基于声音频谱分析的电力设备故障监测方法与流程

本发明属于基于声音分析的故障监测，具体涉及基于声音频谱分析的电力设备故障监测方法。

背景技术：

1、电力设备，如变压器、发电机和开关设备等，是电力系统的核心组件，其故障可能导致重大的经济损失以及服务中断。因此，提高这些设备的可靠性和减少意外停机时间成为行业的重要目标。早期检测设备的潜在故障，可以防止故障扩大并实现预防性维护，从而减少突发停机和维护成本。声音频谱分析作为一种非侵入式的监测方法，能够在不中断设备运行的情况下进行，通过分析设备运行中产生的异常声音的频谱，可以识别出特定类型的故障。

2、然而，现有的基于声音频谱的故障监测研究存在一些不足，例如，动态适应能力不足，缺乏声音频谱质量验证过程，使得监测系统无法适应环境变化或设备工作状态的变化，可能导致误报或漏报率增加。在电力设备运行条件或环境发生变化时，缺乏动态适应能力可能导致故障检测延迟，无法及时响应潜在的故障。未经严格验证的声音频谱数据可能导致基于这些数据的分析结果不被信任，影响决策制定。缺乏质量验证的声音频谱可能包含错误或噪声，导致故障分析和预测的准确性受损。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于声音频谱分析的电力设备故障监测方法，实现了对电力设备状态的持续监测和早期故障诊断，减少了意外停机的风险，提高了整个电力系统的可靠性和稳定性。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于声音频谱分析的电力设备故障监测方法，包括以下步骤：

3、对电力设备基本信息进行分析，比对得到传感器部署方案及故障评估偏差值，故障评估偏差值具体包括变电站故障评估偏差值、输电杆塔故障评估偏差值、输变电设备故障评估偏差值；

4、基于传感器部署方案，对电力设备的声音频谱基本特征进行分析，判断电力设备的声音频谱是否合格：

5、若电力设备的声音频谱不合格，则重新获取电力设备的声音频谱；

6、若电力设备的声音频谱合格：

7、对变电站声音频谱进行分析，结合变电站故障评估偏差值，判断变电站是否存在故障；

8、对输电杆塔声音频谱进行分析，结合输电杆塔故障评估偏差值，判断输电杆塔是否存在故障；

9、对输变电设备声音频谱进行分析，结合输变电设备故障评估偏差值，判断输变电设备是否存在故障。

10、优选的，所述比对得到传感器部署方案及故障评估偏差值，分析过程为：

11、获取电力设备基本信息数据集，电力设备基本信息数据集具体包括电力设备平均使用年限、电力设备总数量、电力设备平均维修次数；

12、将电力设备平均使用年限、电力设备总数量、电力设备平均维修次数存储为指定标签，将该指定标签与数据库中存储的各指定标签对应的传感器部署方案及故障评估偏差值进行比对，得到该指定标签对应的传感器部署方案及故障评估偏差值。

13、优选的，所述对电力设备的声音频谱基本特征进行分析，判断电力设备的声音频谱是否合格，分析过程为：

14、获取声音频谱基本特征数据集，基于获取的声音频谱基本特征数据集，综合分析得到声音频谱基本特征值，声音频谱基本特征值作为判断电力设备的声音频谱是否合格的分析依据；

15、将声音频谱基本特征值与数据库中存储的声音频谱基本特征参照值进行比较；

16、若声音频谱基本特征值不低于声音频谱基本特征参照值，则该声音频谱基本特征值对应的电力设备的声音频谱合格；

17、若声音频谱基本特征值低于声音频谱基本特征参照值，则该声音频谱基本特征值对应的电力设备的声音频谱不合格。

18、优选的，所述声音频谱基本特征数据集，具体包括声音频谱清晰度、声音频谱分辨率、声音频谱完整率。

19、优选的，所述判断变电站是否存在故障，分析过程为：

20、对变电站声音频谱进行分析，获取变电站声音频谱数据集，变电站声音频谱数据集具体包括开关柜声音频谱信噪比、主变压器声音频谱信噪比、gis设备声音频谱谐波失真率；

21、基于获取的变电站声音频谱数据集，综合分析得到变电站声音频谱特征值，变电站声音频谱特征值作为判断变电站是否存在故障的分析依据；

22、将变电站声音频谱特征值与数据库中存储的变电站声音频谱特征参照值进行比较；

23、若变电站声音频谱特征值不低于变电站声音频谱特征参照值，则该变电站声音频谱特征值对应的变电站不存在故障；

24、若变电站声音频谱特征值低于变电站声音频谱特征参照值，则该变电站声音频谱特征值对应的变电站存在故障。

25、优选的，所述变电站声音频谱特征值，分析过程为：

26、；

27、式中，α为变电站声音频谱特征值，gxz为开关柜声音频谱信噪比，bxz为主变压器声音频谱信噪比，sxz为gis设备声音频谱谐波失真率，ε1为设定的gxz的补偿因子，ε2为设定的bxz的补偿因子，ε3为设定的sxz的补偿因子，e为自然常数。

28、优选的，所述判断输电杆塔是否存在故障，分析过程为：

29、对输电杆塔声音频谱进行分析，获取输电杆塔声音频谱数据集，输电杆塔声音频谱数据集具体包括输电杆塔声音频谱信噪比、输电杆塔声音频谱宽度、输电杆塔基频与参照基频差值的绝对值；

30、基于获取的输电杆塔声音频谱数据集，综合分析得到输电杆塔声音频谱特征值，输电杆塔声音频谱特征值作为判断输电杆塔是否存在故障的分析依据；

31、将输电杆塔声音频谱特征值与数据库中存储的输电杆塔声音频谱特征参照值进行比较；

32、若输电杆塔声音频谱特征值不低于输电杆塔声音频谱特征参照值，则该输电杆塔声音频谱特征值对应的输电杆塔不存在故障；

33、若输电杆塔声音频谱特征值低于输电杆塔声音频谱特征参照值，则该输电杆塔声音频谱特征值对应的输电杆塔存在故障。

34、优选的，所述输电杆塔声音频谱特征值，分析过程为：

35、；

36、式中，β为输电杆塔声音频谱特征值，txz为输电杆塔声音频谱信噪比，pk为输电杆塔声音频谱宽度，jp为输电杆塔基频与参照基频差值的绝对值，σ1为设定的txz的补偿因子，σ2为设定的pk的补偿因子，σ3为设定的jp的补偿因子。

37、优选的，所述判断输变电设备是否存在故障，分析过程为：

38、对输变电设备声音频谱进行分析，获取输变电设备声音频谱数据集输变电设备声音频谱数据集具体包括输变电设备声音频谱信噪比、输变电设备基频与参照基频差值的绝对值、输变电设备声音频谱振幅与参照振幅差值的绝对值；

39、基于获取的输变电设备声音频谱数据集，综合分析得到输变电设备声音频谱特征值，输变电设备声音频谱特征值作为判断输变电设备是否存在故障的分析依据；

40、将输变电设备声音频谱特征值与数据库中存储的输变电设备声音频谱特征参照值进行比较；

41、若输变电设备声音频谱特征值不低于输变电设备声音频谱特征参照值，则该输变电设备声音频谱特征值对应的输变电设备不存在故障；

42、若输变电设备声音频谱特征值低于输变电设备声音频谱特征参照值，则该输变电设备声音频谱特征值对应的输变电设备存在故障。

43、优选的，所述输变电设备声音频谱特征值，分析过程为：

44、；

45、式中，γ为输变电设备声音频谱特征值，dxz为输变电设备声音频谱信噪比，sp为输变电设备基频与参照基频差值的绝对值，zf为输变电设备声音频谱振幅与参照振幅差值的绝对值，τ1为设定的dxz的补偿因子，τ2为设定的sp的补偿因子，τ3为设定的zf的补偿因子。

46、本发明具有如下有益效果：

47、本发明通过提供基于声音频谱分析的电力设备故障监测方法，持续监测声音频谱的变化，该系统能够在故障发展到严重阶段之前及时发现问题，从而实现早期干预，结合具体设备的故障评估偏差值，可以提高故障类型和程度的判断精度，减少误判和漏判，对不同电力设备的专门分析（如变电站、输电杆塔、输变电设备），该系统能够提供针对性的维护建议和修复措施，从而优化资源分配和维护计划，系统性的声音频谱监测和故障评估可以减少意外停机的风险，提高整个电力系统的可靠性和稳定性，确保供电的连续性和安全性。

48、本发明通过对电力设备基本信息进行分析，比对得到传感器部署方案及故障评估偏差值，分析电力设备的基本信息，可以精确地确定哪些位置和环境条件最适合部署传感器，从而优化监测效果和设备覆盖范围，通过比对得到的故障评估偏差值，可以针对每种设备定制化故障检测模型，提高诊断的准确性，及时识别和处理潜在故障，减少紧急维修的需求，从而降低维护成本和设备停机时间。

49、本发明通过对电力设备的声音频谱基本特征进行分析，判断电力设备的声音频谱是否合格，分析声音频谱及时发现问题，可以显著减少设备的突发故障率，从而避免意外停机和生产损失，声音频谱分析提供了量化数据，这些数据可以用于深入分析和理解设备的工作状态和性能趋势，判断电力设备的声音频谱是否合格有助于降低由于声音频谱不合格导致的误判。