【摘要】：高壓斷路器是電力系統(tǒng)的關鍵設備之一,由于戶外環(huán)境的影響或機械部件自身的質量問題,機械故障時有發(fā)生,從而造成經濟損失。機械振動信號包含的時頻特征能反映機械的運行狀況,因而國內外學者大量開展了基于振動信號的高壓斷路器故障診斷的研究,但信號特征的有效提取與故障的準確識別一直是研究的難點,且未取得重大突破。為此,論文利用虛擬儀器技術搭建的振動信號采集平臺采集了四種振動類型(正常狀況、基座螺絲松動、延時動作、儲能彈簧松動)的實驗數據,對高壓斷路器合閘振動信號的特征提取與識別方法進行了研究,研究的主要內容包括:(1)信號的降噪及時頻分析。針對實測數據,采用了改進的閾值函數進行降噪預處理,對比軟閾值、硬閾值信號降噪方法,能有效保證估計信號的平滑性與突變信息。然后選定經驗小波變換、變分模態(tài)分解兩種方案對實測信號分解,并討論了實測信號本征模態(tài)數的選取問題,對比經驗模態(tài)分解、聚合經驗模態(tài)分解方法的時頻分辨性能,論文選取的方法可精確得到信號真實的窄帶本征模態(tài)分量。(2)信號的特征提取。為了進一步量化信號的時頻特性,在時頻分析的基礎上,論文提出了兩種新的特征提取方法,改進的時頻熵法、一種新的時間分割能量熵的特征提取方法。與傳統(tǒng)的特征提取方法相比,兩種特征提取方法能更好刻畫信號的時頻特性。(3)信號的識別。針對斷路器動作次數不頻繁,獲取大量的振動樣本難以實現,且存在樣本數量分布不均勻問題,論文為斷路器機械振動信號的識別提供了兩種可行方案,并詳細討論了識別方案的各項分類性能指標。方案一采用了多分類支持向量機識別四種類型振動信號,分類器參數采用隨機搜索尋優(yōu)確定,以減少識別時間開銷,方案一的準確率達95%,以所有故障樣本為正例下的召回率達96.67%。為了綜合考慮召回率、準確率性能指標與樣本數量分布不均勻問題,方案二創(chuàng)造性的利用單分類支持向量機最大限度的檢測出故障樣本,然后用循環(huán)遍歷優(yōu)化的概率神經網絡識別出具體的故障類型,模型準確率達到95%,以所有故障樣本為正例下的召回率達96.77%,與傳統(tǒng)故障診斷模型相比,該分類模型在保證準確率的前提下,能最大程度避免故障樣本誤識為正常狀況而錯過設備最佳維護時間。
【學位授予單位】：黑龍江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM561
【圖文】：

Fig.1-1 Two signal recognition schemes本文的主要工作體現在：（1）對比了 EMD、EEMD、EWT、VMD 信號分解的性能，討論了模態(tài)數 K的選取。（2）提出了兩種特征提取方案，改進的時頻熵特征、一種新的時間分割能量熵特征，通過對比研究，討論了方案的可行性。（3）采用了兩種信號識別方案，識別方案一采用隨機搜索尋優(yōu)方法優(yōu)化 SVM的核函數參數 g 與懲罰系數 C，減少了網格搜索（Grid search, GS）的時間開銷。方案二綜合考慮了準確率與召回率，首先采用 RBF 核 OCSVM 分類器檢測出正常與異常樣本，使得分類器在保證準確率的前提下，盡可能的檢測出故障樣本，最后采用循環(huán)遍歷方式優(yōu)化 PNN，并采用 PNN 分類器識別出具體的故障類型。1.3.2 文章結構安排第一章，綜述了斷路器機械振動信號的信號分解、特征提取與識別研究現狀。

圖 2-1 硬件部分的整體設計流程Fig.2-1 The whole design process of the hardware part斷路器產生振動信號，并通過壓電式加速度傳感器 LC0159 將振電信號，然后，模擬電信號輸入到信號調理器進行濾波調理，最號輸入到 USB6002 進行 AD 轉換。其中 USB6002 的采集工作由5V 的高電平觸發(fā)，信號調理器由電源模塊提供 DC+24V 的工作由電源模塊提供 DC+5V 工作電壓。系統(tǒng)與控制電路統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括型號為 LC0159 的壓、型號為 AFT-0931 的信號調理器、NIUSB6002 數據采集卡、439、穩(wěn)壓電源、計算機等模塊組成。主要工作是實時采集瞬時、轉化為數字信號。各模塊部件的實物圖及整體的硬件測量電路 中的圖 b）所示，而上位機測量系統(tǒng)采用 labview 編程實現人機

圖 2-1 硬件部分的整體設計流程Fig.2-1 The whole design process of the hardware part首先，斷路器產生振動信號，并通過壓電式加速度傳感器 LC0159 將振動信號轉化為模擬電信號，然后，模擬電信號輸入到信號調理器進行濾波調理，最后，將濾波后的信號輸入到 USB6002 進行 AD 轉換。其中 USB6002 的采集工作由外部觸發(fā)電路以+5V 的高電平觸發(fā)，信號調理器由電源模塊提供 DC+24V 的工作電壓，而觸發(fā)電路由電源模塊提供 DC+5V 工作電壓。2.2 測量系統(tǒng)與控制電路測量系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括型號為 LC0159 的壓電式加速度傳感器、型號為 AFT-0931 的信號調理器、NIUSB6002 數據采集卡、4 電壓比較器 LM339、穩(wěn)壓電源、計算機等模塊組成。主要工作是實時采集瞬時、非平穩(wěn)振動信號并轉化為數字信號。各模塊部件的實物圖及整體的硬件測量電路的連接圖如圖 2-2 中的圖 b）所示，而上位機測量系統(tǒng)采用 labview 編程實現人機交互。

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