高壓斷路器（High-Voltage Circuit Breaker, HVCB）是電力系統(tǒng)中重要的保護(hù)和控制設(shè)備，其可靠性對(duì)于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行具有重要意義。高壓斷路器分合閘動(dòng)作時(shí)間短、速度高，為防止高速運(yùn)動(dòng)的零部件突然停止而發(fā)生剛性碰撞，須采用緩沖器來吸收分合閘運(yùn)動(dòng)末期的剩余能量，減小機(jī)械沖擊、振動(dòng)對(duì)高壓斷路器的影響。

其中，分閘緩沖器還直接影響著高壓斷路器分閘反彈幅值的大小及彈跳時(shí)間的長短：過大的分閘反彈幅值及（或）過長的彈跳時(shí)間使波紋管受到大振幅的強(qiáng)迫振動(dòng)而過早出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致滅弧室漏氣，同時(shí)，過大的分閘反彈幅值使動(dòng)靜觸頭間的最小動(dòng)態(tài)開距（有效開距）嚴(yán)重減小，斷路器在開斷過程中絕緣間隙將被重?fù)舸?，造成開斷失敗。

長期以來，由于緩沖器密封老化、漏油、緩沖器失效引起的嚴(yán)重振動(dòng)沖擊造成絕緣拉桿松動(dòng)、移位以及連接件變形、損壞等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。然而，目前對(duì)高壓斷路器緩沖器故障的判斷，只能在停電檢修期間，采用離線測試高壓斷路器機(jī)械特性的方式，通過機(jī)械特性參數(shù)間接、人為判斷緩沖器是否出現(xiàn)異常、故障等情況。這種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的傳統(tǒng)方法必須給予改變。

為解決這一問題，本文提出一種基于振動(dòng)信號(hào)的高壓斷路器分閘緩沖器狀態(tài)識(shí)別方法，通過分析振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻圖像，提取反映高壓斷路器分閘緩沖器狀態(tài)的特征信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器分閘緩沖器狀態(tài)的評(píng)估。

由于高壓斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作時(shí)間短，使得其振動(dòng)信號(hào)具有強(qiáng)烈的非線性、非平穩(wěn)性等特點(diǎn)。非線性、非平穩(wěn)信號(hào)的分析方法主要采用時(shí)頻分析法，如Gabor變換、短時(shí)Fourier變換（Short Time Fourier Transformation, STFT）、雙線性時(shí)頻分析方法、小波變換（Wavelet,WT）、自適應(yīng)信號(hào)分解法、Hilbert-Huang變換（Hilbert-Huang Transformation,HHT）等時(shí)頻分析法。

采用這些方法能夠?qū)⒏邏簲嗦菲鞯臅r(shí)域振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為既能反映信號(hào)的頻率、又能反映頻率隨時(shí)間變化的時(shí)頻域振動(dòng)信號(hào)，即得到反映高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻圖像，如STFT時(shí)頻圖、小波時(shí)頻圖、HHT時(shí)頻圖等。

振動(dòng)時(shí)頻圖像包含著全面的高壓斷路器運(yùn)行狀態(tài)信息，且分閘緩沖器正常與缺陷的振動(dòng)時(shí)頻圖像具有一定的差異。然而到目前為止，還未有針對(duì)高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻圖像進(jìn)行特征提取、實(shí)現(xiàn)高壓斷路器及其關(guān)鍵零部件（如分閘緩沖器）等狀態(tài)評(píng)估與故障診斷的研究。

鑒于此，本文首次提出一種基于振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻圖像識(shí)別的高壓斷路器分閘緩沖器狀態(tài)評(píng)估方法，通過挖掘高壓斷路器振動(dòng)時(shí)頻圖像中的二維信息，結(jié)合支持向量機(jī)（Support Vector Machine, SVM）實(shí)現(xiàn)高壓斷路器分閘緩沖器狀態(tài)的智能識(shí)別。該方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器分閘緩沖器的在線監(jiān)測與狀態(tài)評(píng)估，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

圖1 高壓斷路器分閘緩沖器狀態(tài)識(shí)別流程

圖5 分閘緩沖器安裝位置及其緩沖行程調(diào)節(jié)、測量方法示意圖

結(jié)論

1）針對(duì)高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)的特殊性，對(duì)比分析了STFT、WVD、HHT和WT四種不同時(shí)頻分析方法對(duì)高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)的處理效果。結(jié)果表明WT具有較高的時(shí)頻分辨率，且得到的時(shí)頻圖像更適合用于圖像識(shí)別。

2）提出從高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻圖像的直方圖及其統(tǒng)計(jì)特征、灰度共生矩陣和不變矩特征來綜合提取高壓斷路器振動(dòng)時(shí)頻圖像特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)分閘緩沖器狀態(tài)評(píng)估。三類圖像特征綜合反映了高壓斷路器振動(dòng)時(shí)頻圖像的顏色特征、紋理特征和區(qū)域特征。

3）針對(duì)高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻圖像特征維度過高問題，采用ReliefF特征權(quán)重算法進(jìn)行特征優(yōu)選。結(jié)果表明采用優(yōu)選特征的SVM對(duì)振動(dòng)時(shí)頻圖像具有很高的識(shí)別率。

4）試驗(yàn)?zāi)M了分閘緩沖器8種不同緩沖狀態(tài)。結(jié)果表明采用振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻圖像及SVM的方法能夠準(zhǔn)確識(shí)別高壓斷路器分閘緩沖器不同狀態(tài)，驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。