基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统及方法与流程

本发明属于断路器液压操动机构状态监测，具体涉及一种基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统及方法。

背景技术：

1、液压操动机构是一种与气体绝缘金属封闭开关设备（英文简称gis）和发电机出口断路器（英文简称gcb）的断路器配套的操作动力装置。液压操动机构主要特征是弹簧储能和液压传递，其主要缺陷包括油泵电机运行超时、油泵电机频繁启动、机构工作缸裂纹导致液压油外漏等。这些缺陷的持续发展和劣化将导致操动机构碟簧储能不足，引发分合闸失败，最终导致断路器失灵保护动作，扩大停电范围，同时可能导致断路器灭弧室温度和压力异常升高，导致灭弧室设备损坏。所以，操动机构运行状态的在线监测和评估，对于gis和gcb的安全稳定运行至关重要。

2、目前，对液压操动机构的在线监测手段主要是方式一：油泵电机启动次数监测；方式二：油泵电机运行超时报警。方式一只能监测油泵电机启动周期和频次；方式二是通过时间继电器实现，但只能输出开关量报警信号。

3、现有两种方式均无法监测操动机构油泵电机每次打压的具体持续时间，而该时间只能在设备预防性试验时，通过人工计时测量。同时，操作机构工作缸一旦出现贯穿性裂纹，就必须立刻更换操动机构，但早期裂纹已经表现出人耳可辨的异常声音。

4、因此，如何实现操动机构的油泵运行时间在线测量，以及通过监测工作缸的状态来实现早期裂纹的监测是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统及方法，通过声振角一体式传感器、dsp处理单元、后台服务器的硬件配合，以及断路器状态感知系统软件和adobe软件融合，在断路器正常操作过程中，采集液压操动机构油泵电机启动期间的声音信号，并通过时域和频域双向解析，实现操动机构运行状态的在线监测。

2、本发明采取的技术方案为：

3、基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统，该系统包括：

4、声振角一体式传感器，用于采集三相断路器的角度、振动、声音信号；

5、声振角一体式传感器连接dsp处理单元，dsp处理单元连接远程服务器，远程服务器连接大数据平台。

6、所述声振角一体式传感器为三个，分别与a相断路器拐臂、b相断路器拐臂、c相断路器拐臂通过螺纹和强力胶连接。

7、断路器拐臂结构决定了传感器安装方式只有螺纹和胶粘两种方式，为了更加牢固安装传感器，就同时采用了以上两种方法，并选用了粘接力更强的强力胶。

8、所述三相断路器的角度、振动、声音信号经过dsp处理单元处理后，上送至远程服务器。

9、所述远程服务器系统软件通过设定角度、振动、声音等断路器动作关键特征参数阈值，判定t1时刻断路器动作；系统将最靠近操动机构的声振角一体式传感器的声音信号导入adobe软件，同样以t1时刻作为数据截取启动时刻，经时域和频域双向解析后，得到断路器动作和操动机构打压动作的信号图谱，其中：t1为系统判定的断路器动作开始时间。

10、所述远程服务器系统软件，监测每次断路器动作后操动机构油泵的运行时间，同时能够识别操动机构主要的频带分布，远程服务器同时将监测数据上送至大数据平台，并设置报警提示功能。

11、基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测方法，包括以下步骤：

12、步骤1：当三相断路器完成一次分闸或合闸动作后，三个传感器同时采集三相断路器的角度、振动、声音信号；

13、步骤2：步骤1采集的三相断路器的角度、振动、声音信号经过dsp处理单元处理后，上送至远程服务器；

14、步骤3：远程服务器识别并截取三相断路器角度、振动、声音的时域信号；

15、步骤4：远程服务器系统软件通过设定角度、振动、声音等断路器动作关键特征参数阈值，判定t1时刻断路器动作；

16、步骤5：系统将最靠近操动机构的声振角一体式传感器的声音信号导入adobe软件，同样以t1时刻作为数据截取启动时刻，经时域和频域双向解析后，得到断路器动作和操动机构打压动作的信号图谱；

17、步骤6：在线监测每次断路器动作后操动机构油泵的运行时间，同时识别操动机构主要的频带分布，远程服务器同时将监测数据上送至大数据平台。

18、所述步骤4中，t1为系统判定的断路器动作开始时间。

19、图2中t1时刻的判定方法是：当abc中任一相任一类别传感器信号的变幅达到如下要求时，记为t1时刻。角度信号变化超过1°（全程80°），声音和振动信号变幅超过20%最大值，最大值已通过历次分合闸记录曲线求出。

20、所述步骤5中，将最靠近操动机构的声振角一体式传感器的声音信号导入adobe软件，

21、同一操作机构带动三相断路器，所以操作机构动作时，三相声音和振动传感器都会收到信号。但是因为各相与操作机构的距离依次相差2米，所以接受到的信号强度也不一样。最靠近操动机构的声振角一体式传感器的信号最便于辨识和分析。

22、adobe软件直接安装在图1中的远程服务器中。

23、在远程服务器中，专门研发的算法和逻辑只能实现信号的识别判断，无法实现对声音信号在时域和频域上的分解分析。经过对现有多款信号处理软件的应用对比，adobe软件的处理效果最佳，同时兼容性最好。

24、在远程服务器中，包括系统开发软件和adobe软件两款软件，两者之间实现了信号自动导入，信号从系统开发软件导入adobe后，根据选定的adobe软件时域频域分析功能选项，完成时域频域分解，解析信号暂存服务器，然后导入系统开发软件，由系统开发软件完成操作机构电机运行时间识别和声音频域识别。

25、所述步骤5中， adobe软件中时域和频域双向解析是通过软件自带功能实现的，本发明应用了adobe软件的一个既定功能。本发明的核心技术要点包括监测传感器及系统搭设、系统开发软件和adobe软件两款软件间的信号自动导入、操作机构电机运行时间识别和声音频域识别。

26、所述步骤6中，识别操动机构主要的频带分布，具体如下：

27、从图4和图5中得出，机构主要频带集中在3khz-5khz。远程服务器的算法是根据图4和图5中各频段的能量密度来识别的，能量密度越大，亮度越高。

28、本发明一种基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统及方法，技术效果如下：

29、1）本发明不同于传统离线测量方法对设备运行方式的限制，无需设备停运，实现在线测量分析，提高了核心设备状态监测分析效率。

30、2）本发明的传感器安装方式与操动机构未接触，不影响被检测设备自身的安全稳定运行。

31、3）本发明采用声音、振动、角度多参量融合传感器，可在实现操动机构定量监测的基础上，同步完成对断路器的各项监测，系统集成度高，可扩展性强。

技术特征：

1.基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统，其特征在于，该系统包括：声振角一体式传感器，用于采集三相断路器的角度、振动、声音信号；

2.根据权利要求1所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统，其特征在于：所述声振角一体式传感器为三个，分别与a相断路器拐臂、b相断路器拐臂、c相断路器拐臂通过螺纹和强力胶连接。

3.根据权利要求1所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统，其特征在于：所述三相断路器的角度、振动、声音信号经过dsp处理单元处理后，上送至远程服务器。

4.根据权利要求1所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统，其特征在于：所述远程服务器系统软件通过设定角度、振动、声音等断路器动作关键特征参数阈值，判定t1时刻断路器动作；系统将最靠近操动机构的声振角一体式传感器的声音信号导入adobe软件，同样以t1时刻作为数据截取启动时刻，经时域和频域双向解析后，得到断路器动作和操动机构打压动作的信号图谱，其中：t1为系统判定的断路器动作开始时间。

5.根据权利要求1所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统，其特征在于：所述远程服务器系统软件，监测每次断路器动作后操动机构油泵的运行时间，同时能够识别操动机构主要的频带分布，远程服务器同时将监测数据上送至大数据平台，并设置报警提示功能。

6.基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测方法，其特征在于包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测方法，其特征在于：所述步骤4中t1时刻的判定方法是：当abc中任一相任一类别传感器信号的变幅达到要求：角度信号变化超过1°，声音和振动信号变幅超过20%最大值时，记为t1时刻。

8.根据权利要求6所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测方法，其特征在于：所述步骤5中，将最靠近操动机构的声振角一体式传感器的声音信号导入adobe软件。

9.根据权利要求6所述基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测方法，其特征在于：所述步骤5中，在远程服务器中，包括系统开发软件和adobe软件两款软件，信号从系统开发软件导入adobe后，根据选定的adobe软件时域频域分析功能选项，完成时域频域分解，解析信号暂存服务器，然后导入系统开发软件，由系统开发软件完成操作机构电机运行时间识别和声音频域识别。

技术总结
基于时频双域声纹解析的断路器液压操动机构在线监测系统及方法，该系统包括：声振角一体式传感器，用于采集三相断路器的角度、振动、声音信号；声振角一体式传感器连接DSP处理单元，DSP处理单元连接远程服务器，远程服务器连接大数据平台。通过声振角一体式传感器、DSP处理单元、后台服务器的硬件配合，以及断路器状态感知系统软件和adobe软件融合，在断路器正常操作过程中，采集液压操动机构油泵电机启动期间的声音信号，并通过时域和频域双向解析，实现操动机构运行状态的在线监测，提高了核心设备状态监测分析效率。

技术研发人员：冉帅,张兆闯,肖江滔,夏建华,曹宏
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15