[发明专利]基于频段能量分析与随机森林的GIS诊断系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于频段能量分析与随机森林的GIS诊断系统，首先定时采集振动加速度传感器的输出信号；其次截取输出信号的时域数据并进行小波去噪；然后进行小波变换的信号多层次重构；然后计算各频段能量占总能量的比值；然后以比值为特征并建立决策树；然后决策树进行投票分类并形成不同的聚类结果，根据聚类结果判断GIS的运行状态。本发明系统构成简单，成本较低，工程上易于实现，故障诊断时选择利用不同故障时多个频段的能量占比为特征量进行聚类，并分类，诊断结果准确率高、可靠性高。

技术领域

本发明属于电力输电设备的状态在线监测与故障诊断技术领域，尤其是一种基于频段能量分析与随机森林的GIS诊断系统及方法。

背景技术

气体绝缘组合电器(GIS)是以SF₆气体作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备，它是将变电站里除变压器外的各种电气设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、互感器及母线与连接管等过渡元件全部组装在一个金属外壳内，充以SF₆气体作为绝缘与灭弧介质，其具有占地空间小，运行可靠性高、检修周期长、运输方便等优点。

GIS常见故障主要有绝缘故障，机械故障与气体泄漏故障。其中，绝缘故障约占60％，机械故障约占20％，绝缘故障中由微粒及异物引起的绝缘故障率最高，主要表现为GIS腔体内部遗留异物、金属突出物或存在金属微粒导致放电，绝缘拉杆、盆式绝缘子和支撑绝缘子等部件受潮及脏污会引起内部或沿面闪络放电，机械故障主要是绝缘子或紧固件松动及连接点不牢靠。对运行中的GIS进行状态监测，对于保证供电的连续性和设备长期安全稳定运行有着重要的意义。

目前广泛应用于现场的主要是：

1、特高频法利用装设在GIS内部电极耦合器或外部天线传感器接收局部放电辐射出的高频电磁波信号进行局部放电检测，但特高频传感器无法抑制来自变电站内高频段的干扰，这会使得检测结果准确性受到影响，并且该方法不易判别故障类型。

2、超声波检测法利用安装在GIS外壳上的超声波传感器接收局部放电产生的振动信号以达到检测内部局部放电的目的，其主要缺陷在于灵敏度较低，无法对故障类型进行判别。

3、SF₆气体分解物分析法通过对局部放电后SF₆的分解产物的成分分析，判断绝缘故障，该方法较为复杂，并且不易实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供易于实现、准确率高的一种基于频段能量分析与随机森林的GIS诊断系统。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于频段能量分析与随机森林的GIS诊断系统，包括GIS壳体和连接法兰盘，其特征在于：在GIS壳体外壁上设置径向振动加速度传感器，在连接法兰盘上设置轴向振动加速度传感器，径向振动加速度传感器和轴向振动加速度传感器的输出端连接控制单元。

再有，所述控制单元包括动态信号测试分析仪和计算机，径向振动加速度传感器和轴向振动加速度传感器的输出端连接动态信号测试分析仪的端口，动态信号测试分析仪连接计算机。

再有，所述诊断系统的工作过程是：首先定时采集径向振动加速度传感器和轴向振动加速度传感器的输出信号；其次以整数倍的周期截取所述输出信号的时域数据；再次对截取处理后的信号进行小波去噪；然后对去噪后的信号进行小波变换的信号多层次重构；然后计算重构信号的各频段能量占总能量的比值并得到多个计算结果；然后以所述计算结果为特征并将其作为随机森林的抽样对象来建立决策树；然后决策树进行投票分类并形成不同的聚类结果；然后根据聚类结果判断GIS的运行状态。

再有，所述运行状态包括GIS正常运行、GIS壳体绝缘子松动、GIS绝缘子沿面放电和 GIS壳体尖端放电。

本发明的另一个目的是提供一种基于频段能量分析与随机森林的GIS诊断系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：