一种基于分合闸线圈电流特征量优化的高压断路器操作机构状态评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压断路器操作机构故障诊断领域，是基于分合闸线圈电流特征量优 化的高压断路器操作机构状态评估。
【背景技术】
[0002] 高压断路器是电力系统重要的保护和控制设备，其运行可靠性直接影响电网运行 的可靠性，高压断路器的可靠运行对电力系统的正常运行发挥着至关重要的作用。据权威 机构调查结果表明各种高压断路器故障中机构故障所占比例甚至高达40%左右，所以操动 机构的可靠性是影响高压断路器可靠性的关键因素之一。高压断路器操动机构的状态监测 是提高高压断路器操作机构可靠运行的有效方法，分/合闸线圈电流波形能够准确地反映 高压断路器操动机构的部分运行状态，因此提取线圈电流波形的特征量对高压断路器操动 机构状态评估具有重要的意义。目前提取线圈电流波形特征量的方法缺乏对特征量间的关 系和重要程度分析，提取的特征量也未经优化，使得状态评估过程复杂。因此限制了对断路 器操作机构运行状态的进一步分析，所以对提取的特征量数据进行降维优化处理，剔除具 有较强相关性的特征量，从而解决了特征量间相关性较强及计算复杂的问题，使得高压断 路器操作机构状态评估结构更加简单； 高压断路器操作机构线圈电流波形可以反映分合闸电磁铁本身及所控制的锁闩或阀 门以及与之相连的开关操动机构、辅助触点在操作过程中的工作情况。操作机构分合闸过 程的工作原理相同，其线圈电流波形也类似。这里以合闸线圈电流波形为例进行分析。
[0003] 操作机构合闸线圈电流典型波形如附图1所示，根据合闸线圈电流波形可将电磁 铁动铁芯的运动过程分为5个阶段，分别为： 心~G阶段：心时刻，合闸线圈通电，线圈中有电流通过，由于此时电流较小，所产生的 磁通也较小，动铁芯受到的电磁力不足以使动铁芯运动，故动铁芯位置保持不变。此时气隙 最大，电感最小。该阶段线圈电压越大，其电流上升的斜率越陡，达到电流峰值的时间越短， 电流的峰值也就越大；控制回路电阻越大，其时间常数就越小，线圈电流上升斜率将变小， 使得达到电流峰值的时间延长，峰值电流将随着变小；空行程越大，动铁芯的电感越小，时 间常数也就越小，电流上升的速度也随着加快，电流峰值将增大； 匕~价段：^时刻，动铁芯开始运动。随着铁芯的运动，磁路气隙减小，气隙磁阻减 小，线圈电感增大，线圈电流逐渐下降。G时刻，铁芯运动速度达到最大，铁芯运动到位，撞 杆撞击合闸触发器，停止运动。如果动铁芯存在卡涩，将延长&~G的持续时间；电磁铁的 动静铁芯吸合不好(结合平面不干净或结合面不平）将会延长^~匕的持续时间。根据此 阶段持续时间及电流波形变化情况可以分析判断动铁芯的运动部件是否存在卡涩、脱扣或 释能机械负载变化等故障； 匕~4介段：0寸刻，动铁芯运动到位，撞杆撞击合闸触发器停止运动，储能机构开始 释放储能，进而高压断路器动触头开始动作。此阶段动铁芯不动，磁路气隙不变，磁阻不变， 电感为常数。线圈电流按指数规律上升，经过电流上升的暂态过程后，电流不再增加，进入 稳流阶段； 匕~介段寸刻，高压断路器动触头开始动作，线圈电流近似稳态。G时刻高压断 路器辅助开关触点断开线圈电源电压。该阶段线圈电流/,、厶的大小可反映线圈电压及控 制回路电阻的大小； 0介段：G时刻，高压断路器辅助触头切断线圈回路直流电源，在辅助触头之间产 生电弧并被迅速拉长，电弧电压升高，使电流减小，直到电弧熄灭，线圈电流减小为零。如果 辅助开关触点无法正常转换，则不能切断线圈电源，将使线圈一直通电，最终烧坏线圈； 根据上述线圈电流波形分析，线圈电流能反映高压断路器部分运行状况，可以通过对 操作机构分/合闸线圈电流波形的监测及分析，评估高压断路器操作机构运行状态。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种基于分合闸线圈电流特征量优化的高压断路 器操作机构状态评估方法。分析特征量间的关系和重要程度，对特征量进行降维优化处理， 简化高压断路器操作机构状态评估过程。上述的目的通过以下的技术方案实现： 1. 一种基于分合闸线圈电流特征量优化的高压断路器操作机构状态评估方法，其特 征是：该方法包括如下步骤： (1) 根据高压断路器操作机构动作特性测试设备检测得到操作机构分合闸线圈电流的 波形曲线如图1所示，通过分析断路器操作机构分合闸线圈电流波形变化情况，把波形曲 线分为5个变化阶段，我们可以从曲线上提取8拐点数据作为曲线的特征点数据，即线圈电 流参数石，/i和时间参数{ 匕，匕，k U; (2) 分合闸线圈电流特征量优化 通过操作机构动作特性测试设备得到线圈电流波形，并提取各状态下线圈电流8个特 征量，下面利用皮尔森相关系数分析8个特征量间的相关性，得到具有较高分类能力的特 征量： _线圈电流特征量的提取，其步骤包括：a、对采集的线圈电流原始信号进行小波去噪 处理，消除干扰信号，得到去噪后的线圈电流信号；b、采用小波变换检测信号突变点，提取 线圈电流波形的8个特征量； _通过小波变换得到8个特征量，维数较高，使得状态评估过程相对复杂。而这些特征 量之间具有一定的相关性，可以对其进行降维优化处理。利用皮尔森相关系数可以发现一 系列变量中彼此相关的变量，剔除相关性较高的变量，达到降维优化的目的。首先构造特征 量矩阵私靡3 :
其中，Λ?为特征量，?.. %户1…仏?为样本数，Λ为特征量数。特征量间的皮尔森相 关系数计算方法如下：
表示两特征变量的均值，XljE [-1，1]， i，户1··· 为两特征变量大小。Ilj表示两个特征变量间线性相关强弱的程度，Ilj的 绝对值越大表明变量间相关性越强，当^lj=O时，表明两特征变量不相关。根据式（2)计算 特征量矩阵_每一列间的皮尔森相关系数，得到矩阵滅勺皮尔森相关系数矩阵/?:
) _将优化后的特征量输入神经网络进行高压断路器状态评估。
[0005] 有益效果： 提取高压断路器操作机构合闸线圈电流信号中的8个特征量作为原始特征数据，通过 皮尔森相关系数得到能表征线圈电流的主要特征量，去除了原始特征参量中的冗余信息， 明确了对状态分类有较重要意义的特征参量，建立神经网络，对操作机构状态进行评估。经 实例分析证明此方法可以评估高压断路器操作机构的部分运行状态。该方法具有一定的实 用性，可应用到具体的工程实践