粗糙集理论在高压断路器状态监测中的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

状态监测作为带有强烈主动性的-种监测方式，能够基于设备状态信息来预测其发展趋势[1-2]。

这种方式在对设备进行监测时可以使设备的检修费用降低，可用率提高，并且具有针对性、及时性。

目前国内外关于状态监测作了很多理论及实践研究，其研究结果表明状态监测不仅能对电气设备的参数特性、运行状态进行实时掌握、而且能够降低突发性故障的发生率，从而使设备强迫停运率和维修成本降低，使用寿命延长，安全可靠性和运行效益得到提高，电力系统的经济效益增加.但是目前国内外关于状态监测的研究大都还不成熟，仍处于研究发展阶段。

1.1状态监测的原理状态监测是为了对设备的运行状况进行了解和掌握以及对设备的运行状态进行评估，从而结合系统运行的历史和现状，通过各种检测手段和分析方法，记录设备状态并对异常情况进行处理.其结果可以作为设备故障分析的重要基赐设备性能评估的有效依据。

状态监测的过程可分为三个步骤，首先是传感器进行信号采集，并将其送入计算机；由于这些送入计算机的信号反映了设备的相关状态，所以第二步就是将其进行信号处理，经过信号处理可以得到设备的特征参数；第三步就是将特征参数与闭值参数进行比较，由于闭值参数是根据历史故障数据和经验确定的，因此比较之后就能有效判断设备的状态情况.其过程如图l所示。

图 1状态监测的原理1.2高压断路器的状态监测高压断路器(工B)是电力系统中起着控制和保护两种作用的重要电气设备，当电力线路或设备发生故障时，它能进行电力线路及设备的投切 (即能从电网中立即切除故障部分，继续运行无故障部分)来满足电网的正常工作.所以，其投切的准确性直接关系着电力系统的安全性和高效性.要保证高压断路器能正常工作，其机械部件的动作必须要准确，因此，对其机械部件的可靠性监测能够提前发现潜在故障，对降低设备故障率具有十分重要的意义。

断路器通过机械振动完成其相应职能，因此机械振动发出的信号就包含了大量的关于设备状态的信息，研究发现，这些信息含有很多能够反映断路器操作期间内部状态的瞬态波形.而设备内部存在各种激励源，对高压断路器而言，主要是内部构收稿日期：2012-12-09作者简介：谢大川(1963-)，男，重庆市人，四川职业技术学院电子电气工程系工程师，主要从事电气控制、机电技术应用方面的教学与研究。

李海兵(1975-)，男，四川遂宁人，四川职业技术学院电子电气工程系工程师，主要从事电子技术、电气控制技术、计算机应用技术方面的教学与研究。

· 39 ·谢大川，李海兵 粗糙集理论在高压断路器状态监测中的应用件的运动振动.振动信号就是对这些激励源的响应，其变化体现了断路器机械状态的改变，从而就可以通过监测振动信号来寻找故障源，诊断设备故障。

2应用粗糙集诊断高压断路器故障进行故障诊断的目的是为了保证设备可靠有效的运行，其关键步骤-是在于设备故障的位置、类别、性质以及程度的确定，二是明确故障是如何产生的以及与系统是什么关系，三是对故障发展的预测，四是提出行之有效的维修策略.在关于机械故障的诊断方面，研究的热点-直是怎样收集有用的诊断信息.基于神经网络、遗传算法和模糊集理论等方法在目前的智能诊断系统中得到了广泛的应用，但在实际应用中，由于这些系统需要设置包含特征或属性的预定值，然而，故障产生的原因与征兆并不是--对应的，因此这些方法依然存在着许多问题-3]。

2.1粗糙集粗糙集理论是-种表达、学习、归纳的理论方法，这种方法能够研究不完整、不确定知识和数据. 它区别于其他方法的主要特点是不需要关于数据的任何附加信息，直接以给定问题的描述集合为基础，通过不可分辨关系和不可分辨类来确定给定问题的近似域，从而确定该问题的内在规律嘲。

在实际应用中，技术人员得到的关于断路器的信息往往不完备、不准确，而粗糙集理论可以在-定程度上使这个问题得到解决.本文将利用粗糙集理论诊断高压断路器的振动故障同，探求-种基于粗糙集的电力设备故障诊断方法。

2.2断路器振动故障诊断模型首先将收集归总后的断路器的历史振动故障数据进行分类，分析多种可能出现的故障情况和故障征兆，从而确定条件属性 C和决策属性 D，建立知识表达的决策表 1啪.C1-C6分别为经过小波分析后的合闸振动信号波形的模极大值，它根据振幅的变化而变化，对应于表 2的6个事件点，C7为模最大值对应的时间。

· 140 ·表 1故障诊断决策表Cl C2 ∞ CA C5 C6 凹 l l l l l 1 l 2 DO2 l 1 1 1 l l 2 DO3 l 2 3 ∞ 4 l 2 l 1 1 l l DO5 l 1 1 1 l 2 DO6 2 l 3 3 2 l D1r 2 2 l 2 2 2 l Dl8 l 3 1 2 2 2 1 nlg l 2 2 2 3 l l DI10 l 2 1 3 3 2 1 DI1l l 3 I 3 2 2 3 I212 l 2 l 3 3 2 3 D213 l 2 1 3 2 2 3 D214 l l 2 t 2 2 Z D215 l 2 l 3 3 2 3 D216 1 3 1 t 2 2 3 1)317 I 4 1 t 3 2 2 I)318 2 3 1 3 3 I 3 D31g 1 4 1 2 3 2 3 D320 l 3 1 3 3 2 3 1)3表 2高压断路器分闸操作过程 中6个重要冲击振动 时间 事什点T1 支架上合闸接触器动作所对应的徽弱振动： (接触嚣犬合H 刺 )T2 合闸铁芯带动机构传动连朴开始运动 (触头系统，r始运动时刻)T3 动静触头接触H.1刻 (主触头接触时刻)T4 、合闸缓冲器接入时刻合闸铁芯运动到头，对应着支架在合州过程中最大的-次冲击r6 机构的连打运动到头与维持合闸擎于接触撞击3约简的故障诊断决C2 Ct C5 D1 DI3 2 022 3 D2t D33 3 D3由于断路器在工作过程中其运动状态与各个冲击予波--对应，这就为断路器监测提供了重要数据，只要部位选择适当，就能通过外部振动信号来判断内部的动作信息.首先将断路器合闸振动信号进行小波分析，得到相关参数，并将其作为诊断的特征值，然后结合最简决策表对系统进行故障诊断.由于连续数据不能用粗糙集理论直接处理，因此要离散化相应的数据.考虑到断路器振动的幅值具有较大的变化，因此单独考虑每-属性.按照幅值比例的大小对 C1-C6进行离散化，根据发生的时间范围对 C7进行离散化。

表4离散化表Cl ㈣ .5 0.5q 分男I对应1，2C2 35 57 7-9 9-11 分另I对应1，2. c3 l5 l 5 分另I对应1，2，3C4 0.5-1 1-1，5 1.5-2 分别对应1，2，3西 0.5-1 1 5 l5-2 2-卫5 分jI对应1，2. to6 l0-20 20-30 30 O 分jjI对应1，2，3c7 160-165 165。170 170-17"5 175--180 分别对应1，2. t第 23卷第 1期v01.23 No.1四川职业技术学院学报Journal of Sichuan Vocational and Technical CoHege2013年 2月Feb.2013表 5决策属性表最后由表 3，可以得到以下故障诊断规则表6故障诊断规则表 。

由上述规则可以看出，经过粗糙集约简后的决策表进行诊断，由于其诊断范围的缩小，故障诊断速度的提高，使其状态监测的效率得以提高。

3嗅本论文主要建立了-个数学模型，通过这个简单的模型来诊断断路器振动故障，针对传统的断路器故障诊断方法在信息缺失多、有偏差的情况下误判率高的问题，本文在制定初始决策表时采用了经由小波分析得到的模极大值及其发生时间，约简后的故障诊断规则体现出粗糙集理论的优越之处.在实际工程应用中，故障的多样性会带来大量的诊断数据，因此-个关键的问题就是如何提取诊断规则，如果这-问题得到有效的解决，粗糙集理论在设备故障诊断的应用中就会发挥出其特有的优势。