具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

请参阅图1-图3，在本申请实施例中以110kV变压器有载分接开关作为测试对象，对其切换过程中的振动信号进行测试，本申请基于波形趋势信息的有载分接开关机械状态监测方法的实施例包括：

步骤S1、采集变压器有载分接开关切换过程中的振动信号x(t)，在本实施例中振动信号的长度N₀为9000，采样频率f_s为51200kHz；

需要说明的是，在变电站现场，在变压器有载分接开关上安装有振动传感器，将振动传感器采集的振动信号手机在采集系统中。

步骤S2、采用优化连续小波变换计算变压器有载分接开关振动信号x(t)的时域包络e；在本申请实施中其计算时域包络e的具体过程如下：

S201、对有载分接开关振动信号x(t)进行连续Morlet小波变换，得到小波变换系数矩阵W，所述Morlet小波可表示为：

其中：f_c为中心频率；f_b为带宽参数；a为变换尺度；

S202、依据小波变换系数矩阵W逐行构造构造Hankel矩阵，所述小波变换系数矩阵W中第i行小波系数的Hankel矩阵可表示为：

其中：1<n<N₀；

令m＝N₀-n+1，则第i行小波系数的Hankel矩阵为一个的m×n实矩阵；

S203、第i行小波系数的Hankel矩阵进行奇异值分解，计算第i行小波系数的奇异值能量E_i，所述奇异值能量E_i可表示为：

其中：p为经奇异值分解后得到的奇异值σ₁,σ₂,…,σ_p，且有p＝min(m,n)；

其中矩阵奇异值分解是本领域专业人员所熟悉的矩阵变换，在此不再赘述；

S204、根据小波变换系数矩阵W中各行小波系数的奇异值能量，选取奇异值能量最大极值点所对应的小波行数所对应的尺度参数作为Morlet小波的最优变换尺度α₁；

S205、通过最优变换尺度α₁对有载分接开关振动信号x(t)进行连续Morlet小波变换，得到Morlet小波变换的实部s_R和虚部s_I，经解调得到有载分接开关振动信号x(t)的时域包络e，其中所述时域包络e计算公式为：

其中，通过最优变换尺度α₁对有载分接开关振动信号x(t)进行连续Morlet小波变换的有载分接开关振动信号时域包络最大程度地准确反映了振动信号时间序列的变化趋势。

步骤S3、对有载分接开关振动信号x(t)的时域包络进行分段和段内拟合，得到由多组拟合系数组成的系数集合矩阵X；

另外，采用分段和段内拟合对有载分接开关振动信号时域包络进行精细化处理，不仅可有效获取振动信号时域包络的波动模式，还可以精确描述相邻时域包络之间的信息的传递过程。

在本申请实施中其计算得到系数集合矩阵X的具体过程包括：

S301、从有载分接开关振动信号时域包络的首端开始，采用长度为l的滑动时间窗口，每次向后滑动m个数据；在本实施例中l＝3，m＝5；

S302、对每个滑动时间窗口建立二次拟合函数，所述第i个时间窗口的二次拟合函数可表示为：

Pr_i＝a_it²+b_it+c_i

其中：a_i、b_i和c_i分别为二次拟合函数的三个系数；

S303、将每个滑动时间窗口的拟合函数的系数表示为系数集合的形式，所述的第i个时间窗口的系数集合可表示为{a_i,b_i,c_i}；

S304、将所有时间窗口的系数集合写成矩阵的形式，所述的系数集合矩阵X可表示为：

其中：w为系数集合的个数。

步骤S4、计算系数集合矩阵的内积矩阵Y，所述内积矩阵Y的计算公式为：

Y＝X^TX

其中：T表示矩阵转置。

步骤S5、计算内积矩阵Y的特征值λ₁,λ₂,…,λ_M，得到由M个特征值组成的特征值对角矩阵Z，所述特征值对角矩阵Z可表示为：

Z＝diag(λ₁,λ₂,…,λ_M)

本申请优选实施中构建了内积矩阵的特征值对角矩阵，在简便计算的同时，也提高了计算精度。

步骤S6、构建特征值对角矩阵Z的统计量Γ，运用3σ准则确定统计量Γ的控制界限Ψ，所述统计量Γ可表示为：

其中：L为特征值对角矩阵Z中零元素的个数；

本申请优选实施中统计量考虑了零特征值这一重要特征信息，有效提高了有载分接开关机械状态的监测准确性。

步骤S7、根据特征值对角矩阵Z的统计量Γ与控制界限Ψ对有载分接开关的机械状态进行判别。在具体实施过程中，当统计量Γ不属于控制界限Ψ，则判断有载分接开关的机械状态发生变化；当统计量Γ属于控制界限Ψ，说明有载分接开关的机械状态正常。

本发明的工作原理：本发明通过获取变压器有载分接开关切换过程中的振动信号，利用振动信号得到变压器有载分接开关的时域包络，再通过对时域包络进行分段和段内拟合，得到由多组拟合系数组成的系数集合矩阵，并求得内积矩阵，利用内积矩阵构建得到特征值对角矩阵，并得到特征值对角矩阵的统计量和控制界限，最后根据特征值对角矩阵的统计量与控制界限对有载分接开关的机械状态进行判别。当统计量不属于控制界限，则判断有载分接开关的机械状态发生变化；当统计量属于控制界限，说明有载分接开关的机械状态正常。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。