一种基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法与流程

本发明属于真空断路器状态识别领域，尤其涉及一种基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法。

背景技术：

1、真空断路器是一种广泛应用于电力系统中的开关设备，其主要功能是在正常或异常情况下打开或关闭电路，保护电力系统的安全运行。真空断路器的开断能力是指在电路发生故障时，能够迅速地将电路中的电流切断的能力，是重要性能指标之一，需要进行定期检测。

2、现有的真空断路器开断能力检测方法主要有三种：直接测量法、间接测量法和无负荷试验法。这些方法存在一定的局限性，如操作复杂、试验条件苛刻、测量结果受环境影响大以及对真空断路器产生不良影响等。随着检测手段的智能化发展，机器学习在电力设备状态诊断和评估中发挥着重要作用，transformer模型的自注意力机制允许并行计算，使得在处理长序列数据时具有更高的计算效率。相比于传统的循环神经网络(rnn)等序列模型，transformer可以同时处理所有位置的输入，而不需要顺序处理每个位置的输入，从而加快了模型的训练和推理速度。transformer模型现已被广泛应用于自然语言处理领域，特别是在机器翻译任务中，例如google的"transformer"模型。

3、真空断路器在开断时会产生电磁辐射信号，是连续的、多通道的时间序列数据，不同于自然语言处理任务的标记序列。因此，将真空断路器在开断时会产生电磁辐射信号转换为适合transformer模型输入的表示形式存在如下问题：

4、(1)序列长度不固定。电磁辐射信号的长度可能因监测时间而异，即是任意长度的连续时间序列。然而，现有的transformer模型要求固定长度的输入序列，这导致在直接将原始信号输入模型时会出现维度不匹配的问题。

5、(2)序列之间关联。电磁辐射信号通常具有一定的时序关联性，不同时间步之间存在复杂的依赖关系。例如，在真空断路器开断前，电磁辐射信号可能会表现出一种预热过程。然而，现有的transformer模型并不直接考虑序列之间的位置信息，仅通过自注意力机制捕捉序列内的关联。

6、(3)多通道数据。电磁辐射信号是电场和磁场两个通道，每个通道代表不同物理量或传感器的观测值。然而，现有的transformer模型是针对处理单通道文本序列设计的，无法直接处理多通道数据。

7、迄今为止，未见将transformer模型应用于基于电磁辐射对真空断路器开断能力进行检测的相关报道。

8、背景技术

9、本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法。

10、本发明的技术解决方案是：一种基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法，按照如下步骤进行：

11、步骤1.利用设置在真空断路器附近的电磁辐射探测器，实时采集被测真空断路器开断时产生的电磁辐射信号；

12、步骤2.将所采集的电磁辐射信号进行预处理，得到用于分析的连续时间序列的电磁辐射数字信号；

13、步骤3.按照固定长度的时间步长截取电磁辐射数字信号，得到多个固定长度的子序列并提取子序列的时域特征、频域特征和时频域特征；

14、步骤4.将所提取特征归一化处理并输入至训练好的真空断路器开断能力关系模型中，输出开断能力的预测值；

15、所述训练好的真空断路器开断能力关系模型是按照如下步骤建立：

16、步骤4.1构建模型

17、对传统transformer模型的注意力机制进行扩展，具体是在每个编码器层引入全局注意力机制和跨通道注意力机制，为每个子序列添加一个全局的查询向量，为电磁两个通道分别添加一个通道特定的查询向量，对于注意力加权融合，是将电磁两个通道分别设定一个注意力权重；

18、步骤4.2建立训练集

19、按照步骤1-3所述方法，提取真空断路器样本电磁辐射信号各子序列的时域特征、频域特征和时频域特征；所得到的电场特征序列及磁场特征序列即为训练集；

20、步骤4.3训练模型

21、步骤4.3.1设置构建模型的各项参数；

22、步骤4.3.2使用位置编码引入训练集特征序列中各元素的顺序信息；

23、步骤4.3.3使用全局查询向量计算全局注意力输出；

24、步骤4.3.4使用通道特定的查询向量计算跨通道注意力输出；

25、步骤4.3.5将每个通道的跨通道注意力输出与对应的注意力权重进行加权求和，得到多通道的融合特征；

26、步骤4.3.6将多通道的融合特征输入到前馈神经网络，获得最终的输出；

27、步骤4.3.6在所有编码器层完成后，输出层输出最终的结果；

28、步骤4.3.7优化模型，得到训练好的真空断路器开断能力关系模型；

29、步骤5.对比分析真空断路器开断能力预测值与设计阈值的关系，判断预测值是否大于设计阈值，是，被测真空断路器开断能力良好；否，被测真空断路器开断能力较差。

30、优选的技术方案是所述设置在真空断路器附近的电磁辐射探测器是设置在真空断路器距离为0.8-1.2米，探测频率范围为1mhz～1ghz。

31、优选的技术方案是所述步骤2是对采集到的电场信号和磁场信号分别进行带通滤波，并对滤波后的信号使用宽带低噪声放大器进行放大处理，然后再将模拟信号转变为数字信号。

32、优选的技术方案是所述步骤3是采用统计学方法提取电磁辐射信号的时域特征；采用傅里叶变换将时域信号转变到频域上，提取频域特征；采用变分模态分解算法，对电磁辐射数字信号提取各频率下的分量，计算电磁辐射信号的时频特征。

33、本发明首先构建了真空断路器开断能力关系模型，具体是采集真空断路器开断时的电磁辐射信号，将采集到的电场和磁场信号预处理后得到数字信号，再将数字信号分为固定时长的子序列并提取子序列的时域特征、频域特征和时频域特征；然后对现有的transformer模型进行了改进，引入全局注意力机制和跨通道注意力机制，对多个通道的特征进行注意力加权融合，再用训练集对改进的transformer模型进行训练。以训练好的真空断路器开断能力关系模型对被测真空断路器开断能力进行检测，进而实现无侵入地对真空断路器开断能力的快速、安全、准确评估，克服了现有技术所存在的操作复杂、试验条件苛刻、测量结果受环境影响大以及对真空断路器产生不良影响等问题。

技术实现思路

技术特征：

1.一种基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法，其特征在于按照如下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法，其特征在于：所述设置在真空断路器附近的电磁辐射探测器是设置在真空断路器距离为0.8-1.2米，探测频率范围为1mhz～1ghz。

3.根据权利要求2所述的基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法，其特征在于：所述步骤2是对采集到的电场信号和磁场信号分别进行带通滤波，并对滤波后的信号使用宽带低噪声放大器进行放大处理，然后再将模拟信号转变为数字信号。

4.根据权利要求3所述的基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法，其特征在于：所述步骤3是采用统计学方法提取电磁辐射信号的时域特征；采用傅里叶变换将时域信号转变到频域上，提取频域特征；采用变分模态分解算法，对电磁辐射数字信号提取各频率下的分量，计算电磁辐射信号的时频特征。

技术总结
本发明公开一种基于电磁辐射的真空断路器开断能力检测方法，首先构建了真空断路器开断能力关系模型，具体是采集真空断路器开断时的电磁辐射信号，将采集到的电场和磁场信号预处理后得到数字信号，再将数字信号分为固定时长的子序列并提取子序列的时域特征、频域特征和时频域特征；然后对现有的Transformer模型进行了改进，引入全局注意力机制和跨通道注意力机制，对多个通道的特征进行注意力加权融合，再对训练集对改进的Transformer模型进行训练。以训练好的真空断路器开断能力关系模型对被测真空断路器开断能力进行检测，进而实现无侵入地对真空断路器开断能力的快速、安全、准确评估。

技术研发人员：李新星,魏丽峰,滑勉,赵峰,姚峰,亢锐,王朱锁,郭淳,徐宏锐,荀之
受保护的技术使用者：国网山西省电力公司临汾供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29