一种高压隔离开关机械故障检测装置及检测方法与流程

本发明涉及高压隔离开关机机械故障分析技术领域，尤其涉及一种高压隔离开关机械故障检测装置及检测方法。

背景技术：

高压开关又称高压断路器，是一种电力系统中常用的设备。高压开关不仅能够切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且还能够在电力系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流。

高压开关种类较多，其中，高压隔离开关是电力系统中用量最多的一种。在使用时，高压隔离开关需要与高压断路器配套使用，在一般情况下，高压隔离开关的用量是高压断路器用量的2～4倍。高压隔离开关与高压断路器配套使用，主要用于倒闸操作、隔离电源或者分合小负荷设备，并能够保证高压电器及其装置在检修工作时的安全，进而起到隔离电压的作用。由于高压隔离开关一般处于户外运行环境，因而容易受到周围环境和气候条件的影响；同时由于高压隔离开关长期处于闭合或断开状态，在周围环境的影响下容易发生诸如绝缘子断裂、导电回路发热、操作失灵和锈蚀等的各种故障。在上述各种故障中，除导电回路发热外，其他都属于机械故障。

对于上述各种故障均有其相应的检测方法，如针对绝缘子断裂问题，现有方法如超声波探伤技术、振动声学法、红外热检测等能够有效检测出绝缘子存在的缺陷，但检测成本高；针对导电回路发热问题，现有的红外监测技术能够有效检测预防导电回路过热问题；针对操作失灵、锈蚀卡涩等机械故障，现有的诊断方法主要以经验诊断和防范措施为主，如对带摇把的隔离开关，可通过转动摇把时的手感轻重来判断有无机械卡涩，该方法操作简单，但与操作人员的经验有关，容易引起误判；如定期检查限位开关固定螺丝是否松动，预防闸刀的分合闸不到位，定期润滑活动关节部位，预防传动机构锈蚀卡涩，但这需要大量的人力。上述检测诊断方法均存在检测成本高、依靠经验判断或需大量人力的问题；同时，上述方法只能针对单一机械故障进行检测，且在检测时需要逐个排除故障类型，不能统一判断高压隔离开关是否出现机械故障。因此，上述方法无论从安全性、经济性上，都无法满足电力系统安全、稳定、经济的发展要求。

技术实现要素：

本发明提供一种高压隔离开关机械故障检测装置及检测方法，以解决现有检测方法只能单一检测高压隔离开关机械故障的问题。

本发明提供一种高压隔离开关机械故障检测方法，所述检测方法包括：

待检高压隔离开关分合闸过程中，检测安装在下位机上的待检高压隔离开关电机定子相三相线中任意一相的电流信号；

将所述电流信号和所述下位机的编号发送给数据采集装置；

所述数据采集装置按照预设采样频率对所述电流信号进行采样，形成电流数据；

将所述电流数据和所述下位机的编号通过无线通信装置发送给上位机；

选取所述下位机启动后至分合闸结束之间的所述电流数据；

将选取后的所述电流数据进行希尔比特变换，得到电流包络数据；

将所述电流包络数据进行小波滤波，得到电流包络线；

在预设的波形数据库中查找与所述待检高压隔离开关型号相同的高压隔离开关的标准波形；

计算所述电流包络线和所述标准波形之间的相关系数；

根据所述相关系数判断所述待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。

优选地，所述预设采样频率为系统固有响应频率的整数倍，且所述预设采样频率大于两倍的所述系统固有响应频率。

优选地，所述预设采样频率为400Hz。

优选地，将所述电流包络数据进行小波滤波，得到电流包络线包括：

通过dmey小波将所述电流包络数据进行6层分解，除去1-6层的高频系数，重构第6层的低频系数，获取小于4Hz的低频波，形成电流包络线。

优选地，所述波形数据库的建立包括：

对高压隔离开关进行调试；

调试正常后，测量所述高压隔离开关正常运行状态下的电流信号；

保存所述电流信号及所述电流信号相对应的所述高压隔离开关型号，形成波形数据库。

优选地，所述相关系数的计算公式为：

其中，r为相关系数，x_i、y_i为两个离散信号序列，n为序列数据个数，为两序列的均值。

优选地，根据所述相关系数判断所述待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度包括：

若0.85≤|r|≤1，则所述待检高压隔离开关处于正常状态；

若0.55≤|r|<0.85，则所述待检高压隔离开关存在轻微机械故障；

若0.25≤|r|<0.55，则所述待检高压隔离开关存在严重机械故障；

若0≤|r|<0.25，则所述待检高压隔离开关存在很严重机械故障。

本发明提供一种高压隔离开关机械故障检测装置，所述检测装置包括上位机和多个下位机，所述上位机和多个所述下位机均包括无线通信装置，且所述上位机中的所述无线通信装置分别电连接多个所述下位机中的所述无线通信装置；所述上位机还包括与位于所述上位机内的所述无线通信装置相连接的主机，所述下位机还包括电连接的检测装置和数据采集装置，所述数据采集装置与所述下位机中的所述无线通信装置电连接。

优选地，所述检测装置为电流传感器，所述数据采集装置为A/D转换器或数据采集卡。

优选地，所述无线通信装置为ZigBee模块或RF903模块。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供的高压隔离开关机械故障检测方法包括：待检高压隔离开关分合闸过程中，检测安装在下位机上的待检高压隔离开关电机定子相三相线中任意一相的电流信号；将所述电流信号和所述下位机的编号发送给数据采集装置；所述数据采集装置按照预设采样频率对所述电流信号进行采样，形成电流数据；将所述电流数据和所述下位机的编号通过无线通信装置发送给上位机；选取所述下位机启动后至分合闸结束之间的所述电流数据；将选取后的所述电流数据进行希尔比特变换，得到电流包络数据；将所述电流包络数据进行小波滤波，得到电流包络线；在预设的波形数据库中查找与所述待检高压隔离开关型号相同的高压隔离开关的标准波形；计算所述电流包络线和所述标准波形之间的相关系数；根据所述相关系数判断所述待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。在本发明提供的高压隔离开关机械故障检测方法中，数据采集装置按照预设采样频率对发送过来的高压隔离开关分合闸过程中的电流信号进行采集，形成电流数据，电流数据及高压隔离开关所位于的下位机的编号一同发送给上位机，上位机中的主机对发送过来的电流数据按照下位机的编号进行数据处理，完成对所有高压隔离开关的电流数据处理，并根据所处理的结果分析与上位机相连的所有高压隔离开关的运行状态，从而判断高压隔离开关是否发生机械故障及发生故障的严重程度。上位机中的主机对发送过来的电流数据进行数据处理时，分别对电流数据进行希尔比特变换和小波滤波，从而得到待检高压隔离开关相应的电流包络线，在波形数据库中查找与待检高压隔离开关型号相同的高压隔离开关的标准波形，计算所得到的电流包络线与标准波形之间的相关系数，从而通过两者之间的相关系数判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。本发明提供的高压隔离开关机械故障检测方法通过计算待检高压隔离开关的电流数据与标准波形之间的相关系数而判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度，从而避免工作人员经验判断而导致的失误；同时，上位机能够对下位机发送过来的电流数据全部进行处理，从而对所有高压隔离开关的运行状态进行判断，这不仅能够大大提高检修效率，节省人力物力程本，而且还能够避免漏检的情况。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测方法的检测方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的上位机接收到的电流数据波形图；

图3为本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测装置的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参考附图1，附图1示出了本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测方法的检测方法流程示意图。以下高压隔离开关机械故障检测方法的描述均以附图1为基础。

本发明实施例提供了一种高压隔离开关机械故障检测方法，该检测方法包括：

S01：待检高压隔离开关分合闸过程中，检测安装在下位机上的待检高压隔离开关电机定子相三相线中任意一相的电流信号。

S02：将电流信号和下位机的编号发送给数据采集装置。

S03：数据采集装置按照预设采样频率对电流信号进行采样，形成电流数据。

S04：将电流数据和下位机的编号通过无线通信装置发送给上位机。

S05：选取下位机启动后至分合闸结束之间的电流数据。

S06：将选取后的电流数据进行希尔比特变换，得到电流包络数据。

S07：将电流包络数据进行小波滤波，得到电流包络线。

S08：在预设的波形数据库中查找与待检高压隔离开关型号相同的高压隔离开关的标准波形。

S09：计算电流包络线和标准波形之间的相关系数。

S10：根据相关系数判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。

具体的描述为：

S01：在待检高压隔离开关分合闸过程中，检测安装在下位机上的待检高压隔离开关电机定子相三相线中任意一相的电流信号，该电流信号包括电流大小。

S02：将检测到的电流信号和设置有待检高压隔离开关的下位机的编号发送给数据采集装置，以使数据采集装置对电流信号进行数据采集。

S03：数据采集装置按照预设采样频率对连续的电流信号进行数据采样，形成电流数据。其中，该预设采样频率为系统固有响应频率的整数倍，且预设采样频率大于两倍的系统固有响应频率。在本发明实施例中，系统固有响应频率为50Hz，预设采样频率设置为400Hz。

S04：将按照预设采样频率采集到的电流数据和下位机的编号通过无线通信装置发送给上位机，其中，无线通信装置可以为ZigBee模块、RF903模块等。

S05：选取下位机启动后至高压隔离开关分合闸结束之间的电流数据。

如附图2所示，在下位机传输给上位机的电流数据中，下位机启动阶段的电流波动较大，因而波形中包含有太多杂波，影响后续的测量结果，因此，下位机需要对所接收的电流数据进行处理，即去除下位机启动阶段的电流数据，仅选取下位机启动后至高压隔离开关分合闸结束之间的电流数据。一般的，需要去除电流数据波形前3％-4％时间段内的数据。

S06：将选取后的电流数据进行希尔比特变换，得到电流包络数据。

S07：将电流包络数据进行小波滤波，得到电流包络线。

通过dmey小波将变换后得到的电流包络数据进行6层分解，并除去1-6层的高频系数，重构第6层的低频系数，获取频率小于4Hz的低频波，从而完成低通滤波并形成电流包络线。

S08：在预设的波形数据库中查找与待检高压隔离开关型号相同的高压隔离开关的标准波形。

对新购买或新制备的高压隔离开关进行调试，以确保高压隔离开关能够正常运行；调试正常后，测量高压隔离开关正常运行状态下的电流信号；对所采集到的电流信号及电流信号相对应的高压隔离开关型号进行保存，多组高压隔离开关型号及其电流信号形成波形数据库。

S09：计算电流包络线和标准波形之间的相关系数。

计算电流包络线和标准波形之间的相关系数，该相关系数能够定量描述被测隔离开关电机电流包络波形相对于正常波形的畸变程度，从而判断被测隔离开关是否存在机械故障以及故障的严重程度。其中，相关系数r的计算公式为：

x_i、y_i为电流包络线数据和标准波形数据，n为数据个数，为两数据的均值。相关系数r的取值范围为[-1,1]，|r|能够表示变量之间相关程度的高低。特殊地，|r|＝1称为完全正相关，表示两个变量完全线性相关、波形变化趋势完全相同；|r|＝0称为不相关，表示两个随机变量线性无关、波形变化趋势毫无关联。

S10：根据相关系数判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。

根据相关系数的绝对值|r|判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度，具体的判定为：

若0.85≤|r|≤1，则待检高压隔离开关处于正常状态，能够继续正常运行；

若0.55≤|r|<0.85，则待检高压隔离开关存在轻微机械故障，日常运行维护时需注意；

若0.25≤|r|<0.55，则待检高压隔离开关存在严重机械故障，如出现严重卡涩，应尽快安排检修；

若0≤|r|<0.25，则待检高压隔离开关存在很严重机械故障，如拒分、拒合等，需要立即进行检修，必要时进行更换。

本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测方法通过数据采集装置按照预设采样频率对发送过来的高压隔离开关分合闸过程中的电流信号进行采集，形成电流数据，电流数据及高压隔离开关所位于的下位机的编号一同发送给上位机，上位机中的主机对发送过来的电流数据按照下位机的编号进行数据处理，完成对所有高压隔离开关的电流数据处理，并根据所处理的结果分析与上位机相连的所有高压隔离开关的运行状态，从而判断高压隔离开关是否发生机械故障及发生故障的严重程度。上位机中的主机对发送过来的电流数据进行数据处理时，分别对电流数据进行希尔比特变换和小波滤波，从而得到待检高压隔离开关相应的电流包络线，在波形数据库中查找与待检高压隔离开关型号相同的高压隔离开关的标准波形，计算所得到的电流包络线与标准波形之间的相关系数，从而通过两者之间的相关系数判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。本发明提供的高压隔离开关机械故障检测方法通过计算待检高压隔离开关的电流数据与标准波形之间的相关系数而判断待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度，从而避免工作人员经验判断而导致的失误；同时，上位机中的主机能够对下位机发送过来的电流数据全部进行处理，从而对所有高压隔离开关的运行状态进行判断，这不仅能够大大提高检修效率，节省人力物力程本，而且还能够避免漏检的情况。

本发明实施例提供了一种高压隔离开关机械故障检测装置，具体请参考附图3。本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测装置包括上位机和多个下位机，其中，上位机和多个下位机均包括无线通信装置，且上位机中的无线通信装置分别电连接多个下位机中的无线通信装置，进而通过无线通信装置实现上位机与多个下位机同时进行数据传输的目的。进一步，上位机还包括与位于上位机内的无线通信装置相连接的主机，下位机还包括电连接的检测装置和数据采集装置，且数据采集装置与下位机中的无线通信装置电连接。主机用于对接收到的数据信息进行分析。检测装置用于检测高压隔离开关电机定子相三相线中任意一相的电流信号，并将所检测到的电流信号发出。数据采集装置对检测装置发送过来的电流信号按照预设采集频率进行采集，并将采集到的数据通过无线通信装置发送给上位机。

在本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测装置中，检测装置为电流传感器，如霍尔电流传感器等。进一步，数据采集装置为A/D转换器或数据采集卡，其中，A/D转换器可以采用Σ-Δ型转换器、逐次比较型或压频变换型等。无线通信装置为ZigBee模块或RF903模块。

本发明实施例提供的高压隔离开关机械故障检测装置通过电流传感器检测待检高压隔离开关电机定子相三相线中任意一相的电流信号，并将所检测到的电流信号发送至A/D转换器或数据采集卡，A/D转换器或数据采集卡按照预设采集频率对电流信号进行数据采集，并将所采集到的数据通过与A/D转换器或数据采集卡相连接的无线通信装置传送至上位机中，并由主机对所接收到的数据进行希尔比特变换、小波滤波及相关系数的计算与比较，进而得出待检高压隔离开关是否存在机械故障及机械故障的严重程度。由于上位机与多个下位机相连接，因此，上位机能够检测与其相连的所有下位机中高压隔离开关的运行情况，进而大大提高检修效率，节省人力物力程本，避免漏检的情况发生。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。