, 记录此时的电压和泄漏电流值。
在清洁状态下套管表面的泄漏电流非常小, 在潮湿和污秽情况下, 套管表面的绝缘状况会明显劣化, 泄漏电流大幅增加。在单相接地且套管上有严重污秽的情况下, 套管泄漏电流约为40μA。根据试验结果, 可以设定12kV断路器在线监测系统的一级绝缘劣化阈值为50μA (此阈值考虑了大电流引起的电磁干扰, 留有10μA裕量) , 超过这个阈值提供报警功能。如果泄漏电流值明显超过50μA, 说明环氧绝缘套管绝缘性能有失效的危险, 电器设备必须立即停电检修。可以设定二级绝缘劣化报警阈值为100μA, 既考虑了实验结果, 也留有足够裕量以防止因电磁干扰导致系统误动作。
中压开关柜状态监测装置设计 篇5
电力系统推广变电站无人值班管理模式和综合自动化, 使得开关柜的安全运行变得非常重要。如果开关柜在运行时发生故障, 将带来极其严重的后果。首先, 开关柜故障将直接危害被保护的线路, 可能使各种电气设备损坏;其次, 可能引起大面积停电, 严重干扰正常的生产与生活秩序[1]。
现代电力系统对开关柜安全运行的可靠性提出了很高的要求, 而在线监测使运行维护人员能够了解到开关柜的历史运行状态和当前运行状态, 及时地发现故障甚至提前做出故障预测并进行检修, 尽量避免事故发生和减少停电时间[2]。因此, 在线监测对于保证开关柜正常运行, 提高电力系统的稳定性具有非常重要的意义。
1 硬件设计
1.1 硬件方案设计
本设计以ds PIC33F系列单片机为核心。分别由电压互感器和电流互感器采集开关柜的电压和电流信号, 由频率检测模块检测电流频率, 红外温度传感器采集开关柜的温度信号。
此外, 本设计还有电源模块, 给温度传感器、ds PIC、LCD和放大器供电, 有LCD显示和声光报警模块, 有键盘用于设置报警温度值, 系统硬件框图如图1 所示。
1.2 电压互感器和电流互感器
本设计选用SPT204A电流型电压互感器, 额定输入电流2 m A, 额定输出电流2 m A, 最大输入电流10 m A, 在0 ~ 10 m A内工作的线性度较好。电压互感器应用电路如图2 所示。
电流检测用HCT204A电流互感器, 额定输入电流5 m A, 额定输出电流2.5 m A, 测量精度为0.1%, 线性度为0.07%, 角差小于或等于9′。
1.3 绝对值放大电路
绝对值放大电路有两个功能:一是把互感器输出的交流信号转换成只有正极性的信号;二是把该信号的幅值增加一倍以方便后续单片机的处理。绝对值放大电路如图3 所示。
绝对值放大电路的输出电压VOUT与输入电压VIN的关系如公式 (1) 所示:
1.4 频率检测电路
频率检测电路是用比较器把正弦信号转换成脉冲信号的电路, 如图4 所示。该电路的输出脉冲信号接到单片机的ICx引脚, 使用单片机的输入捕捉功能, 可得到每16 个脉冲的时间T。
要检测的正弦信号频率计算如公式 (2) 所示:
1.5 温度传感器
对电力设备的测温可分为接触式测温和非接触式测温两种方式。接触式测温是指通过设置在设备上的温度传感器直接测量温度。非接触式测温依据热辐射原理, 不需要和被测物体进行接触, 这样就解决了与高压设备的安全隔离和与测温目标的热交换的问题。
非接触式测温还有热惯性小、测温速度快的优点[3]。非接触式测温有光纤温度传感器测温法和红外传感器测温法等[4]。
本设计使用的红外热电堆传感器测温范围是-50 ~ 350 ℃, 精度100 V/W。该传感器利用红外线的波长在热电堆探测器上产生相应的输出电压, 输出电压与目标温度的关系如公式 (3) 所示:
式中, ε为发射率;Tob为目标温度;Tsen为热电堆本体温度;C为与传感器结构有关的常数。
1.6 温度传感器的信号调理电路
温度传感器的信号调理电路框图如图5 所示。温度传感器在0 ~ 120℃时输出电压为-0.8 ~5 m V。该小电压信号经过放大11 倍和放大13 倍的两级差动放大电路, 输出电压为0.184 8 ~ 1.155 V。放大电路后端接一个电压跟随器, 电压跟随器的输入阻抗大, 输出阻抗小, 能提高电路的带载能力。再经过电压上移电路上移1 V电压, 最后从绝对值电路输出的电压为0.815 2 ~ 2.155 V。
2 软件设计
2.1 软件流程图
本设计的软件方案可以分成几个模块:电压和电流A/D采样模块、输入捕捉模块、温度A/D采样模块、LCD显示模块、键盘模块和数据处理模块, 软件流程图如图6 所示。
2.2 电压和电流A/D采样流程图
电压和电流A/D采样流程图如图7 所示。
电压有效值如公式 (4) 所示:
电流有效值如公式 (5) 所示:
式中, N为每周期的采样次数, 由香农采样定理确定;uk、ik分别为第k次的电压和电流采样值。
有功功率如公式 (6) 所示:
式中, uAk、uBk、uCk、iAk、iBk、iCk分别为A、B、C三相第k次的采样值。
视在功率如公式 (7) 所示:
式中, UA、UB、UC、IA、IB、IC分别为A、B、C三相的电压有效值和电流有效值。
功率因数为:cosφ=P /S。
2.3 温度A/D采样流程图
温度A/D采样程序由数据采集、软件滤波和温度换算三部分组成, 如图8 所示。
数据采集:定时器1 每10 ms中断一次, 启动A/D转换。
软件滤波:每10 次A/D转换后, 去掉10 个A/D值中的最大和最小值, 其余8 个值的平均值就是滤波结果。
温度换算:根据温度传感器的输出电压与目标温度的公式, 分段线性插值求出某A/D值对应的温度。
3 实例运行
利用该检测装置进行了一些测试, 其中, 电压电流检测使用了实验室的市电, 测得其线电压为393 V, 三相接入不对称电阻RA=87.7Ω, RB=88.5Ω, RC=95.9Ω。测量结果如表1 所示。
通过对同一目标物的相同位置的测温, 对比红外测温枪测得的温度数据与本设计所做温度监测器测得的数据, 结果如表2 所示。
由表1 和表2 可以知道, 本设计测得的三相电流误差约为1%, 三相电压误差约为0.2%, 有功功率误差为 (1 721-1 704) /1 704=0.997%, 频率为50.00 Hz。测得的温度数据与测温枪相比, 平均误差为0.6 ℃。
4 结语
本设计实现了对中压开关柜的重要状态量电压、电流、频率、功率和温度的在线监测, 其中温度检测是用红外测温方式, 解决了与高压电器的安全隔离以及与被测目标的热交换问题, 具有测温范围大、速度快的优点, 而且相对于接触式测温装置供电方案简单, 只需要电池, 且可随时更换。若把本设计与通信模块结合, 则能把每个测量点的数据汇总到主机或者上位机, 在开关柜在线检测应用中会有广阔的前景。
参考文献
[1]张平.高压开关柜的发展与现状分析[J].中国科技信息, 2007 (24) :89.
[2]梁汉泉, 曾永浩, 周永耀.浅谈智能化开关柜的应用与发展[J].中国科技投资, 2012 (27) :99.
[3]曾强, 舒芳誉, 李清华.红外测温仪的工作原理及应用[J].电子质量, 2007 (1) :25-26.
开关状态检测 篇6
高压开关的特性是模块化、高频化、抗干扰、可靠高、低噪音以及低能耗, 为了能更好的实现高压开关的优点, 就需要坚持高频化的研发、创新。目前国外的电力系统都在进行低噪音、可靠高、抗干扰、低能耗与高频化的研究。
我国对高压开关的维护、检修一直都是采取定期维护检查法, 这种传统的维护方法是指通过规定时间的限制, 每隔一段时间对高压开关进行解体检查、更换零部件以及设备检查等项目的维护, 定期检查虽然对设备的故障起到减少和防止的作用, 但是当进行在设备解体检查时, 需要对断路器及电器设备的一部分进行解体, 不但作业时需要停电, 而且视其项目还需要可观的人工和零部件更换费用。此外, 停电后的作业电压以及温度等的设备状态如果和高压开关的运行状况不一样, 也会影响判定。
2 发电厂高压开关状态的检修技术
2.1 发电厂高压开关状态下检修技术的设计方案
为了保证设计方案的完整、诊断技术的成熟以及检测过程的正确, 需要进行检测状态、诊断故障、现代化管理三方面的设计。检测状态是指进行状态检测的技术环节, 它的主要目标是检测设备进行状况的好坏;诊断故障是指进行故障诊断的技术环节, 它的主要目标是诊断设备进行时出现的故障;现代化管理是指进行现代化的管理阶段, 它的主要目标是以经济管理为中心来进行设备状况的检修。对设备进行故障的诊断需要有丰富的数据信息和经验, 这样诊断出来的结果才会不容易出错, 并且这些数据信息和经验还可以利用一定程度的技术支持, 来实现对设备现阶段的故障发展趋势和运行状况判断, 所得结果可以正确的反映出设备发生故障的变化趋势, 在此基础上就可以制定出一个完美的维修计划。
2.2 发电厂高压开关状态下的机械信号与电气开关分析
发电厂高压开关状态下的机械信号与电气开关分析是指对非常多的高压开关信号能及时、连续、稳定的进行检测, 它的特点是不仅可以自动的进行分析, 还可以让高压开关具有可靠性、维护性, 并且能检测出事件的重要意义, 保证事故在未发生之前就被检测出来。监测系统主要分成磨损监测系统、误动作故障检测系统、细微故障检测系统三种, 其中磨损监测系统主要作用是承受高压开关的负荷, 当负荷慢慢累积起来可以进行储存、计算, 并将结果存在存储器里。细微故障检测系统和误动作故障检测系统都是对监测记录进行统计、比较, 从而得出值以及模值之间的故障前兆、偏差。发电厂高压开关故障在两种情况下能发生:1) 来不及检测的情况, 这种情况发生在极短时间内发展起来的;2) 发生在有逐渐退化的行为特征里。
2.3 发电厂高压开关状态下检修技术的诊断异常现象
发电厂高压开关状态下检修技术的诊断异常现象主要有绝缘特性、开关特性以及温度特性。绝缘特性是指在设备出现电晕现象的前提下, 出现设备工作电压上的频率存在高频重叠, 并且这种高频重叠所产生出来的能量出现于气体断路器的外部和内部, 为了抑制这种现象的发生, 我们必须提升信噪比, 同时进行工频的相位角。开关特性是指高压开关在间歇、突发的前提下, 对电流通电时间内进行高压开关的设定值, 如果设定值在通电时间以外, 就说明需要电力系统运行正常, 如果设定值在通电时间以内, 就说明需要高压开关需要进行特别的监视。温度特性是指接触电阻与负载电流之间所引起的发热, 而发热又决定着高压开关触头温度的高低, 所以所引起的温度变化属于发热部分的箱体外壳, 安装要求应该安装检测传感器。
2.4 发电厂高压开关状态下检修技术的检测原理
发电厂高压开关状态下检修技术的检测原理主要是针对绝缘特性的检测, 而绝缘特性的检测主要分成以下步骤:1) 通过接地电流来进行壳体接地线中流入它内部的高频能量检测, 这样检测出来的电晕数值接近实际需要值;2) 一般壳体的接地线都存在高频电晕电流, 这种电流的产生是因为高压开关上的气体, 并且这种电流利用率破气消除干扰和传感器检测干扰后, 就可以形成判别处理对输出信号的完成;3) 接地线不仅具有原有的局部放电电流, 还同时具有其他形式的电流, 而这些电流都是因为外部干扰所形成的, 所以接地线中所有的电流必须用滤波器以及传感器来进行外部放电的清除;4) 误动作在外部干扰中的免除措施有背部噪声和本体检测两种, 这两种都检测方法都是由连个独立的传感器所进行电晕传感器, 当周围一定相位的环境显示脉冲数目都相同时, 软件处理完成后的输出显示0, 当周围一定相位的环境显示内部处在放电时, 就表示电晕为有效脉冲, 输出为1。在进行背部噪音时会出现连续噪音所引发的误动作, 为了有效缓解这种现象, 需要我们记录下脉冲电流所在的每一个相位, 并且相位之间的角度间隔9度, 最后需要累计在1分与10分之间所进行的电晕脉冲的脉冲数量, 从而形成直方图, 方便我们辨认、判断;5) 为了使结果变得容易处理, 就需要设置新型的传感器, 这种传感器是由Ⅰ型铁淦氧铁心上绕制线圈而组成的。
2.5 发电厂高压开关状态下检修技术的开关特性
发电厂高压开关状态下检修技术的开关特性主要采取实际测量法来进行控制, 它的控制原理是利用电流, 这种方法的优点是在进行投入以及断开检测时, 可以实现通电时间的测量和电流的控制。在开关特性中, 断开时间表现为主接点与线圈励磁相接处到开为止的时间, 如果主接点的运行状况出现异常, 那么主接点与连杆机构之间作为机械连接的运行过程在操作机构中, 就会显示为迟滞, 同时开关特性所引起的开关时间也会发生变化, 这种变化我们可以通过对电流进行控制、监视, 来达到检测通电时间中的操动机构和直接点的相关特性。此外, 为了防止电流在控制阶段中出现误测和电流失真的现象, 一般采取时标时间的设置, 如果我们采取漏磁场检测法来进行霍尔电磁变换元件以电磁耕合方式的电流控制, 就会使操作过程简单、方便。
3 结语
发电厂高压开关诊断异常主要有绝缘特性、开关特性以及温度特性;检测原理主要是通过接地电流来进行壳体接地线中流入它内部的高频能量进行检测;开关特性主要采取实际测量法利用电流来进行控制。
参考文献
[1]朱洪波, 魏少岩, 闵勇.火力发电厂检修策略的研究与建模[J].宁夏电力, 2008.
开关状态检测 篇7
GIS是将变电站内除变压器以外的一次元件, 如罐式断路器、隔离/接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等集成为一体, 内部充绝缘气体作为绝缘及灭弧介质的新型封闭式开关设备。虽然GIS设备具有较高的安全可靠性, 但在实际工程中仍不可避免地会出现各种类型的故障。而且由于GIS设备内部气体压力较高, 一旦发生事故, 对设备本身及周边其他电力设备都将会造成不可估量的损失, 进而严重影响电力系统的安全性和可靠性。
2 GIS设备主要故障类型
GIS的主要故障类型可分为两类:与传统设备性质相同的故障, 如GIS设备的机械部分、断路器操作机构等;GIS设备的特有故障。特有故障主要包括以下几种。
(1) 气体故障。包括气体泄漏故障和气体微水超标。GIS设备需要经常补充绝缘气体, 气体泄漏严重时将会导致设备停运。同时, 气体泄漏往往伴随着气体微显得多余的水的现象, 分支的大气水的泄漏逐渐渗透到设备, 气体含水量较高的重要原因是导致绝缘子击穿或其他绝缘部分。
(2) 内部放电。盆沿表面局部放电, 直到崩溃或绝缘子表面闪络, 动态和静态接触机械磨损、电弧引起的残留金属碎片在设备内部, 如气体室内高压磨表面的导体和绝缘外壳、电缆之间的电晕放电距离太小或内部松散的联系。
(3) 内部组件失败。GIS内部组件包括断路器、隔离开关、负荷开关、接地开关、避雷器、套管、总线等。
3 GIS设备状态监测应用状况
3.1 开关动作特性监测
(1) 电流波形监测。在CT二次回路、断路器二次分合闸回路和电机储能回路上附加配置穿芯式电流互感器, 经过数学换算得到精确程度较高的断路器分合闸线圈工作电流及储能电机工作电流数据。
(2) 速度特性监测。采用在CT两个额外配置的核心式电流互感器、断路器关闭时间点数据。
3.2 绝缘件绝缘监测
(1) 红外测温。该方法使用红外温度传感器, 利用物体向外辐射红外能量来监测物体温度。由于GIS外面的金属外壳屏蔽了内部导体的温度辐射, 所以红外测温对GIS设备内部器件适用度不高, 但对与GIS连接的电缆触头处的温度监测应用广泛。
(2) 局部放电定位。该方法是利用GIS设备内部各元件局部放电时所具有的声、波、电等信号特征确定局部放电发生位置的技术, 定位准确度较高, 能够有针对性地对设备采取补救措施, 提高工作效率。目前应用中常用的GIS现场带电检测技术主要有超声波法和超高频法。
3.3 气体检测技术
(1) 压力检测。气体压力可以表征断路器的气密性从而间接反映绝缘强度。检测方法主要是使用密度继电器或现场巡视压力表。
(2) 微水含量检测。微水含量较高时会影响设备的绝缘强度, 在发生局部放电、电晕放电等情况下易导致气体分解, 产生有毒有害物质, 腐蚀设备, 影响正常工作, 严重时甚至会造成绝缘击穿。常用检测方法是:使用便携式微水测量仪器。
(3) 分解物检测。气体分子结构稳定, 在设备正常运行时, 能够保持其良好的物理化学性质。然而当温度过高达到200℃以上或者存在电弧放电情况时, 气体分解, 会产生有毒腐蚀性物质。常用检测方法是:气相色谱法、红外谱图法、检测管法、动态离子法等。
4 GIS状态监测技术应用的建议
电力设备状态监测在延长维护检修周期、延长设备使用寿命、减少和预防突发性、破坏性事故、减少停电时间等方面起着极为重要的作用。随着GIS设备状态监测技术的不断发展, GIS状态评估的规范性及准确性也不断提高。结合对现有技术的研究, 提出以下具体建议。
(1) 使用便携式手段对GIS进行定期巡视检查。制定设备维护方案时, 应当在运行维护人员日常巡检的工作内容添加对GIS局部放电的检测, 定期检查设备的绝缘状态。可以使用超声波探测器的盆式绝缘子GIS设备、法兰和其他关键部件进行测试;加强密封的密度继电器检查, 通过观察压力表读数仪器, 判断是否有漏气现象。如果发现不寻常的超声波信号, 利用GIS综合措施准确判断和处理异常部分;如果发现压力表读数偏低, 气体泄漏, 操作维修人员需要及时报告安排停电检修, 如果发现微水水平, 应该检查是否漏气发生在同一时间, 并分析微水位的原因。
(2) 使用综合手段对GIS进行故障诊断。为准确识别GIS设备缺陷的位置, 首先使用超声局部放电检测仪在检测到的异常区域内逐点仔细检测, 找到异常信号最为强烈的点进行初步分析。由于在GIS内部, 异常的超声信号不仅仅是由于局部放电, 设备零件的冲电脉参考性的机械振动同样异常, 信号出现了, 使得单纯依靠高密度局部放电检测仪不能准确判定故障类型, 他通过超高频法对该区域进行检测并确定到底是局部放电是内部崩溃了;最后将探测到的异常信号最为强烈的点和设备内部结构图比对分析, 确定故障位置。为了提高变电站运行可靠性, 针对一些少数重要的设备可考虑在GIS上直接配置局部放电在线监测系统, 持续在线监测GIS局部放电状况。
5 结语
通过对GIS运行状态监测技术的研究, 可以制定合理的设备状态检修和控制策略。长期运行经验积累了大量的现场数据, 通过这些数据制定统一判断标准, 通过对GIS主要监测量的分析判断GIS所处的状态, 及时发现缺陷, 采取有针对性的补救措施, 防止缺陷严重化。对于超过寿命周期但运行状态良好的设备, 也应制定计划进行周期性的检修, 及时更换必要的电器元件, 以消除内在隐患, 提高电网运行的可靠性。应当说明的是, 随着新型传感技术、计算机技术、设备制造工艺水平的进步, 带电设备在线监测技术在故障识别、预防等方面正发挥着越来越重要的作用。
参考文献
[1]邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术[M].水利水电出版社, 1994
开关状态检测 篇8
状态评估技术是开关设备自我感知能力的重要组成部分, 是智能化开关设备真正实现智能化的关键核心技术之一, 只有实现高压开关设备状态的深入分析和评估, 才能对高压开关设备的状态信息有全面的了解, 才能更好地实现与其他智能电网核心节点的交互, 以提供重要的决策支持。国内外统计结果均显示机械故障是开关设备异常的主因, 而振动是机电设备机械状态最直接的反映, 因此, 通过对开关设备振动情况的实时感知、分析, 得出能够真实反映开关设备当前机械状态的评估结果, 对设备机械状态发展趋势做出符合实际的预测, 就可以对开关设备维护策略进行优化, 极大改善供电的可靠性和维护的经济性。
1 声学指纹技术介绍
高压开关设备机械零件众多, 且多为动件, 其工作过程是一个短时间内的能量释放与传递过程, 伴随着一系列的机械运动与撞击事件, 以及由此产生的机械振动与声音。这一过程具有瞬时、高速、大冲量的特点, 对设备本身的机械冲击比较严重, 它是引发高压开关设备机械故障的外力因素。高压开关设备操作时产生机械振动信号是一个丰富的信息载体, 包含着大量的设备状态信息。因此, 采集高压开关设备振动信号, 并采用一定的信号处理方法和状态评估技术, 判断高压开关设备的特性参数与工作状态是有可能的。由于测取振动信号仅需要在断路器外部安装振动传感器, 不需改造断路器, 不影响断路器本体, 是一种非侵入的检测方法。且振动传感器体积很小, 安装容易, 不需要高压隔离, 便于工程实际应用。基于声学指纹技术研究断路器机械状态已经在国内外开展了很多年, 研究主要集中在振动信号的分析与处理上, 目前已经确定了一些较为实用的信号处理方法, 但在高压开关状态评估实际应用中还较少见。虽然国内对断路器声学指纹信号进行了大量的研究, 但目前尚未建立完善的断路器声学指纹数据库, 对断路器声学指纹分析诊断流程和故障诊断评判标准也尚未统一, 这也是今后声学指纹技术研究的重点。
2 声学指纹技术的应用研究
测量系统测得振动信号后, 需经过一定的信号分析处理方法, 才能得到声学指纹特征。国内外对振动信号的分析处理方法众多, 每种方法均有其优势和适用范围。本文综合使用机械振动事件及其时序特征的提取、小波分析方法、瞬时能量法和突变信号起始点提取方法对振动信号进行处理。
2.1 机械振动事件及其时序特征的提取
如图1所示为断路器 (弹簧操动机构) 分闸过程中的振动事件序列, 从图1中可以看出, 断路器从分闸线圈带电开始, 线圈电流不断上升 (事件1) , 直至电磁电动力能够克服阻力, 使分闸电磁铁动铁芯开始运动, 产生一个摩擦事件 (事件2) ;随着铁芯运动, 线圈电流开始下降, 直至动铁芯撞击分闸锁闩, 继而动、静铁芯相撞, 产生撞击事件 (事件3) , 此时, 由于铁芯停止运动, 线圈电流又开始上升;铁芯随着电流增加, 当其受力到达一定程度致使分闸锁闩旋转, 撞击分闸保持挚子 (事件4) ;分闸保持挚子旋转, 释放主拐臂, 分闸挚子撞击主拐臂上的止位销 (事件5) ;分闸保持挚子持续撞击和摩擦主拐臂上的上档块 (事件6) ;在分闸弹簧力的作用下, 传动拐臂通过拉杆带动主拐臂转动, 将断路器本体分闸, 并用分闸弹簧的预压缩力将其保持在分闸位置;由于机构动作的冲击, 至此, 分闸动作完成;在分、合闸电磁铁动、静铁芯也会产生一个持续的弹开-撞击过程 (事件7) 。
2.2 频域特性分析
信号的频域分析是采用傅里叶变换将复杂的时间信号变换成以频率成分表示的形式, 能够提供比时域信号波形更直观和丰富的信息。高压开关设备故障的发生, 会引起信号频率结构的变化, 而通过频率结构信息的分析, 就能对很多故障发生的原因做出较好的解释。频域变换的结果就是以直角坐标的形式表示得到的图形, 横坐标表示频率, 纵坐标视频率成分对应的具体内容有功率谱、幅值谱、能量谱、相位谱等类型。
图2是合闸电磁铁端部的振动信号的频谱图, 可以看出, 信号在20~60 k Hz频率范围内有很高的分量, 考虑到振动信号本身的频率范围和加速度传感器的测量频率范围都达不到这个频段, 因此对信号进行滤波处理。将原信号进行一定阈值的小波去噪, 然后使用低通滤波器进行以20 k Hz为截止频率的滤波处理得到如图3所示的振动信号, 可以看出滤波后振动信号的幅值有较大改变, 信号中的振动事件可以分辨清楚, 滤波效果较好。
为了分析振动信号的频域特征, 给出对滤波处理后的振动信号的功率谱图, 如图4所示。
可以看出, 功率谱图能够更清晰地看出能量分布较多的频率范围, 但只能给出某个频率点的分量值。
2.3 小波分析
小波分析是一种时频分析方法, 小波变换是将信号在时间分量和尺度分量的二维空间中展开, 观察信号在此二维空间的能量分布。和传统的信号处理方法相比, 小波变换在时域和频域上都具有良好的局部化特征[4]。由小波函数的形式可以看到, 它通过尺度参数自动变换窗口长度, 在信号的高频处窗口变小, 低频处窗长增大, 随频率的变化自动调整, 对信号提供了多种分辨率, 适合于非稳态信号的识别。
当断路器出现机械故障时不仅会引起振动冲击事件的时间漂移, 还会造成时域波形中一些波峰幅值的变化。由于故障对振动信号各频域成分的抑制或增强作用, 使得振动信号的某些频率成分可能衰减, 而另一些频率成分可能增强。
使用小波包分解, 将信号分解到不同频率范围, 再通过求不同频段分量信号的能量值, 从而得到原信号不同范围的能量分布图。图5为采用DB1小波对滤波后信号进行3层小波包分解的分解结果图。从图中可以直观地看到不同能量分带的信号的不同。对于低频分段, 只有某类振动事件的形态在该分段内相对清晰, 这说明该类振动事件含有较宽泛的频率范围, 而其他事件则更多地是分布在高频范围。
图6为小波包分析得到的不同频段下的归一化能量直方图, 其中E0、E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7所对应的频率范围分别为[0~2.5]、 (2.5~5.0]、 (5.0~7.5]、 (7.5~10.0]、 (10.0~12.5]、 (12.5~15.0]、 (15.0~17.5]、 (17.5~20.0], 单位为k Hz。比较图5和图6, 可以看出小波包分解得到能量图能够反映出振动信号的频率分布的真实情况, 因此可以使用不同频率范围的归一化能量作为分析振动信号的频域特征量。
2.4 开关设备动作过程中瞬时能量
典型的高压开关设备动作过程中线圈电流波形如图7所示, 这一波形根据铁芯运动可以分为五个典型阶段。
线圈电流波形对应的特征参数有:时间量 (以t0为时间零点) t1、t2、t3、t4、t5和电流量I1 (Id) 、I2、I3, 波形中的时间参数对应着铁芯的运动事件。在铁芯运动的各阶段, 以特征时间点 (t0~t5) 为中心, 以时间δ为长度, 计算该动作特征点的瞬时能量。设 为tn时刻对应的行程幅值, 分别为以t1为中心, 长度为δ对应时刻的行程幅值, 1、2、…、δ为单位度量值, 则t1时刻对应的能量值如式 (1) 所示:
将相同外部条件下的该特征值进行归一化处理, 得到:
根据 可以绘制出相关时刻点的高压开关设备能量运行趋势图, 为高压开关设备最终的状态评估提供一个重要的输入参量。
使用上述分析方法对机械寿命试验中的1 200次合闸操作进行分析, 选取主频分量E2进行统计分析, 得到如图8所示结果。
2.5 基于多参量多维度的智能高压开关设备状态评估系统
基于多参量多维度的智能高压开关设备状态评估系统是建立在上述所阐述技术的基础上, 通过提取能够反映开关设备状态的特征参量及影响因子, 利用机器学习和模式识别技术 (如故障树、模糊理论、神经网络、支持向量机等) 构建系统的输入参量及输出目标状态之间的关系。
基于多参量多维度的智能高压开关设备状态评估系统可分为三大子系统, 即数据采集与存储系统, 数据分析系统, 状态评估系统。数据采集与存储系统采用基于SQLServer的数据存储策略, 便于数据的后期查新、分类、调用及共享等操作;数据分析系统具有优良的可扩展功能, 便于系统的升级及更丰富的功能扩展;状态评估系统基于多参量的机器学习算法, 评估参量的选择基于已知参量, 以及在上述技术研究过程中探索出来的新的能够反映开关设备状态的参量或判定因子等。
3 结语
本文在对目前智能变电站用高压开关设备研究的基础上, 综合小波分析、包络分析和突变起始点提取法等算法, 实现了数据资源的统一管理, 找到了处理振动信号提取指纹特征的信号分析和处理方法。方法简单, 运行速度较快, 准确性较高, 可适应开关设备声学指纹项目的研究需要。同时, 借助信号处理方法和机器学习算法, 通过挖掘隐藏在开关设备操作过程振动信息中能够反映开关设备状态的参量或影响因子, 搭建基于多参量多维度的智能高压开关设备状态评估系统, 实现对智能高压开关设备自身的良好感知, 从而促进智能高压开关设备更好地适应智能电网的发展需求。本文数据皆是在实验室环境下获取, 且本文所探讨思路的一般性还需开展大量试验数据研究。
参考文献
[1]刘有为, 周华.智能开关设备信息流方案设计[J].高压电器, 2011, 47 (1) :1-4.
[2]Q/GDW383-2009智能变电站技术导则[S].
[3]冯军.智能变电站原理及测试技术[M].北京:中国电力出版社, 2011.