CN111474471A - 一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，属于高压交流断路器操作机构状态监测与评估领域。通过对采集得到的分合闸线圈电流数据进行中值滤波和一阶离散求导运算，对获得的离散求导数据进一步进行中值滤波，获取离散数据在时间轴上的零值区间。根据零值区间可以获得分合闸线圈电流的时间和幅值特征参量。本发明可以实现快速、准确获取分合闸线圈电流特征参数，实现分合闸线圈电流特征参数的自动读取和模块化开发。

Description

一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法

技术领域：

本发明属于高压交流断路器操作机构状态监测与评估领域，特别涉及一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法。

背景技术：

高压开关设备是电力系统控制和保护的重要核心设备，根据运行经验和实际情况，高压开关设备的故障可以分为机械故障、绝缘故障、温升以及开断和关合性能故障。积极、有效地开展高压开关设备的状态评估和故障诊断工作，可以发现运行中高压开关设备的性能指标和存在缺陷，对存在问题的断路器提前安排检修工作，提高设备利用率和运维管理水平。

运行经验表明操作机构故障在所有故障中的占比最高，所以对断路器进行操作机构状态评估具有迫切的需求和重要的意义。分合闸线圈电流曲线可以间接地反映着操作机构的运行状态，如图1所示，以分合闸线圈电流曲线为基础，获取特征参数可以准确地评估操作机构各功能元件的运行状态，为断路器操作机构故障定位和故障检修提供可靠的依据。因此，提出快速、准确获取分合闸线圈电流特征参数的方法尤为重要，可以为进一步的状态评估提供可靠的依据。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，可以实现快速、准确获取分合闸线圈电流特征参数，实现分合闸线圈电流特征参数的自动读取。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，包括以下步骤：

S100根据时间轴上采集得到的分合闸线圈电流数据(t_i,I_i)，建立以时间t为自变量，电流幅值I为因变量的离散函数I_i＝f(t_i)，即：

I_i＝f(t_i) i＝1,2,…,N (1)

式中，t为时间，I为电流幅值，N为采集到的样本数。

S200应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行消噪处理，得到消噪后的离散函数为I′_i＝f(t_i)。

式中，y为待滤波离散数据，n为邻域窗口的大小。

S300对消噪后的离散函数I′_i＝f(t_i)进行一阶离散求导运算，得到离散的梯度函数为dI_i＝f(t_i)。

S400应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行消噪处理，得到消噪后的离散函数为dI′_i＝f(t_i)。

S500基于离散函数为dI′_i＝f(t_i)，得到dI′_i＝0时，在时间轴上的多个集合A，即：

{t∈A_j|dI'＝0} j＝1,2,…,m (2)

式中，A_i为时间集合，m为集合的数量。

S600取第一个时间集合A₁上的最后一个元素为该集合的时间特征参数T₁，线圈电流幅值特征参量I₁为0。取最后一个时间集合A_m上的第一个元素为该集合的时间特征参数T_m，线圈电流幅值特征参量I_m为0。其他时间集合A_j取所有元素的均值为该集合的时间特征参数T_j，将T_j代入式(1)，获得对应的线圈电流幅值特征参量I_j。由此获得高压交流断路器分合闸线圈电流的m组特征参数。

本发明进一步的改进在于：步骤S100中，线圈电流采集装置由调理电路、采集卡和上位机组成。

本发明进一步的改进在于：步骤S200中，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行2到3次的滤波消噪处理，两次滤波之间邻域窗口n的取值按2倍递减。

本发明进一步的改进在于：步骤S400中，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行1到2次的滤波消噪处理，两次滤波之间邻域窗口n的取值按2倍递减。

本发明进一步的改进在于：步骤S600中，所获得的线圈电流特征参数为5组或6组。当组数大于6时，将第5组到第m-2组特征参数剔除，最后得到6组特征参数。

与现有技术相比，本发明至少具有以下技术效果：

本发明用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，通过对采集得到的分合闸线圈电流数据进行中值滤波和一阶离散求导运算，对获得的离散求导数据进一步进行中值滤波，获取离散数据在时间轴上的零值区间。根据零值区间可以获得分合闸线圈电流的时间和幅值特征参量。本发明可以实现快速、准确获取分合闸线圈电流特征参数，实现分合闸线圈电流特征参数的自动读取和模块化开发。

附图说明：

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

图1典型的分合闸线圈电流曲线图；

图2实测的分合闸线圈电流曲线图；

图3中值滤波处理后分合闸线圈电流曲线图；

图4分合闸线圈电流一阶求导曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为典型的分合闸线圈电流曲线图。

如图2至图4所示，本发明一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，包括以下步骤：

S100根据时间轴上采集得到的分合闸线圈电流数据(t_i,I_i)，建立以时间t为自变量，电流幅值I为因变量的离散函数I_i＝f(t_i)，即：

I_i＝f(t_i) i＝1,2,…,N (1)

式中，t为时间，I为电流幅值，N为采集到的样本数；

S200应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行消噪处理，得到消噪后的离散函数为I′_i＝f(t_i)；

式中，y为待滤波离散数据，n为邻域窗口的大小；

作为优选地实施例，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行2～3次的滤波消噪处理，两次滤波之间邻域窗口n的取值按2倍递减。

S300对消噪后的离散函数I′_i＝f(t_i)进行一阶离散求导运算，得到离散的梯度函数为dI_i＝f(t_i)；

S400应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行消噪处理，得到消噪后的离散函数为dI′_i＝f(t_i)；

作为优选地实施例，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行1～2次的滤波消噪处理，两次滤波之间邻域窗口n的取值按2倍递减。

S500基于离散函数为dI′_i＝f(t_i)，得到dI′_i＝0时，在时间轴上的多个集合A，即：

{t∈A_j|dI'＝0} j＝1,2,…,m (2)

式中，A_i为时间集合，m为集合的数量；

S600取第一个时间集合A₁上的最后一个元素为该集合的时间特征参数T₁，线圈电流幅值特征参量I₁为0；

取最后一个时间集合A_m上的第一个元素为该集合的时间特征参数T_m，线圈电流幅值特征参量I_m为0；

其他时间集合A_j取所有元素的均值为该集合的时间特征参数T_j，将T_j代入式(1)，获得对应的线圈电流幅值特征参量I_j；由此获得高压交流断路器分合闸线圈电流的m组特征参数。

作为优选地实施例，所获得的线圈电流特征参数为5组或6组。

当组数大于6时，将第5组到第m-2组特征参数剔除，最后得到6组特征参数。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例

如图2至图4所示，本发明一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，通过对采集得到的分合闸线圈电流数据进行中值滤波和一阶离散求导运算，获得分合闸线圈电流的时间和幅值特征参量，实现分合闸线圈电流特征参数的自动读取。

利用图2至图4所示的计算步骤，实现高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数的提取，包括下述步骤：

S100由罗氏线圈、积分放大器、采集卡和上位机组成的分合闸线圈电流采集系统获得如图2所示的未经处理的分合闸线圈电流波形。其中，罗氏线圈为线圈电流测量设备，积分放大器将罗氏线圈测量的信号进行转换，并经过数据采集卡传输到上位机进行数据的获取和处理。根据采集到的离散的分合闸线圈电流数据(t_i,I_i)，建立以时间t为自变量，电流幅值I为因变量的离散函数I_i＝f(t_i)，即：

I_i＝f(t_i) i＝1,2,…,N (1)

式中，t为时间，I为电流幅值，N为采集到的样本数。

S200应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行2次消噪处理，两次的n值分别取20和10，得如图3所示的经中值滤波处理后的分合闸线圈电流波形曲线，消噪后的离散函数为I′_i＝f(t_i)。

式中，y为待滤波离散数据，n为邻域窗口的大小。

S300对消噪后的离散函数I′_i＝f(t_i)进行一阶离散求导运算，得到离散的梯度函数为dI_i＝f(t_i)。

S400应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行2次消噪处理，两次的n值分别取10和5，得如图4所示的分合闸线圈电流一阶求导曲线，消噪后的离散函数为dI′_i＝f(t_i)。

S500如图4所示，基于离散函数为dI′_i＝f(t_i)，得到dI′_i＝0时，在时间轴上的6个集合A，即：

{t∈A_j|dI'＝0} j＝1,2,‖,6 (2)

式中，A_i为时间集合，m为集合的数量。

S600取第一个时间集合A₁上的最后一个元素为该集合的时间特征参数T₁，线圈电流幅值特征参量I₁为0。取最后一个时间集合A_m上的第一个元素为该集合的时间特征参数T_m，线圈电流幅值特征参量I_m为0。其他时间集合A_j取所有元素的均值为该集合的时间特征参数T_j，将T_j代入式(1)，获得对应的线圈电流幅值特征参量I_j。

由此获得高压交流断路器分合闸线圈电流的6组特征参数如下表1所示。

表1

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (6)

1.一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，根据时间轴上采集得到的分合闸线圈电流数据(t_i,I_i)，建立以时间t为自变量，电流幅值I为因变量的离散函数I_i＝f(t_i)，即：

I_i＝f(t_i) i＝1,2,…,N (1)

式中，t为时间，I为电流幅值，N为采集到的样本数；

S200，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行消噪处理，得到消噪后的离散函数为I′_i＝f(t_i)；

式中，y为待滤波离散数据，n为邻域窗口的大小；

S300，对消噪后的离散函数I′_i＝f(t_i)进行一阶离散求导运算，得到离散的梯度函数为dI_i＝f(t_i)；

S400，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行消噪处理，得到消噪后的离散函数为dI′_i＝f(t_i)；

S500，基于离散函数为dI′_i＝f(t_i)，得到dI′_i＝0时，在时间轴上的多个集合A，即：

{t∈A_j|dI'＝0}j＝1,2,…,m (2)

式中，A_i为时间集合，m为集合的数量；

S600，取第一个时间集合A₁上的最后一个元素为该集合的时间特征参数T₁，线圈电流幅值特征参量I₁为0；

取最后一个时间集合A_m上的第一个元素为该集合的时间特征参数T_m，线圈电流幅值特征参量I_m为0；

其他时间集合A_j取所有元素的均值为该集合的时间特征参数T_j，将T_j代入式(1)，获得对应的线圈电流幅值特征参量I_j；由此获得高压交流断路器分合闸线圈电流的m组特征参数。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，其特征在于：步骤S100中，分合闸线圈电流数据由线圈电流采集装置采集得到，所述线圈电流采集装置由调理电路、采集卡和上位机组成。

3.根据权利要求1所述的一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，其特征在于：步骤S200中，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数I_i＝f(t_i)进行2～3次的滤波消噪处理，两次滤波之间邻域窗口n的取值按2倍递减。

4.根据权利要求1所述的一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，其特征在于：步骤S400中，应用中值滤波函数g＝medfilt(y,n)对离散函数dI_i＝f(t_i)进行1～2次的滤波消噪处理，两次滤波之间邻域窗口n的取值按2倍递减。

5.根据权利要求1所述的一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，其特征在于：步骤S600中，所获得的线圈电流特征参数为5组或6组。

6.根据权利要求5所述的一种用于高压交流断路器分合闸线圈电流特征参数提取方法，其特征在于：当组数大于6时，将第5组到第m-2组特征参数剔除，最后得到6组特征参数。

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