溯源弹簧形变过程的断路器振动信号递归量化分析辨识方法.pdfVIP

2024年4月电工技术学报Vol.39No.8

第39卷第8期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYApr.2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.230201

溯源弹簧形变过程的断路器振动信号

递归量化分析辨识方法

1垚1121

刘会兰常庚赵书涛付磊刘教民

（1.华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室保定071003

2.河北大学电子信息工程学院保定071002）

摘要从锁止机构脱扣引起储能弹簧释能，经部件带动动触头运动再到静止的每个动作具有

严格阶段特征，伴随断路器动作的机械振动展现了能量传递及设备健康状态。该文提出一种溯源

弹簧形变过程的断路器振动信号递归量化分析方法，首先由高速相机捕捉断路器操动时储能弹簧

的动作图像，通过计算机视觉跟踪动态提取反映弹簧形变特征帧，再依据特征帧时序划分操动过

程；然后将不同阶段振动信号映射至高维相空间，经递归分析得到体现动力系统变化特征的递归

图，并递归量化分析其纹理结构特征；最后利用支持向量机模型对正常及故障状态下的断路器振

动特征样本进行分析辨识，对比结果证明，由弹簧释能时序细化振动信号特征分析有效提高了分

类识别准确率。该文方法在断路器操动机构状态辨识中具有广阔的应用前景。

关键词：高压断路器动作阶段振动信号递归量化分析状态辨识

中图分类号：TM561

经取得许多显著成果[10-11]，从传统的傅里叶变换[12]、

0引言功率谱估计[13]和阶次谱分析[14]，到适合非平稳信号

高压断路器是承担电网控制和保护作用的动作的小波分析[15]、经验模态分解[16]等都进行过尝试，

型电气设备[1-2]，相关调查统计表明，断路器操动机时频域分段的新算法也层出不穷。文献[17]通过对

构机械及其辅助控制回路故障在所有故障中占比约振动信号S变换的模值矩阵进行时域、频域分段，

为60%，且呈逐年上升趋势[3]。随着输配电网结构在不同段提取特征量。文献[18]对振动信号小波包

复杂性和自动化程度的不断提高，对断路器操作可变换后的各频段分量信号进行等时间分段，以各分

靠性的要求也不断提升[4-6]，因此从不同检测机理出块的能量作为特征量。通过提取分段信号的特征，

发研究断路器操动机构机械故障判别新方法成为近可以较好地描述信号局部细节，发现微弱的变异特

年来的热点。征。这些研究均依据单一振动信号，多以能量时频

断路器操动过程本质上是由储能元件释放能量谱为特征量，采用分段特征在一定程度上提高了断

促使主轴、凸轮、拐臂、拉杆和触头等机构部件依路器故障诊断的速度和准确率。断路器动作物理过

次动作到位的过程，伴随产生的振动信号包含一系程能量传递与其动作特性紧密相关，在考虑时频分

列振幅各异、持续时间不一的冲击子波[7-9]。因此，布基础上提高分段科学性，对于在提高准确率的同

机构部件动作及位置，与能量传递及振动时序直接时降低算法计算量非常有意义。

相关。目前，利用振动信号分析断路器故障诊断已文献[19]利用语音信号短时分析法将振动信号