基于改进S变换的高压真空断路器机械故障诊断方法研究.pdf
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1、:./.基于改进 变换的高压真空断路器机械故障诊断方法研究肖鹏斌韦云清(.海军装备部甘肃 兰州 .甘肃省航空电作动重点实验室甘肃 兰州)摘 要:目前一种新型电磁斥力机构已在高压真空断路器中获得应用 为了对电磁斥力机构中发生的故障类型进行诊断文章提出了一种基于改进 变换和支持向量机的故障诊断方法 首先通过电磁斥力机构在高压真空断路器的两个不同位置获得了运行过程中的振动信号 然后使用改进 变换对振动信号进行时频分析并基于归一化能量熵来提取特征量再使用主成分分析来降低特征向量的维数 最后将特征量输入 训练模型进行故障分类并与小波包分解进行比较 结果表明:所提故障诊断方法性能良好能够快速准确地识别出电
2、磁斥力机构中发生的故障关键词:改进 变换支持向量机高压真空断路器机械故障诊断中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引 言近年来高压真空断路器在电力系统中得到了广泛的应用和发展 但同时电力系统也对其机械开关及操动机构的快速性、可靠性和经济性方面提出了更高的要求 因此一种应用在高压真空断路器中的新型电磁斥力机构成为研究热点 而目前对电磁斥力机构的研究主要集中在机械结构的设计和改进方面忽略了其故障问题 国际大电网会议()对高压设备可靠性的国际调查报告中指出的高压电力设备故障出现在操动机构上 因此有必要对电磁斥力机构中出现的机械故障进行监测和诊断而利用振动信号对高压断路器进行机械故障诊断已
3、取得了较多成果 但目前的这些方法均存在缺陷如:传统的小波包分解不具有自适应性存在基函数选择困难的问题并且受噪声影响较大经验模态分解具有自适应性但存在边界效应和模态混叠等现象影响特征量的有效性 变换()由 在 年提出 作为小波变换和短时傅立叶变换的继承和发展 采用高斯窗函数且窗宽与频率的倒数成正比免去了窗函数的选择并改善了窗宽固定的缺陷在电能质量扰动分析领域得到广泛应用 然而 中固定的高斯窗函数限制了其应用效果 为此 等提出广义 变换()但无论 还是 都无法在全时段兼顾频率分辨率和时间分辨率 因此学者周竹生等提出一种 变换改进方法即含可变因子的广义 变换进一步提高非平稳信号的时频分辨率 笔者通过
4、改进 变换对高压真空断路器的振动信号进行分解利用支持向量机进行故障分类使针对断路器机械故障诊断的准确率达到更高水平电力与装备 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:肖鹏斌()男湖南东安人高级工程师研究方向:航空产品质量可靠性研究通信作者:韦云清()男甘肃白银人硕士研究方向:航空电作动 改进 变换标准 的表达式为:()()()()式中:()为输入信号()为高斯窗函数 为位移因子由于控制高斯窗在时轴上位置高斯密函数表达式为:()()/()高斯窗函数的窗宽因子 被定义为频率 的倒数 为改善 时频分辨率固定的缺点将窗宽因子定义为/其中 为频率 的线性函数其表达式为:()其中参数
5、和 共同控制高斯窗的窗宽 增加高频段频率分辨率上升时间分辨率下降 增加低频段的时间分辨率提高 从而高斯窗函数的表达式变为:()()/()由此得到的改进 变换()的表达式为:()()()()/()()当 时 即退化为标准 振动信号经 处理后得到的结果为一个二维复矩阵其行向量表示时间列向量表示频率 对该二维复矩阵求模后即可得到 模矩阵()从中可以提取特征量作为支持向量机输入向量进而用于电磁斥力机构机械故障诊断 特征量提取小波包能量熵在高压断路器故障诊断领域的应用已经较为广泛 文章参考小波包能量熵的思想提出一种改进 变换能量熵提取方法首先将 分别按照行和列划分为 段则 被划分为 个小的时频块 对每一
6、个时频块求能量 计算公式为:.()式中:表示每个时频块中所有元素的幅值 然后求每个时频块的归一化能量:/()式中:为所有时频块的能量总和 最后可求得 变换能量熵 和:()()式中:为时域能量熵为频域能量熵 则振动信号特征量.由此可得到基于改进 变换和支持向量机的高压真空断路器机械故障诊断流程如图 所示图 高压真空断路器机械故障诊断流程图 高压真空断路器故障诊断.故障模拟及数据处理建立电磁斥力机构高压真空断路器实验平台模拟电磁斥力机构中的正常信号和 种故障信号:类别正常信号类别 控制回路电压过低(线圈充电电图 振动信号实验测试平台压降为 额定电压)类别 控制回路电压过高(线圈充电电压升至 额定电
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