CN115600879A - 一种断路器异常预警方法、系统及相关装置 - Google Patents

一种断路器异常预警方法、系统及相关装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种断路器异常预警方法，包括：获取包含断路器运行状态的实时特征参量数据；对实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；对时间序列进行构造，得到时间点秩序列；对时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；根据突变分析结果确定断路器的当前运行状态。本申请能够在断路器出现异常前事先发现其可能导致故障的突变点，通过突变异常预警分析模型可以在断路器故障初期准确识别其异常突变特征信息，从而有效降低断路器的故障率，保障断路器的安全运行。本申请还提供一种断路器异常预警系统、计算机可读存储介质和电子设备，具有上述有益效果。

Description

一种断路器异常预警方法、系统及相关装置
技术领域
本申请涉及电子设备领域，特别涉及一种断路器异常预警方法、系统及相关装置。
背景技术
断路器是在变电站中承担着电力分配和电路保护等方面重要作用的电气组件，它能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流，在电网安全稳定运行中发挥着极其重要的作用，断路器一旦发生故障，会带来严重后果。对反映断路器运行状态的特征参量进行采集、分析、研判，实现提前预警，可以有效避免断路器故障的发生。
当前主要预警方式为阈值告警法，阈值告警法在接收到状态特征参量数据的输入后，首先会和规程中规定的告警阈值进行对比，如果某类状态量数据超过了规程中的阈值，则说明断路器存在缺陷，处于劣化过程中，需要进行检修处理；如果接收的状态量数据没有超过规程中的阈值，并说明该断路器处于正常运行状态。
但是断路器等配电设备的劣化是一个长期且缓慢的过程，如果只是在其临近故障或故障时发出告警，则依旧无法避免设备安全、经济损失和社会影响等后果。如何在断路器劣化的初期准确的把握其劣化趋势的突变点，防患于未然，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种断路器异常预警方法、断路器异常预警系统、计算机可读存储介质和电子设备，能够基于断路器运行状态进行突变点分析，尽早发现断路器缺陷和故障。
为解决上述技术问题，本申请提供一种断路器异常预警方法，具体技术方案如下：
获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；
对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；
对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；
对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；
根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
可选的，所述实时特征参量数据包括所述断路器中的SF6气体压力状态量和SF6气体水分状态量。
可选的，将所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果包括：
利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果。
可选的，利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果包括：
读取特征参量数据库，获取各时间点得到的数据；
将Pettitt突变分析公式与Mann-Kendall突变校验公式相融合，得到融合公式；
利用所述融合公式检验所述特征参量数据的统计变量，并根据所述统计变量计算标准正态统计变量；其中，若所述标准正态统计变量为正值，则所述秩序列随时间逐渐增加大；若所述标准正态统计变量为负值，则所述秩序列随时间逐渐减小；若所述标准正态统计变量存在异常变化，表明所述秩序列的交替点发生突变。
可选的，获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据包括：
通过设于所述断路器内部的传感器获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据。
可选的，若根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态为异常状态，还包括：
生成包含所述异常状态的检修信息，并基于所述检修信息进行告警。
本申请还提供一种断路器异常预警系统，包括：
数据获取模块，用于获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；
数据预处理模块，用于对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；
时间序列构造模块，用于对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；
突变分析模块，用于对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；
状态判断模块，用于根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
可选的，所述突变分析模块为用于利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果的模块。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本申请还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
本申请提供一种断路器异常预警方法，包括：获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
本申请通过对断路器的实施特征参量数据进行处理分析，从而对断路器进行突变分析，能够在断路器出现异常前事先发现其可能导致故障的突变点，通过突变异常预警分析模型可以在断路器故障初期准确识别其异常突变特征信息，并通知现场工作人员进行检修维护，从而有效降低断路器的故障率，保障断路器的安全运行。
本申请还提供一种断路器异常预警系统、计算机可读存储介质和电子设备，具有上述有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种断路器异常预警方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种断路器异常预警系统结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种断路器异常预警方法的流程图，该方法包括：
S101：获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；
本步骤旨在获取实时特征参量数据，在此对于实时特征参量数据的具体内容不作限定，其可以包含可反映断路器运行状态特征参量的数据，例如断路器中的SF6气体压力状态量和SF6气体水分状态量等等。通常高压断路器SF6的气压在7MPa以上为0。如果充气压力为20℃0 75mpa(相当于断路器中常用的工作压力)，则相应的液化温度约为25℃，如果充气压力为20℃0 45MPa，则相应的液化温度为-40℃。因此，可以通过获取SF6气体压力状态量判断当前断路器的运行状态。
在此对于如何获取该实时特征参量数据不作限定，以SF6气体为例，其可以直接通过与断路器相连的气体测试仪表测量得到，也可以直接利用第三方电子设备直接获取断路器中SF6气体的测量仪表的值得到。
且需要注意的是，本步骤所执行的数据获取过程可以包含多次执行过程，即可以多次执行本步骤以获取过去一段时间至当下的实时特征参量数据，也可以从执行本步骤开始获取特征参量数据在接下来一段时间内的变化状态。
S102：对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；
本步骤需要对上一步骤中获取的实时特征参量数据进行数据处理，从而得到的时间序列。该时间序列用于反馈实时特征参量数据与时间的变化关系。
S103：对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；
本步骤需要对时间序列进行构造，即进行序列化处理，从而得到时间点秩序列。在此对于如何构造不作限定，可以采用时间序列模型，例如ARMA(Autoregressive movingaverage model，自回归滑动平均模型)模型等进行处理，并基于时间序列模型得到时间点秩序列。
S104：对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；
本步骤需要对时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析。在此对于如何采用突变分析不作限定。
一种可行的方式中，可以基于利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果。
在Mann-Kendall突变检验方法中，原假设H0为时间序列数据(x1,x2,x3,...xn),是n个独立的、随机变量分布的样本；对于所有的k，j<n,且xk和xj的分布是不相同的，检验统计量为S。
其中基于Mann-Kendall突变检验方法对应的检验公式如下：
Figure BDA0003930180140000051
其中，S为检验统计量；n为数据的个数；k和j是计算过程中的中间量；
Figure BDA0003930180140000052
其需要先后计算顺序时间序列的秩序列和逆序时间序列的秩序列。计算顺序时间序列的秩序列Sk，并按方程计算UFk，再计算逆序时间序列的秩序列sk，也按方程计算出UBk。将UFk和UBk两个统计量序列曲线绘制在一张图上。给定显著性水平，则可以根据显著性水平确定临界值。从而会出两条序列曲线。此后分析绘出的UFk和UBk曲线图。若UFk或UBk的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。
而在本步骤的另一种可行的方式中，还可以将Pettitt突变分析方法与Mann-Kendall方法进行融合，得到新的计算方法，具体过程可以如下：
第一步、读取特征参量数据库，获取各时间点得到的数据；
第二步、将Pettitt突变分析公式与Mann-Kendall突变校验公式相融合，得到融合公式；
第三步、利用所述融合公式检验所述特征参量数据的统计变量，并根据所述统计变量计算标准正态统计变量；其中，若所述标准正态统计变量为正值，则所述秩序列随时间逐渐增加大；若所述标准正态统计变量为负值，则所述秩序列随时间逐渐减小；若所述标准正态统计变量存在异常变化，表明所述秩序列的交替点发生突变。
融合所得到的检验公式为：
Figure BDA0003930180140000061
其中，S为检验统计量；n为数据的个数；i和j是计算过程中的中间量；τ为任一[2,n]区间的整数。
然后根据得到的检验统计变量S的值，计算标准的正态统计变量ZMK：
Figure BDA0003930180140000062
其中，ZMK为正态统计变量；S为检验统计量；Var(S)为S的方差。
S105：根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
标准的正态统计变量的正(负)表示数据随着时间有增大(减小)的趋势，若趋势变化的正负值出现异常变化，则说明交替点发生突变，该突变可以包括连续增长、连续降低、数据跃迁等异常特征。这时可以生成包含异常状态的检修信息，并基于检修信息进行告警，以及时通知工作人员进行维修，其余情况判断为设备受到噪音等外部因素的影响，导致检测数据存在短暂的偏差。
本申请对断路器的状态异常进行异常分析和预警，解决了阈值分析告警判别法单一、粗放、不能因地适宜等特点，本方法通过突变异常预警分析模型可以在断路器故障初期准确识别其异常突变特征信息，并通知现场工作人员进行检修维护，从而有效降低断路器的故障率。同时本申请准确捕捉这些数据异常特征并实现及时预警，保障断路器的安全运行。
基于本申请，若将Pettitt突变分析方法与Mann-Kendall方法进行融合的检验方式，不需要样本遵从一定的分布，可以快速判断时间序列是否存在突变。相较于“Mann-Kendall突变检验”仅能检测单一突变点的特点，采用与“Pettitt突变检验算法”融合的方式能够检测多个突变点。
可见，本实施例提供的断路器异常预警方法，结构简单、性能好，可以在较低算力的情况下依旧保持较高的运算速度，和较快的响应能力，即可以实现低成本高回报的目标。
下面对本申请实施例提供的一种断路器异常预警系统进行介绍，下文描述的断路器异常预警系统与上文描述的断路器异常预警方法可相互对应参照。
本申请还提供一种断路器异常预警系统，包括：
数据获取模块，用于获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；
数据预处理模块，用于对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；
时间序列构造模块，用于对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；
突变分析模块，用于对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；
状态判断模块，用于根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
基于上述实施例，作为优选的实施例，所述突变分析模块为用于利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果的模块。
基于上述实施例，作为优选的实施例，所述突变分析模块包括：
数据读取单元，用于读取特征参量数据库，获取各时间点得到的数据；
公式融合单元，用于将Pettitt突变分析公式与Mann-Kendall突变校验公式相融合，得到融合公式；
检验单元，用于利用所述融合公式检验所述特征参量数据的统计变量，并根据所述统计变量计算标准正态统计变量；其中，若所述标准正态统计变量为正值，则所述秩序列随时间逐渐增加大；若所述标准正态统计变量为负值，则所述秩序列随时间逐渐减小；若所述标准正态统计变量存在异常变化，表明所述秩序列的交替点发生突变。
基于上述实施例，作为优选的实施例，数据获取模块为用于通过设于所述断路器内部的传感器获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据的模块。
基于上述实施例，作为优选的实施例，还包括：
告警模块，用于生成包含所述异常状态的检修信息，并基于所述检修信息进行告警。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请还提供了一种电子设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种断路器异常预警方法，其特征在于，包括：
获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；
对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；
对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；
对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；
根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
2.根据权利要求1所述的断路器异常预警方法，其特征在于，所述实时特征参量数据包括所述断路器中的SF6气体压力状态量和SF6气体水分状态量。
3.根据权利要求1所述的断路器异常预警方法，其特征在于，将所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果包括：
利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果。
4.根据权利要求3所述的断路器异常预警方法，其特征在于，利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果包括：
读取特征参量数据库，获取各时间点得到的数据；
将Pettitt突变分析公式与Mann-Kendall突变校验公式相融合，得到融合公式；
利用所述融合公式检验所述特征参量数据的统计变量，并根据所述统计变量计算标准正态统计变量；其中，若所述标准正态统计变量为正值，则所述秩序列随时间逐渐增加大；若所述标准正态统计变量为负值，则所述秩序列随时间逐渐减小；若所述标准正态统计变量存在异常变化，表明所述秩序列的交替点发生突变。
5.根据权利要求1所述的断路器异常预警方法，其特征在于，获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据包括：
通过设于所述断路器内部的传感器获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据。
6.根据权利要求1所述的断路器异常预警方法，其特征在于，若根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态为异常状态，还包括：
生成包含所述异常状态的检修信息，并基于所述检修信息进行告警。
7.一种断路器异常预警系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取包含所述断路器运行状态的实时特征参量数据；
数据预处理模块，用于对所述实时特征参量数据进行数据处理，得到对应的时间序列；
时间序列构造模块，用于对所述时间序列进行构造，得到时间点秩序列；
突变分析模块，用于对所述时间点秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果；
状态判断模块，用于根据所述突变分析结果确定所述断路器的当前运行状态。
8.根据权利要求7所述的断路器异常预警系统，其特征在于，所述突变分析模块为用于利用基于Mann-Kendall突变检验方法对所述秩序列中的特征参量数据进行突变分析，得到突变分析结果的模块。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的断路器异常预警方法的步骤。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的断路器异常预警方法的步骤。
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