[发明专利]一种基于变分模态分解的GIS振动信号特征量提取方法

说明书

本发明公开了一种基于变分模态分解的GIS振动信号特征量提取方法，解决了GIS振动信号产生的来源不同，其特征也会有所差异的情况下不能精准地获取的有用特征信息，存在过度分解导致的信息缺失的问题。本发明运用灰狼捕食算法对变分模态分解算法进行参数优化；运用经优化后的变分模态分解算法对GIS机械振动信号进行分解，有效提取出承载丰富特征信息的最佳IMF分量；提取最佳IMF分量的最大幅值、均方根值、峭度、100Hz占比、50Hz及其奇次倍频占比、100Hz的倍频占比之和作为特征量，构造特征向量；通过正常与故障状态下特征向量的对比，实现GIS机械故障的诊断。

技术领域

本发明涉及GIS故障检测技术领域，具体涉及一种基于变分模态分解的GIS振动信号特征量提取方法。

背景技术

六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”(Gas InsulatedSwitchgear)简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。六氟化硫全封闭式气体绝缘组合电器(GIS)由于具有占地面积小、可靠性高、安全性强、安装周期短、运巧维护工作量小等优点，从问世到现在已经成功在全世界得到了推广和应用，在国内不同等级的变电站中都得到了广泛应用。

GIS运行过程中会产生不同程度的机械振动现象。其产生机械振动的原因多种多样，如设备存在壳体对接不平衡、开关触头接触异常、导杆轻微弯曲等机械性缺陷时，在开关操作的机械力、负载电流产生的交变电动力等因素的作用下就会产生机械性运动。尤其是内部发生一定程度缺陷时时，GIS会产生异常振动，异常振动对GIS设备本体危害非常大，可能会造成六氟化硫气体泄露、盆式绝缘子或绝缘支柱损伤、外壳接地点悬浮等故障，长期发展可能导致事故的发生。GIS振动信号产生的来源不同等，其特征也会有所差异。因此，需要运用相应的信号处理方法，提取具有代表性特点的特征量，分析其信号特征，深入研究GIS外壳振动信号的特点。

目前用于信号提取的方法主要有傅里叶变换、小波分解、小波包分解、经验模态分解及改进经验模态分解等方法。其中经验模态分解(EMD)与改进经验模态分解(EEMD)凭借其自适应的特点成为了机械故障诊断领域使用较为广泛的分解方法。但是该方法在处理GIS振动故障信号时存在一定弊端，由于承载故障信息的信号频带的中心频率与带宽均不确定，所以如果承载故障信号的频带处于第一个分解分量的频带内，则可能会因为该分量的频带过宽而引入过多干扰，若故障相关频带位于更高阶次分解分量的频带内，则可能因为分量频带过窄而遗漏重要的特征信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：常规的经验模态分解(EMD)与改进经验模态分解(EEMD)方法在处理GIS振动故障信号时存在一定弊端，由于承载故障信息的信号频带的中心频率与带宽均不确定，所以如果承载故障信号的频带处于第一个分解分量的频带内，则可能会因为该分量的频带过宽而引入过多干扰，若故障相关频带位于更高阶次分解分量的频带内，则可能因为分量频带过窄而遗漏重要的特征信息，不能精准地获取的有用特征信息，存在过度分解导致的信息缺失等问题，本发明提供了解决上述问题的一种基于变分模态分解的GIS振动信号特征量提取方法，运用灰狼捕食算法对变分模态分解算法进行参数优化，运用经优化后的变分模态分解算法对GIS机械振动信号进行合理分解，有效提取出承载丰富特征信息的最佳IMF特征分量，并构造特征向量。通过正常与故障状态下特征向量的对比，实现GIS机械故障的诊断。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于变分模态分解的GIS振动信号特征量提取方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：设计合理的GIS振动信号采集方案，采集GIS正常及故障状态下的振动信号，截取一段GIS振动信号，运用灰狼捕食算法对变分模态分解方法中的关键参数进行优化；根据优化结果设置变分模态分解参数，对GIS振动信号进行分解，得到K个模态分量IMF，选取幅值最大的分量作为最佳IMF特征分量；