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瓷支柱絕緣子主要用于變電站隔離開(kāi)關(guān)和母線的支撐、固定和絕緣，在實(shí)際應(yīng)用中，若絕緣子出現(xiàn)故障卻不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前瓷支柱絕緣子故障診斷方法有紅外測(cè)溫檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)。

紅外測(cè)溫檢測(cè)只能通過(guò)絕緣子表面溫度判斷絕緣子有無(wú)缺陷，無(wú)法探測(cè)絕緣子內(nèi)部初期缺陷。超聲波檢測(cè)只能用于非帶電檢測(cè)。振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)方式可以兼顧瓷支柱絕緣子內(nèi)外缺陷檢測(cè)和帶電檢測(cè)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，加強(qiáng)對(duì)瓷支柱絕緣子振動(dòng)信號(hào)的研究，提前發(fā)現(xiàn)初期缺陷，對(duì)變電站運(yùn)行的可靠性及加強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。

造成瓷支柱絕緣子故障的原因很多。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，主要是生產(chǎn)制造工藝不合格，如法蘭盤(pán)與瓷體之間膠狀水泥的不均勻性和生產(chǎn)過(guò)程中氣孔的產(chǎn)生。從外部因素分析，主要是受外部作用力（如風(fēng)載荷）的影響。通常將瓷支柱絕緣子故障歸為絕緣子上端故障和絕緣子下端故障兩種。

有學(xué)者提出了對(duì)瓷支柱絕緣子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波包分解，對(duì)各節(jié)點(diǎn)能量進(jìn)行提取分析的方法，利用瓷支柱絕緣子故障發(fā)生前后各小波節(jié)點(diǎn)能量的差異實(shí)現(xiàn)絕緣子故障判別。有學(xué)者采用基于統(tǒng)計(jì)分布特征的方法，以一定數(shù)量瓷支柱絕緣子檢測(cè)數(shù)據(jù)的頻率為基礎(chǔ)直接建立絕緣子的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，證明了振動(dòng)信號(hào)分析的有效性。

這些診斷方法仍存在一定的不足，例如，小波包分解求節(jié)點(diǎn)能量這一方法只能區(qū)分絕緣子的正常和故障狀態(tài)，無(wú)法判斷故障位置；而基于統(tǒng)計(jì)分布特征的方法主要是通過(guò)分析不同狀態(tài)下瓷支柱絕緣子功率譜密度圖的頻率區(qū)間來(lái)判斷，因區(qū)間范圍較寬，故受主觀因素影響較大，容易產(chǎn)生絕緣子錯(cuò)檢和漏檢。

云南電網(wǎng)電力科學(xué)研究院、華北電力大學(xué)云南電網(wǎng)公司研究生工作站、華北電力大學(xué)河北省電力機(jī)械裝備健康維護(hù)與失效預(yù)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員焦宗寒、邵鑫明等，將振動(dòng)信號(hào)頻譜與高斯混合模型（Gaussian mixture model, GMM）相結(jié)合，提出一種應(yīng)用于瓷支柱絕緣子來(lái)提取振動(dòng)信號(hào)特征的新方法，利用粒子群算法（particle swarm optimization, PSO）優(yōu)化后的極限學(xué)習(xí)機(jī)（extreme learning machine, ELM）實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)識(shí)別與分類。針對(duì)瓷支柱絕緣子現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析，該方法能快速有效地提取瓷支柱絕緣子的特征向量并能正確地進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別和分類，診斷效果較好。

圖1 基于振動(dòng)信號(hào)頻譜高斯混合模型的絕緣子診斷流程

圖2 現(xiàn)場(chǎng)瓷支柱絕緣子信號(hào)采集

研究人員將高斯混合模型中的權(quán)重系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差作為用于分類的有效特征值輸入PSO-ELM模型中進(jìn)行狀態(tài)分類及識(shí)別，得出以下結(jié)論：

1）通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)，將基于概率統(tǒng)計(jì)的高斯混合模型與信號(hào)頻域相結(jié)合的方法首次用在瓷支柱絕緣子振動(dòng)信號(hào)分析中，有效提取了瓷支柱絕緣子在三種狀態(tài)下的特征值。

2）對(duì)于故障分類，采用了粒子群優(yōu)化的極限學(xué)習(xí)機(jī)模型，與未優(yōu)化的分類模型相比較，PSO-ELM分類模型具有更高的穩(wěn)定性與識(shí)別準(zhǔn)確率。

3）本算法能快速有效地提取瓷支柱絕緣子各狀態(tài)振動(dòng)信號(hào)的特征值并能正確地進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別和分類，獲得了較好的診斷效果，為瓷支柱絕緣子基于振動(dòng)信號(hào)的故障診斷提供了較為實(shí)用的解決方案。

本文編自2021年第6期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于振動(dòng)信號(hào)頻譜高斯混合模型的瓷支柱絕緣子故障診斷”，作者為焦宗寒、邵鑫明、鄭欣、劉榮海。