基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法
【專利摘要】一種基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法,包括構(gòu)造瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集,數(shù)據(jù)集中每一條記錄對應(yīng)特定瓷支柱絕緣子的型號、激勵(lì)桿敲擊位置、接受桿收聽位置、一組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)、聲波屬性描述矢量表、狀態(tài)判定單類集成模型;根據(jù)其型號查找正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集中對應(yīng)的數(shù)據(jù),按照數(shù)據(jù)集中的指定的激勵(lì)桿敲擊位置、接受桿收聽位置敲擊瓷支柱絕緣子獲得聲波數(shù)據(jù),將該聲波按照為m個(gè)時(shí)段,n個(gè)頻段的劃分轉(zhuǎn)換為矢量屬性數(shù)據(jù),進(jìn)而使用常態(tài)單類集成模型進(jìn)行判斷,獲得該瓷支柱絕緣子的故障情況。本發(fā)明正常狀態(tài)瓷支柱絕緣子的聲波數(shù)據(jù)的收集更加容易、廉價(jià),不需要人為破壞絕緣子尋找缺陷數(shù)據(jù),更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值、更加穩(wěn)定高效。
【專利說明】基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)設(shè)備維護(hù)領(lǐng)域,具體涉及到電網(wǎng)中瓷支柱絕緣子缺陷的檢測和質(zhì) 量評價(jià)。
【背景技術(shù)】
[0003] 瓷支柱絕緣子是電網(wǎng)運(yùn)行的重要部件,起著支撐導(dǎo)線和絕緣的作用。由于絕緣子 是高溫?zé)Y(jié)成的電瓷產(chǎn)品,如果在制作過程中配方不當(dāng),工藝流程中原料混合不均勻,均容 易形成瓷件內(nèi)部缺陷,此外它還可能長期承受運(yùn)行中的機(jī)械負(fù)荷、惡劣環(huán)境的影響,這些問 題容易造成瓷支柱絕緣子失效斷裂,危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此,加強(qiáng)對電網(wǎng)在役瓷支柱絕 緣子檢測和質(zhì)量評價(jià),對確保電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。
[0004] 通過敲擊瓷支柱絕緣子進(jìn)行振動(dòng)聲學(xué)檢測可以在不斷電的條件下檢測瓷制件內(nèi) 部和外部的缺陷情況。目前主要采用的技術(shù)是在收集到敲擊聲音之后,通過有限元法模擬 缺陷、以及通過神經(jīng)網(wǎng)、決策樹等智能模型進(jìn)行故障診斷,此類方法需要例舉或構(gòu)造出故障 聲波樣本找出其關(guān)鍵特征并加以識別。然而在現(xiàn)實(shí)工作中瓷支柱絕緣子出現(xiàn)裂紋、夾渣、夾 層、氣孔的大小、形態(tài)和出現(xiàn)位置難以事先確定,外力和環(huán)境因素更難以預(yù)料,所以要將故 障的聲波全部窮舉出來幾乎不可能,依賴以上方法可能造成在缺陷檢測時(shí)的漏判、誤判,造 成電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)的損失。因此需要研發(fā)更加穩(wěn)定可靠的瓷支柱絕緣子振動(dòng)聲學(xué)缺陷 檢測方法,為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明提供一種基于常態(tài)單類模型的瓷支柱絕緣子振 動(dòng)聲學(xué)缺陷檢測方法,該方法僅需要輸入規(guī)定型號瓷支柱絕緣子在正常狀態(tài)下的振動(dòng)聲學(xué) 數(shù)據(jù),構(gòu)造基于常態(tài)單類集成模型,通過眾多模型共同決策實(shí)現(xiàn)瓷支柱絕緣子的穩(wěn)定高效 缺陷檢測。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢 測方法,其特征在于包括以下步驟: 第一步:收集數(shù)據(jù),構(gòu)造瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集,數(shù)據(jù)集中每一條記錄對應(yīng)特定 瓷支柱絕緣子的型號、激勵(lì)桿敲擊位置、接受桿收聽位置、一組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)、 聲波屬性描述矢量表、狀態(tài)判定單類集成模型; 所述的聲波屬性描述矢量表是對于瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集的每一條數(shù)據(jù),構(gòu)造 聲波屬性描述矢量表,表中的每一條數(shù)據(jù)均是對應(yīng)一個(gè)常態(tài)聲波;每一個(gè)聲波劃分為故個(gè) 時(shí)段、個(gè)頻段,每個(gè)段統(tǒng)計(jì)最大振幅,將一組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屬性描述表 存儲于瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集之中; 所述的狀態(tài)判定單類集成模型是對于聲波屬性描述矢量表,構(gòu)造常態(tài)單類集成模型, 每個(gè)支持向量機(jī)學(xué)習(xí)對應(yīng)時(shí)段的屬性數(shù)據(jù),將所有支持向量機(jī)組合獲得常態(tài)單類集成模型 存儲于正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集之中; 第二步:在進(jìn)行瓷支柱絕緣子檢測時(shí),根據(jù)其型號查找正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集中對應(yīng)的數(shù)據(jù), 按照數(shù)據(jù)集中的指定的激勵(lì)桿敲擊位置、接受桿收聽位置敲擊瓷支柱絕緣子獲得聲波數(shù) 據(jù),將該聲波按照為m個(gè)時(shí)段,η個(gè)頻段的劃分轉(zhuǎn)換為矢量屬性數(shù)據(jù),進(jìn)而使用常態(tài)單類集 成模型進(jìn)行判斷,獲得該瓷支柱絕緣子的故障情況。
[0007] 本發(fā)明的有益效果如下: 通過本發(fā)明的方法,使用者僅需要輸入瓷支柱絕緣子的型號、敲擊和接收聲波位置、并 收集一組正常狀態(tài)瓷支柱絕緣子的聲波數(shù)據(jù),就可以對支柱絕緣子的缺陷進(jìn)行檢測。正常 狀態(tài)瓷支柱絕緣子的聲波數(shù)據(jù)的收集更加容易、廉價(jià),不需要人為破壞絕緣子尋找缺陷數(shù) 據(jù),使得該方面更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值、更加穩(wěn)定高效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明提供的基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子振動(dòng)聲學(xué)缺陷檢測 方法的流程示意圖; 圖2構(gòu)造聲波屬性描述矢量表的構(gòu)造流程圖; 圖3構(gòu)造常態(tài)單類集成模型流程圖; 圖4將聲波屬性描述矢量表重新分組構(gòu)造一組訓(xùn)練數(shù)據(jù); 圖5常態(tài)單類集成模型的結(jié)構(gòu)圖; 圖6通過常態(tài)單類集成模型對待檢測瓷支柱絕緣子進(jìn)行檢測的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 如圖1所示,本發(fā)明提供一種基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子振動(dòng)聲學(xué)缺 陷檢測方法和識別方法,具體包括以下步驟: 第一步、收集數(shù)據(jù),構(gòu)造瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集。
[0010] 瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集,包含以下字段 Field 1瓷支柱絕緣子的型號,對應(yīng)于特定瓷支柱絕緣子的具體廠家和型號。
[0011] Field 2激勵(lì)桿敲擊位置,敲擊設(shè)備的激勵(lì)桿所放的位置。
[0012] Field 3接受桿收聽位置,敲擊設(shè)備的接受桿所放的位置。
[0013] Field 4 -組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù),對應(yīng)正常狀態(tài)下該瓷支柱絕緣子的聲波 數(shù)據(jù)。
[0014] Field 5聲波屬性描述矢量表,對Field 4的聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化描述產(chǎn)生的結(jié) 果。
[0015] Field 6狀態(tài)判定單類集成模型,對于Field 5學(xué)習(xí)之后產(chǎn)生的狀態(tài)檢測模型。
[0016] 在該步驟首先選定需要進(jìn)行檢測的目標(biāo)瓷支柱絕緣子,指定敲擊位置,構(gòu)造一條 新的記錄插入到瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集之中,添加 Field 1、2和3的數(shù)據(jù);在選定位 置使用聲震設(shè)備對該絕緣子進(jìn)行10次以上的敲擊,將每次敲擊的聲波數(shù)據(jù)存儲在Field 4 之中。
[0017] 對于瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集的每一條數(shù)據(jù),對Field 4進(jìn)行分析構(gòu)造聲波 屬性描述矢量表,其流程如圖2所示。
[0018] S21、對于Field 4中的每一個(gè)聲波取出分別進(jìn)行處理。
[0019] S22、將聲波轉(zhuǎn)換為m組η維向量的表達(dá)式。
[0020] Field 4中包含t個(gè)聲波數(shù)據(jù),一個(gè)聲波按照定等時(shí)間長度的將其劃分為ra個(gè)時(shí)段 ffave={ Si, S2, ···, Si, -, Sj ; 每個(gè)Si對應(yīng)一個(gè)聲音強(qiáng)度的序列數(shù)據(jù): Si={wn w2,…,wk}; 對該序列進(jìn)行傅里葉變換,將該序列轉(zhuǎn)換為多組頻率正玄波表達(dá):
【權(quán)利要求】
1. 一種基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法,其特征在于包括以下步 驟: 第一步:收集數(shù)據(jù),構(gòu)造瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集,數(shù)據(jù)集中每一條記錄對應(yīng)特定 瓷支柱絕緣子的型號、激勵(lì)桿敲擊位置、接受桿收聽位置、一組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)、 聲波屬性描述矢量表、狀態(tài)判定單類集成模型; 所述的聲波屬性描述矢量表是對于瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集的每一條數(shù)據(jù),構(gòu)造 聲波屬性描述矢量表,表中的每一條數(shù)據(jù)均是對應(yīng)一個(gè)常態(tài)聲波;每一個(gè)聲波劃分為》個(gè) 時(shí)段、《個(gè)頻段,每個(gè)段統(tǒng)計(jì)最大振幅,將一組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屬性描述表 存儲于瓷支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集之中; 所述的狀態(tài)判定單類集成模型是對于聲波屬性描述矢量表,構(gòu)造常態(tài)單類集成模型, 每個(gè)支持向量機(jī)學(xué)習(xí)對應(yīng)時(shí)段的屬性數(shù)據(jù),將所有支持向量機(jī)組合獲得常態(tài)單類集成模型 存儲于正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集之中; 第二步:在進(jìn)行瓷支柱絕緣子檢測時(shí),根據(jù)其型號查找正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集中對應(yīng)的數(shù)據(jù), 按照數(shù)據(jù)集中的指定的激勵(lì)桿敲擊位置、接受桿收聽位置敲擊瓷支柱絕緣子獲得聲波數(shù) 據(jù),將該聲波按照為m個(gè)時(shí)段,η個(gè)頻段的劃分轉(zhuǎn)換為矢量屬性數(shù)據(jù),進(jìn)而使用常態(tài)單類集 成模型進(jìn)行判斷,獲得該瓷支柱絕緣子的故障情況。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法,其特 征在于:構(gòu)造聲波屬性描述矢量表步驟如下: 521、 對于正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)中的每一個(gè)聲波取出分別進(jìn)行處理; 522、 將聲波轉(zhuǎn)換為m組η維向量的表達(dá)式; 正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)中包含t個(gè)聲波數(shù)據(jù),一個(gè)聲波按照定等時(shí)間長度的將其劃 分為m個(gè)時(shí)段 ffave={ S2, -,Si, ···, Sm }; 每個(gè)Si對應(yīng)一個(gè)聲音強(qiáng)度的序列數(shù)據(jù): Si={w1, w2, ···, wj ; 對該序列進(jìn)行傅里葉變換,將該序列轉(zhuǎn)換為多組頻率正玄波表達(dá):
通過傅里葉變換公式可以將Si轉(zhuǎn)換為虛數(shù)頻率域u的表達(dá),對應(yīng)振幅為: Ua^lUj ; 由最低頻率到最高頻率其振幅表達(dá)式為:AmplitudeiZlUai, Ua2,…,Ua^ };該振幅 表達(dá)式繼續(xù)等數(shù)量劃分為η個(gè)頻率區(qū)段,每個(gè)區(qū)段的包含L/n個(gè)數(shù)據(jù),每個(gè)區(qū)段可以用振幅 最大值代表該區(qū)段特性:CHfifeu^Uai,Ua i+1,…,Uai+yn),所以可以將一個(gè)聲音強(qiáng)度的序 列Si表達(dá)為η個(gè)頻率區(qū)段的強(qiáng)度矢量: SCHi={ CH" CH2,…,(? }; 一組正常狀態(tài)的聲波采樣數(shù)據(jù)中包含t個(gè)聲波數(shù)據(jù),每個(gè)聲波均可以轉(zhuǎn)換為m組η維 向量的表達(dá): Wave={ SCH,SCH2,…,SCHJ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法,其特 征在于:構(gòu)造常態(tài)單類集成模型包括下列步驟: 531、 將聲波屬性描述矢量表中所有的t個(gè)聲音矢量表達(dá)矢量,劃分為m組,構(gòu)成m組訓(xùn) 練數(shù)據(jù)集G。G2,…,G m,Gf {sn^,sm2,…,smt}每組包含t個(gè)η維矢量, 532、 每一組訓(xùn)練數(shù)據(jù)Gi訓(xùn)練一個(gè)單類OCSVM單類支持向量機(jī):
其中(sn^smp表示計(jì)算兩個(gè)矢量的內(nèi)積,通過優(yōu)化計(jì)算該公式就可以獲得一個(gè)由t個(gè) 權(quán)重%表示的模型,該模型表達(dá)如下: Models {a1; a2, a3,…,aj 533、 將一個(gè)聲波屬性描述矢量表中的m個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練完成之后,可獲得m個(gè)OCSVM 模型,這些模型組合決策就可構(gòu)成一個(gè)常態(tài)單類集成模型,將獲得的常態(tài)單類集成模型對 應(yīng)的所有Modeli存儲在支柱絕緣子正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集對應(yīng)記錄的狀態(tài)判定單類集成模型之 中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于常態(tài)單類集成模型的瓷支柱絕緣子缺陷檢測方法,其特 征在于:使用常態(tài)單類集成模型進(jìn)行判斷步驟如下: 取出聲波屬性描述矢量表和常態(tài)單類集成模型,對于模型中的每個(gè)Model對應(yīng)一個(gè)η 維度矢量ds,使用如下公式進(jìn)行計(jì)算:
如果該公式取值為真那么表示ds的取值與之前輸入的一些列正常聲波數(shù)據(jù)相近,對 應(yīng)的模型Model輸出output為0 ;如果該公式為假,那么表示ds的取值部分的超越了正 常聲波數(shù)據(jù)范圍,為異常點(diǎn)數(shù)據(jù)(outlet)則輸出1 ; 整合所有Model的輸出,使用公式:
如果result輸出為1,那么表示待檢測的瓷支柱絕緣子存在缺陷不能保證安全運(yùn)行, 需要立即更換;如果輸出為〇那么表示對應(yīng)的瓷支柱絕緣子較為安全不需要更換。
【文檔編號】G01N29/04GK104297343SQ201410560582
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】侯安家, 趙殿全, 林樂亭 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)吉林省電力有限公司檢修公司