本發(fā)明涉及斷路器缺陷分析技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于分合閘線圈電流波形的斷路器機械特性分析方法。

背景技術(shù)：

據(jù)統(tǒng)計，60％至70％的斷路器缺陷或故障是由操作機構(gòu)引起的。目前對斷路器機械特性的檢查還主要依靠人工進行定期或者不定期巡檢，所使用的分析儀器功能單一，對復(fù)雜信號或強干擾背景的處理無能為力，對斷路器分合線圈波形整個運行的歷史情況都沒有比較分析。

隨著客戶對電力系統(tǒng)可靠性要求的提高，目前都要求對斷路器機構(gòu)狀態(tài)進行在線監(jiān)測，以能及時發(fā)現(xiàn)故障特征，并進一步預(yù)測可能存在的問題，以此保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。由于斷路器廠家型號眾多，所對應(yīng)的分合閘線圈電流波形也不盡相同，采用單一的數(shù)據(jù)分析方法無法全面準(zhǔn)確的涵蓋所有斷路器，必將影響到故障分析的準(zhǔn)確性。目前線圈波形分析都是在基于現(xiàn)有單一波形進行分析判斷，無法預(yù)測到斷路器未來可能的故障信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于分合閘線圈電流波形的斷路器機械特性分析方法，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有技術(shù)不能精確分析出斷路器機構(gòu)存在的故障以及無法預(yù)測斷路器未來可能出現(xiàn)的故障信息的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下措施來實現(xiàn)的：基于分合閘線圈電流波形的斷路器機械特性分析方法，包括以下步驟：

第一步，獲取斷路器分、合閘線圈的電流、電壓波形數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行濾波，去除噪聲及其他干擾信息，得到最接近于真實值的數(shù)據(jù)，之后進入第二步；

第二步，對濾波后的數(shù)據(jù)求導(dǎo)，對一次求導(dǎo)后的數(shù)據(jù)進行分析，若第一次導(dǎo)數(shù)無法求出所有電磁鐵運動過程特征數(shù)據(jù)，再進行二次求導(dǎo)，之后進入第三步；

第三步，對二次導(dǎo)數(shù)的結(jié)果進行分析，判定是否得到電磁鐵運動過程中的所有特征數(shù)據(jù)，若沒有，則進入第五步，若得到電磁鐵運動過程中所有的特征數(shù)據(jù)，則進入下一步；

第四步，根據(jù)國標(biāo)設(shè)定的數(shù)據(jù)誤差范圍，將所有的特征數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)進行比較，之后進入第五步；

第五步，通過模糊診斷法得到當(dāng)前斷路器的特征狀態(tài)，由于現(xiàn)場問題的多變性，采用專家系統(tǒng)結(jié)合模糊診斷的分析方法；所述模糊診斷法由故障原因集及由故障原因集對應(yīng)的故障征兆集推斷出故障模糊關(guān)系矩陣，采用最大隸屬原則與閾值原則相結(jié)合的方法進行故障判斷：

故障原因集：Y＝[y₁,y₂...,y_n]^T (1)

故障征兆集：X＝[x₁,x₂...,x_m]^T (2)

其中0≤r_ij≤1，1≤i≤m，1≤j≤n，之后結(jié)束。

下面是對上述發(fā)明技術(shù)方案的進一步優(yōu)化或/和改進：

上述在第一步中，對原始波形數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)數(shù)字濾波，通過該濾波算法去除噪聲干擾，得到最佳波形數(shù)據(jù)，濾波算法公式如下；

式中a_i，b_i為濾波器系數(shù)，x(n)為電流數(shù)據(jù)，y(n)為濾波后數(shù)據(jù)。

上述在第二步中，根據(jù)等效電路，推導(dǎo)出分合閘過程線圈中電流的變化，計算過程如下公式所示：

其中，R為等效電阻，L為不同時刻的等效電感，i為不同時刻的等效電流，U為線圈直接電壓；再根據(jù)電流變化曲線可以分析計算出線圈的特征信息；

對濾波后的數(shù)據(jù)進行駐點、拐點分析，通過駐點、拐點的分析即可以得到線圈中電磁鐵各特征信息，公式如下所示：

其中，如果分f(x)為原始數(shù)據(jù)，利用上述公式可得f′(x)駐點數(shù)據(jù)；如果分f(x)為駐點數(shù)據(jù)，利用上述公式可得f′(x)拐點數(shù)據(jù)。

上述在第四步中，對特征數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)進行比較，包括以下步驟：

(1)以波形數(shù)據(jù)點為原始值，計算每相鄰兩點之間的導(dǎo)數(shù)；

(2)根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)，從0點開始正推，取原始值大于等于0的點作為上電時刻點T0，與標(biāo)準(zhǔn)T0時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(3)根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)，從結(jié)束點倒推，取原始值大于等于0的點為主觸點斷開時刻點T7，與標(biāo)準(zhǔn)T7時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(4)根據(jù)步驟2和步驟3的T0，T7時刻點，以T0為起點，T7為終點，判斷各導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)值為0或值從正變?yōu)樨?fù)時，即為鐵芯始動時刻點T1，與標(biāo)準(zhǔn)T1時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(5)以T1為起點，T7為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)為0或值從負(fù)變?yōu)檎龝r，即為鐵芯撞擊彎板時刻點T2，與標(biāo)準(zhǔn)T2時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(6)以T7為起點，T2為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)為0時，即為輔助觸點斷開時刻點T6，與標(biāo)準(zhǔn)T6時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(7)以T6為起點，T2為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)由0轉(zhuǎn)正時，即為線圈電流穩(wěn)態(tài)時刻點T5，于標(biāo)準(zhǔn)T5時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(8)以T2為起點，T5為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)0或值從正變?yōu)樨?fù)時，即為彎板始動時刻點T3，與標(biāo)準(zhǔn)T3時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(9)以T3為起點，T5為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)0或值從負(fù)變?yōu)檎龝r，即為鐵芯運行最大位移時刻點T4，與標(biāo)準(zhǔn)T4時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(10)根據(jù)斷路器T0至T7運行時刻點，通過專家系統(tǒng)與模糊診斷分析，即可得到當(dāng)前斷路器的運行狀態(tài)。

上述在第五步中，所述專家系統(tǒng)包括知識庫、數(shù)據(jù)源、推理機、咨詢說明、知識學(xué)習(xí)和人機界面。

本發(fā)明利用線圈分合閘的電流波形進行分析該線圈電磁鐵運行的特征點及特征信息，能快速、準(zhǔn)確地從斷路器線圈電流中分析出電磁鐵各階段的動作時間、線圈電流大小、動作速度等特征信息，為后期斷路器機械故障分析提供有效的數(shù)據(jù)支撐。通過與歷史波形數(shù)據(jù)的多維度比對，增強當(dāng)前斷路器機構(gòu)故障定位的準(zhǔn)確性，預(yù)測斷路器機構(gòu)可能存在的故障風(fēng)險，以提醒工作人員加強防范，保障斷路器的安全可靠運行。通過對原始數(shù)據(jù)的濾波處理，減少了背景噪聲等干擾信息，提高波形數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在數(shù)據(jù)分析過程中，采用拐點、駐點等相結(jié)合的分析方法，同時結(jié)合斷路器運行的整個歷史數(shù)據(jù)進行全面分析，可以提高分析的精確度及準(zhǔn)確度。通過使用專家系統(tǒng)和模糊矩陣分析診斷方法，為斷路器的運行狀況提供指導(dǎo)，達到提前預(yù)判的目的。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的方法流程。

附圖2為本發(fā)明斷路器鐵芯及分合閘線圈的示意圖。

附圖3為附圖2的等效電路圖。

附圖4為本發(fā)明斷路器鐵芯運行過程時刻點的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明不受下述實施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實際情況來確定具體的實施方式。

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步描述：

如附圖1所示，基于分合閘線圈電流波形的斷路器機械特性分析方法包括以下步驟：

第一步，獲取斷路器分、合閘線圈的電流、電壓波形數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行濾波，去除噪聲及其他干擾信息，得到最接近于真實值的數(shù)據(jù)，之后進入第二步；

第二步，對濾波后的數(shù)據(jù)求導(dǎo)，對一次求導(dǎo)后的數(shù)據(jù)進行分析，若第一次導(dǎo)數(shù)無法求出所有電磁鐵運動過程特征數(shù)據(jù)，再進行二次求導(dǎo)，之后進入第三步；

第三步，對二次導(dǎo)數(shù)的結(jié)果進行分析，判定是否得到電磁鐵運動過程中的所有特征數(shù)據(jù)，若沒有，則進入第五步，若得到電磁鐵運動過程中所有的特征數(shù)據(jù)，則進入下一步；

第四步，根據(jù)國標(biāo)設(shè)定的數(shù)據(jù)誤差范圍，將所有的特征數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)進行比較，之后進入第五步；

第五步，通過模糊診斷法得到當(dāng)前斷路器的特征狀態(tài)，由于現(xiàn)場問題的多變性，采用專家系統(tǒng)結(jié)合模糊診斷的分析方法；所述模糊診斷法由故障原因集及由故障原因集對應(yīng)的故障征兆集推斷出故障模糊關(guān)系矩陣，采用最大隸屬原則與閾值原則相結(jié)合的方法進行故障判斷：

故障原因集：Y＝[y₁,y₂...,y_n]^T (1)

故障征兆集：X＝[x₁,x₂...,x_m]^T (2)

其中0≤r_ij≤1，1≤i≤m，1≤j≤n，之后結(jié)束。

經(jīng)專家系統(tǒng)和模糊矩陣分析診斷，可以自動得出目前斷路器分合閘線圈運行狀態(tài)，并提供該斷路器分合閘線圈未來可能的故障信息。這里的專家系統(tǒng)為現(xiàn)有公知技術(shù)，結(jié)合專家系統(tǒng)對斷路器特征狀態(tài)進行分析更精確。本發(fā)明利用線圈分合閘的電流波形進行分析該線圈電磁鐵運行的特征點及特征信息，能快速、準(zhǔn)確地從斷路器線圈電流中分析出電磁鐵各階段的動作時間、線圈電流大小、動作速度等特征信息，為后期斷路器機械故障分析提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

可根據(jù)實際需要，對上述基于分合閘線圈電流波形的斷路器機械特性分析方法作進一步優(yōu)化或/和改進：

如附圖1、2、3、4所示，在第一步中，對原始波形數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)數(shù)字濾波，通過該濾波算法去除噪聲干擾，得到最佳波形數(shù)據(jù)，濾波算法公式如下；

式中a_i，b_i為濾波器系數(shù)，x(n)為電流數(shù)據(jù)，y(n)為濾波后數(shù)據(jù)。

如附圖1、2、3、4所示，在第二步中，根據(jù)等效電路，推導(dǎo)出分合閘過程線圈中電流的變化，計算過程如下公式所示：

其中，R為等效電阻，L為不同時刻的等效電感，i為不同時刻的等效電流，U為線圈直接電壓；再根據(jù)電流變化曲線可以分析計算出線圈的特征信息；

對濾波后的數(shù)據(jù)進行駐點、拐點分析，通過駐點、拐點的分析即可以得到線圈中電磁鐵各特征信息，公式如下所示：

其中，如果分f(x)為原始數(shù)據(jù)，利用上述公式可得f′(x)駐點數(shù)據(jù)；如果分f(x)為駐點數(shù)據(jù)，利用上述公式可得f′(x)拐點數(shù)據(jù)。這里根據(jù)第二步可以完全分析出線圈電流的波形軌跡，但由于現(xiàn)場背景噪聲等干擾信號的影響，如果僅采用求一階導(dǎo)無法完全準(zhǔn)確分析出線圈特征信息，特別是對于有故障的波形數(shù)據(jù)，為使分析更加準(zhǔn)確、快速的判斷線圈狀態(tài)，本發(fā)明結(jié)合了對濾波后的數(shù)據(jù)進行駐點、拐點分析方法，通過駐點、拐點的分析即可以得到線圈中電磁鐵各特征信息。

如附圖1、2、3、4所示，在第四步中，對特征數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)進行比較，包括以下步驟：

(1)以波形數(shù)據(jù)點為原始值，計算每相鄰兩點之間的導(dǎo)數(shù)；

(2)根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)，從0點開始正推，取原始值大于等于0的點作為上電時刻點T0，與標(biāo)準(zhǔn)T0時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(3)根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)，從結(jié)束點倒推，取原始值大于等于0的點為主觸點斷開時刻點T7，與標(biāo)準(zhǔn)T7時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(4)根據(jù)步驟2和步驟3的T0，T7時刻點，以T0為起點，T7為終點，判斷各導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)值為0或值從正變?yōu)樨?fù)時，即為鐵芯始動時刻點T1，與標(biāo)準(zhǔn)T1時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(5)以T1為起點，T7為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)為0或值從負(fù)變?yōu)檎龝r，即為鐵芯撞擊彎板時刻點T2，與標(biāo)準(zhǔn)T2時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(6)以T7為起點，T2為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)為0時，即為輔助觸點斷開時刻點T6，與標(biāo)準(zhǔn)T6時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(7)以T6為起點，T2為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)由0轉(zhuǎn)正時，即為線圈電流穩(wěn)態(tài)時刻點T5，于標(biāo)準(zhǔn)T5時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(8)以T2為起點，T5為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)0或值從正變?yōu)樨?fù)時，即為彎板始動時刻點T3，與標(biāo)準(zhǔn)T3時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(9)以T3為起點，T5為終點，判斷各點導(dǎo)數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)0或值從負(fù)變?yōu)檎龝r，即為鐵芯運行最大位移時刻點T4，與標(biāo)準(zhǔn)T4時刻點比較判斷誤差是否在正常范圍；

(10)根據(jù)斷路器T0至T7運行時刻點，通過專家系統(tǒng)與模糊診斷分析，即可得到當(dāng)前斷路器的運行狀態(tài)。

本發(fā)明通過與歷史波形數(shù)據(jù)的多維度比對，增強當(dāng)前斷路器機構(gòu)故障定位，預(yù)測斷路器機構(gòu)可能存在的故障風(fēng)險，以提醒工作人員加強防范，保障斷路器的安全可靠運行。通過對原始數(shù)據(jù)的濾波處理，減少了背景噪聲等干擾信息，提高波形數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在數(shù)據(jù)分析過程中，采用拐點、駐點等相結(jié)合的分析方法，同時結(jié)合斷路器運行的整個歷史數(shù)據(jù)進行全面分析，可以提高分析的精確度及準(zhǔn)確度。

根據(jù)需要，專家系統(tǒng)包括知識庫、數(shù)據(jù)源、推理機、咨詢說明、知識學(xué)習(xí)和人機界面。通過使用專家系統(tǒng)和模糊矩陣分析診斷方法，為斷路器的運行狀況提供指導(dǎo)，達到提前預(yù)判的目的。

以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的實施例，其具有較強的適應(yīng)性和實施效果，可根據(jù)實際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。