CN103675659B - 断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法与装置，本发明提供了一种全新的对分合闸行程-时间特性曲线进行预处理的方法，对现场采集到的行程-时间特性数据至少利用一种方式进行拟合，达到剔除坏点和野点的目的，为后续利用此分合闸波形进行高压开关故障的正确判别提供准确的判断依据。

Description

断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法与装置

技术领域

本发明涉及一种断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法。

背景技术

80％的高压断路器故障是由于机械特性不良造成的，且大多数故障是操动机构的问题。加强高压断路器机械特性的在线监测对保证高压断路器的安全运行具有重要的现实意义。其中，断路器分合闸时的行程-时间特性(如图1、2所示)是表征断路器机械特征的重要参数，也是计算断路器分合闸速度的依据，得到波形曲线后，就可以对波形进行分析，判断出对应时刻的断路器机构的状态是否正常。它包含很多信息，反映了电磁铁本身以及所控制的锁闩或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况。因此断路器分合闸时的行程-时间特性对于高压断路器的在线监测及故障诊断具有重要的意义。

分合闸行程-时间特性是在多种干扰现场环境下在线测得的，因此所得到的波形往往含有很多因干扰而产生的“毛刺”，这对从波形中提取有用信息十分不利。因此对分合闸行程-时间特性曲线进行预处理是非常重要的，它的主要目的是剔除曲线中的毛刺和脉冲干扰，以削弱环境的干扰影响，保证既要剔除“坏点”，又要保存数据的真实性，减少波形检测的误检率。目前主要的预处理方法是采用低通滤波器、中值滤波算法和小波变换等，它们各有优劣，也在一定程度上达到了一定的预处理的效果，但是效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法与装置，用以解决现有滤波等预处理方法效果不够理想的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法，至少包括第一次拟合的步骤：

在断路器分合闸过程中以设定采样周期进行采样，得到一系列采样点((t₁，x₁)，(t₂，x₂)，…，(t_n，x_n))；

对每个周期的波形求导，得到各周期的导数值λ₁，λ₂，…，λ_n-1，对于每个采样周期，判断其后的采样点是否为坏点：对于任一采样周期k，判断|λk-(λ₁+…+λ_m)/m|≥Δ是否成立，若成立则判断采样周期k之后的采样点((t_k+1，x_k+1))为坏点，并进行剔除；Δ为设定的第一阈值，n为采样点数；m为第k个采样周期之前保留的导数值的个数；

用最小二乘法对上述剔除坏点之后的采样点进行第一次拟合，得到断路器第一次分合闸波形曲线。

所述断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法还包括第二次拟合的步骤：

根据第一次分合闸波形曲线得到各采样时刻的行程拟合值，将各采样时刻的原始采样点值与对应时刻的行程拟合值进行比较，若它们之间的差值的绝对值大于设定的第二阈值，则进行第二次剔除，剔除对应采样点；

用最小二乘法对第二次剔除坏点之后的采样点进行第二次拟合，得到最终的断路器分合闸波形曲线。

断路器分合闸时行程-时间波形预处理装置，至少包括第一次拟合的模块：

在断路器分合闸过程中以设定采样周期进行采样，得到一系列采样点((t₁，x₁)，(t₂，x₂)，…，(t_n，x_n))；

对每个周期的波形求导，得到各周期的导数值λ₁，λ₂，…，λ_n-1，对于每个采样周期，判断其后的采样点是否为坏点：对于任一采样周期k，判断|λk-(λ₁+…+λ_m)/m|≥Δ是否成立，若成立则判断采样周期k之后的采样点((t_k+1，x_k+1))为坏点，并进行剔除；Δ为设定的第一阈值，n为采样点数；m为第k个采样周期之前保留的导数值的个数；

用最小二乘法对上述剔除坏点之后的采样点进行第一次拟合，得到断路器第一次分合闸波形曲线。

所述断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法还包括第二次拟合的模块：

根据第一次分合闸波形曲线得到各采样时刻的行程拟合值，将各采样时刻的原始采样点值与对应时刻的行程拟合值进行比较，若它们之间的差值的绝对值大于设定的第二阈值，则进行第二次剔除，剔除对应采样点；

用最小二乘法对第二次剔除坏点之后的采样点进行第二次拟合，得到最终的断路器分合闸波形曲线。

本发明提供了一种全新的对分合闸行程-时间特性曲线进行预处理的方法，对现场采集到的行程-时间特性数据至少利用一种方式进行拟合，达到剔除坏点和野点的目的，为后续利用此分合闸波形进行高压开关故障的正确判别提供准确的判断依据。

第一次拟合过程根据每个周期的导数判据剔除了相应的坏点，达到了一定的预处理效果。

进一步的，第二次拟合过程在第一拟合的基础上，通过与原始数据的比较，再次剔除一定量的坏点，使预处理效果更加显著。

附图说明

图1是断路器合闸行程-时间特性曲线图；

图2是断路器分闸行程-时间特性曲线图；

图3是断路器分合闸行程-时间特性曲线预处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法至少应包括第一次拟合过程，以下实施方式是一种优选实施例，其包括两次拟合过程，下面对整个过程进行具体描述。

如图3所示，第一步利用采集器对断路器分合闸波形进行采样，得到一系列的采样点(t1，x1)，(t2，x2)，…，(tn，xn)。

第二步再利用各采样点的数值和采样时刻对每个采样周期内的波形进行求导，λ_k＝(x_k+1-x_k)/采样周期，得到的导数分别为(λ1，λ2，…，λn-1)；如此时在第k个采样周期得到的导数值为λk，同时在第k个采样周期之前保留了m个导数值，它们分别为(λ1，λ2，…，λm)，若此时|λk-(λ1+…+λm)/m|≥Δ(Δ为设定的第一阈值)，则判别该采样周期内第k+1个采样点为坏点，并进行剔除，否则保留该点。在程序中，递增k值以实现对每个周期均进行上述判断过程。

第三步利用最小二乘法对第二步剔除坏点之后的采样点进行拟合，得到断路器分合闸波形曲线，从而得到各采样时刻的行程曲线值。

第四步将各采样时刻的原始采样点值与第三步中所得到对应采样时刻的行程拟合值进行比较，若他们之间差值的绝对值大于设定的第二阈值，即若|在ti时刻的拟合曲线值xi*-在ti时刻的原始采样值xi|≥设定的第二阈值，则剔除掉xi，否则保留该点；i小于等于n。在程序中，递增i值以实现对每个周期均进行上述判断过程。

第五步利用最小二乘法对两次剔除坏点之后的采样点进行重新拟合，得到处理后的断路器分合闸行程-时间曲线，完成对其的预处理。

以上给出一种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法，其特征在于，至少包括第一次拟合的步骤：

在断路器分合闸过程中以设定采样周期进行采样，得到一系列采样点((t₁，x₁)，(t₂，x₂)，…，(t_n，x_n))；

对每个周期的波形求导，得到各周期的导数值λ₁，λ₂，…，λ_n-1，对于每个采样周期，判断其后的采样点是否为坏点：对于任一采样周期k，判断|λk-(λ₁+…+λ_m)/m|≥Δ是否成立，若成立则判断采样周期k之后的采样点((t_k+1，x_k+1))为坏点，并进行剔除；Δ为设定的第一阈值，n为采样点数；m为第k个采样周期之前保留的导数值的个数；

用最小二乘法对上述剔除坏点之后的采样点进行第一次拟合，得到断路器第一次分合闸波形曲线。

2.根据权利要求1所述的断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法，其特征在于，所述断路器分合闸时行程-时间波形预处理方法还包括第二次拟合的步骤：

根据第一次分合闸波形曲线得到各采样时刻的行程拟合值，将各采样时刻的原始采样点值与对应时刻的行程拟合值进行比较，若它们之间的差值的绝对值大于设定的第二阈值，则进行第二次剔除，剔除对应采样点；

用最小二乘法对第二次剔除坏点之后的采样点进行第二次拟合，得到最终的断路器分合闸波形曲线。

3.断路器分合闸时行程-时间波形预处理装置，其特征在于，至少包括第一次拟合的模块：

在断路器分合闸过程中以设定采样周期进行采样，得到一系列采样点((t₁，x₁)，(t₂，x₂)，…，(t_n，x_n))；

对每个周期的波形求导，得到各周期的导数值λ₁，λ₂，…，λ_n-1，对于每个采样周期，判断其后的采样点是否为坏点：对于任一采样周期k，判断|λk-(λ₁+…+λ_m)/m|≥Δ是否成立，若成立则判断采样周期k之后的采样点((t_k+1，x_k+1))为坏点，并进行剔除；Δ为设定的第一阈值，n为采样点数；m为第k个采样周期之前保留的导数值的个数；

用最小二乘法对上述剔除坏点之后的采样点进行第一次拟合，得到断路器第一次分合闸波形曲线。

4.根据权利要求3所述的断路器分合闸时行程-时间波形预处理装置，其特征在于，所述断路器分合闸时行程-时间波形预处理装置还包括第二次拟合的模块：

根据第一次分合闸波形曲线得到各采样时刻的行程拟合值，将各采样时刻的原始采样点值与对应时刻的行程拟合值进行比较，若它们之间的差值的绝对值大于设定的第二阈值，则进行第二次剔除，剔除对应采样点；

用最小二乘法对第二次剔除坏点之后的采样点进行第二次拟合，得到最终的断路器分合闸波形曲线。