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(jī)械特性分析方法。

背景技術(shù)：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，60％至70％的斷路器缺陷或故障是由操作機(jī)構(gòu)引起的。目前對(duì)斷路器機(jī)械特性的檢查還主要依靠人工進(jìn)行定期或者不定期巡檢，所使用的分析儀器功能單一，對(duì)復(fù)雜信號(hào)或強(qiáng)干擾背景的處理無(wú)能為力，對(duì)斷路器分合線圈波形整個(gè)運(yùn)行的歷史情況都沒(méi)有比較分析。

隨著客戶對(duì)電力系統(tǒng)可靠性要求的提高，目前都要求對(duì)斷路器機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，以能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障特征，并進(jìn)一步預(yù)測(cè)可能存在的問(wèn)題，以此保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于斷路器廠家型號(hào)眾多，所對(duì)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(wú)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(jìn)行分析判斷，無(wú)法預(yù)測(cè)到斷路器未來(lái)可能的故障信息。

技術(shù)實(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)存在的故障以及無(wú)法預(yù)測(cè)斷路器未來(lái)可能出現(xiàn)的故障信息的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：基于分合閘線圈電流波形的斷路器機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除噪聲及其他干擾信息，得到最接近于真實(shí)值的數(shù)據(jù)，之后進(jìn)入第二步；

第二步，對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)求導(dǎo)，對(duì)一次求導(dǎo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若第一次導(dǎo)數(shù)無(wú)法求出所有電磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程特征數(shù)據(jù)，再進(jìn)行二次求導(dǎo)，之后進(jìn)入第三步；

第三步，對(duì)二次導(dǎo)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行分析，判定是否得到電磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的所有特征數(shù)據(jù)，若沒(méi)有，則進(jìn)入第五步，若得到電磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所有的特征數(shù)據(jù)，則進(jìn)入下一步；

第四步，根據(jù)國(guó)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(jìn)行比較，之后進(jìn)入第五步；

第五步，通過(guò)模糊診斷法得到當(dāng)前斷路器的特征狀態(tài)，由于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)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(duì)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(jìn)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(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述在第一步中，對(duì)原始波形數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)數(shù)字濾波，通過(guò)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(guò)程線圈中電流的變化，計(jì)算過(guò)程如下公式所示：

其中，R為等效電阻，L為不同時(shí)刻的等效電感，i為不同時(shí)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(jì)算出線圈的特征信息；

對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行駐點(diǎn)、拐點(diǎn)分析，通過(guò)駐點(diǎn)、拐點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)；如果分f(x)為駐點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用上述公式可得f′(x)拐點(diǎn)數(shù)據(jù)。

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

(1)以波形數(shù)據(jù)點(diǎn)為原始值，計(jì)算每相鄰兩點(diǎn)之間的導(dǎo)數(shù)；

(2)根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)，從0點(diǎn)開(kāi)始正推，取原始值大于等于0的點(diǎn)作為上電時(shí)刻點(diǎn)T0，與標(biāo)準(zhǔn)T0時(shí)刻點(diǎn)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(diǎn)倒推，取原始值大于等于0的點(diǎn)為主觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)刻點(diǎn)T7，與標(biāo)準(zhǔn)T7時(shí)刻點(diǎn)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(shí)刻點(diǎn)，以T0為起點(diǎn)，T7為終點(diǎn)，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(shí)，即為鐵芯始動(dòng)時(shí)刻點(diǎn)T1，與標(biāo)準(zhǔn)T1時(shí)刻點(diǎn)比較判斷誤差是否在正常范圍；

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

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

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

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

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

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

上述在第五步中，所述專家系統(tǒng)包括知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)源、推理機(jī)、咨詢說(shuō)明、知識(shí)學(xué)習(xí)和人機(jī)界面。

本發(fā)明利用線圈分合閘的電流波形進(jìn)行分析該線圈電磁鐵運(yùn)行的特征點(diǎn)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(dòng)作時(shí)間、線圈電流大小、動(dòng)作速度等特征信息，為后期斷路器機(jī)械故障分析提供有效的數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)與歷史波形數(shù)據(jù)的多維度比對(duì)，增強(qiáng)當(dāng)前斷路器機(jī)構(gòu)故障定位的準(zhǔn)確性，預(yù)測(cè)斷路器機(jī)構(gòu)可能存在的故障風(fēng)險(xiǎn)，以提醒工作人員加強(qiáng)防范，保障斷路器的安全可靠運(yùn)行。通過(guò)對(duì)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(guò)程中，采用拐點(diǎn)、駐點(diǎn)等相結(jié)合的分析方法，同時(shí)結(jié)合斷路器運(yùn)行的整個(gè)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，可以提高分析的精確度及準(zhǔn)確度。通過(guò)使用專家系統(tǒng)和模糊矩陣分析診斷方法，為斷路器的運(yùn)行狀況提供指導(dǎo)，達(dá)到提前預(yù)判的目的。

附圖說(shuō)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(yùn)行過(guò)程時(shí)刻點(diǎn)的示意圖。

具體實(shí)施方式

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

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)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(jī)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除噪聲及其他干擾信息，得到最接近于真實(shí)值的數(shù)據(jù)，之后進(jìn)入第二步；

第二步，對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)求導(dǎo)，對(duì)一次求導(dǎo)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若第一次導(dǎo)數(shù)無(wú)法求出所有電磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程特征數(shù)據(jù)，再進(jìn)行二次求導(dǎo)，之后進(jìn)入第三步；

第三步，對(duì)二次導(dǎo)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行分析，判定是否得到電磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的所有特征數(shù)據(jù)，若沒(méi)有，則進(jìn)入第五步，若得到電磁鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所有的特征數(shù)據(jù)，則進(jìn)入下一步；

第四步，根據(jù)國(guó)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(jìn)行比較，之后進(jìn)入第五步；

第五步，通過(guò)模糊診斷法得到當(dāng)前斷路器的特征狀態(tài)，由于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)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(duì)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(jìn)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(dòng)得出目前斷路器分合閘線圈運(yùn)行狀態(tài)，并提供該斷路器分合閘線圈未來(lái)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(duì)斷路器特征狀態(tài)進(jìn)行分析更精確。本發(fā)明利用線圈分合閘的電流波形進(jìn)行分析該線圈電磁鐵運(yùn)行的特征點(diǎn)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(dòng)作時(shí)間、線圈電流大小、動(dòng)作速度等特征信息，為后期斷路器機(jī)械故障分析提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

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

如附圖1、2、3、4所示，在第一步中，對(duì)原始波形數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)數(shù)字濾波，通過(guò)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(guò)程線圈中電流的變化，計(jì)算過(guò)程如下公式所示：

其中，R為等效電阻，L為不同時(shí)刻的等效電感，i為不同時(shí)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(jì)算出線圈的特征信息；

對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行駐點(diǎn)、拐點(diǎn)分析，通過(guò)駐點(diǎn)、拐點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)；如果分f(x)為駐點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用上述公式可得f′(x)拐點(diǎn)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(chǎng)背景噪聲等干擾信號(hào)的影響，如果僅采用求一階導(dǎo)無(wú)法完全準(zhǔn)確分析出線圈特征信息，特別是對(duì)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(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行駐點(diǎn)、拐點(diǎn)分析方法，通過(guò)駐點(diǎn)、拐點(diǎn)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(duì)特征數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，包括以下步驟：

(1)以波形數(shù)據(jù)點(diǎn)為原始值，計(jì)算每相鄰兩點(diǎn)之間的導(dǎo)數(shù)；

(2)根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)，從0點(diǎn)開(kāi)始正推，取原始值大于等于0的點(diǎn)作為上電時(shí)刻點(diǎn)T0，與標(biāo)準(zhǔn)T0時(shí)刻點(diǎn)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(diǎn)倒推，取原始值大于等于0的點(diǎn)為主觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)刻點(diǎn)T7，與標(biāo)準(zhǔn)T7時(shí)刻點(diǎn)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(shí)刻點(diǎn)，以T0為起點(diǎn)，T7為終點(diǎn)，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(shí)，即為鐵芯始動(dòng)時(shí)刻點(diǎn)T1，與標(biāo)準(zhǔn)T1時(shí)刻點(diǎn)比較判斷誤差是否在正常范圍；

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

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

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

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

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

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

本發(fā)明通過(guò)與歷史波形數(shù)據(jù)的多維度比對(duì)，增強(qiáng)當(dāng)前斷路器機(jī)構(gòu)故障定位，預(yù)測(cè)斷路器機(jī)構(gòu)可能存在的故障風(fēng)險(xiǎn)，以提醒工作人員加強(qiáng)防范，保障斷路器的安全可靠運(yùn)行。通過(guò)對(duì)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(guò)程中，采用拐點(diǎn)、駐點(diǎn)等相結(jié)合的分析方法，同時(shí)結(jié)合斷路器運(yùn)行的整個(gè)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)源、推理機(jī)、咨詢說(shuō)明、知識(shí)學(xué)習(xí)和人機(jī)界面。通過(guò)使用專家系統(tǒng)和模糊矩陣分析診斷方法，為斷路器的運(yùn)行狀況提供指導(dǎo)，達(dá)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(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來(lái)滿足不同情況的需求。