基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法，步骤包括：针对同厂同型断路器操作机构，模拟正常运行状态及各种典型异常状态，在每一状态下进行分合闸操作，获取每次的合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形，分别提取诊断特征量并建立操作机构状态诊断模型；对待诊断断路器操作机构进行分合闸操作并获取合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形，提取诊断特征量输入操作机构状态诊断模型得到待诊断断路器操作机构的状态诊断结果。本发明专利技术充分考虑分合闸线圈工作电压影响，采取适应小样本数据的灰色关联度分析诊断方法，具有信息全面、冗余量小、诊断速度快、精度高、可靠性高、成本低、通用性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气设备状态诊断技术，具体涉及一种基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法。
技术介绍
断路器是保障电网安全稳定运行的关键设备，其可靠性直接关系到电力供应的可靠性。国际大电网会议13.06工作组在1971年到1991年曾经先后对高压断路器进行了两次世界性的调查，在第一次大调查中，操作机构、电气控制和辅助回路的故障分别占总故障率的33％、19％，在第二次大调查中分别占总故障率的43％、21％。断路器的可靠性在很大程度上取决于所配操作机构及其控制回路的可靠性，因此对断路器操作机构状态进行诊断识别非常必要，在第一时间诊断出异常状态，及时修复避免重大事故的发生。断路器操作机构的状态诊断可以通过监测分析分合闸操作时的线圈电流、电压信号实现。当分合闸线圈中通过电流时，在电磁铁内产生磁通，铁芯受电磁力作用吸合，释放分合闸挚子(弹簧、气动机构)或打开一级阀的阀口(液压、液簧机构)，使断路器合闸或分闸。线圈中流过的电流波形中包含着丰富的状态信息，通过监测分合闸线圈电流、电压可以监测控制回路的电气完整性、连续性，反映了控制回路的状态，如控制回路接触不良、线圈匝间短路/断线等；线圈电流波形还可以间接反映机构的运动性能，如动铁芯卡涩或行程不当、挚子等仅影响单分/单合的传动部件卡涩(此为弹簧/气动机构，液压/液簧机构为一级阀等部件)、输出拐臂等同时影响分合闸的传动部件卡涩(此为弹簧/气动机构，液压/液簧机构为二级阀等部件)，分/合闸时间超标、相间同期超标等，可以根据这些信息判断高压断路器操作机构的运行状态。但是，现有基于分合闸线圈电流的断路器操作机构状态/故障诊断方法/系统没有考虑直流电源电压的影响，绝大部分利用专家系统、神经网络、支持向量机等进行诊断，算法复杂，受样本收集困难限制，泛化能力有待进一步考验。状态/故障诊断时没有对影响分、合闸线圈电流波形的共性原因进行分析，状态/故障界定部位不够准确；没有深入分析分合闸线圈通流时间和断路器分合闸时间的关系，分合闸时间、相间同期超标等问题没有被挖掘。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种信息全面、冗余量小、诊断速度快、精度高、可靠性高、成本低、通用性强的基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：1)针对同厂同型断路器操作机构，模拟该断路器操作机构正常运行状态及各种典型异常状态，分别在每一个状态下进行分合闸操作，获取每一次分合闸操作的合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形，分别根据所述合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形提取诊断特征量，并基于灰色关联度分析方法建立诊断特征量和操作机构状态间映射关系的操作机构状态诊断模型；2)对待诊断断路器操作机构进行分合闸操作并获取合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形，根据所述合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形提取诊断特征量，将诊断特征量输入操作机构状态诊断模型得到待诊断断路器操作机构的状态诊断结果。优选地，所述提取诊断特征量的详细步骤包括：A1)分别将合闸线圈电流波形、分闸线圈电流波形按照线圈中动铁芯运动过程及电流变化划分为多个时间段；A2)根据合闸线圈电流波形、分闸线圈电流波形中各个时间段计算提取分合闸时间特征序列；根据合闸线圈电流波形、分闸线圈电流波形中各个时间段划分点的电流计算提取分合闸电流特征序列；A3)如果断路器操作机构某一状态下的分合闸操作超过一次，则将该断路器操作机构状态的各个分合闸时间特征序列、分合闸电流特征序列中相对应的元素分别取平均值，从而形成一个分合闸时间特征序列和一个分合闸电流特征序列；A4)根据合闸线圈电压波形、分闸线圈电压波形提取合闸操作电压、分闸操作电压；最终针对每一个断路器操作机构状态，将所述分合闸时间特征序列、分合闸电流特征序列、合闸操作电压、分闸操作电压作为该断路器操作机构状态的诊断特征量。优选地，所述基于灰色关联度分析方法建立诊断特征量和操作机构状态间映射关系的操作机构状态诊断模型的详细步骤包括：B1)针对每一个诊断特征量中的分合闸时间特征序列或分合闸电流特征序列，确定该特征序列Xi＝(xi(1),xi(2),…,xi(n))的始点零化像其中n为特征维数，xi(k)代表第k维特征值，k取值[1，n]；根据式(1)计算该特征序列Xi和参考特征序列Xj间的灰色绝对关联度；ϵij=1+|si|+|sj|1+|si|+|sj|+|sj-si|---(1)]]>式(1)中，εij表示特征序列Xi和参考特征序列Xj之间的灰色绝对关联度，si和sj的表达式如式(2)所示；si=Σk=2n-1xi0(k)+12xi0(n)---(2)]]>式(2)中，代表特征序列Xi的始点零化像中的第k维特征值，k取值[2，n-1]，代表特征序列Xi的始点零化像中的第n维特征值，n为特征维数；确定该特征序列Xi＝(xi(1),xi(2),…,xi(n))的初值像根据式(3)计算该特征序列Xi和参考特征序列Xj间的灰色相对关联度；rij=1+|si|+|sj|1+|si|+|sj|+|sj-si|---(3)]]>式(3)中，rij表示特征序列Xi和参考特征序列Xj之间的灰色绝对关联度，si和sj的表达式如式(4)所示；si=Σk=2n-1xi1(k)+12xi1(n)---(4)]]>式(4)中，代表特征序列Xi的初值像中的第k维特征值，k取值[2，n-1]，代表特征序列Xi的初值像中的第n维特征值，n为特征维数；B3)分别计算该诊断特征量和参考特征量对应的分合闸时间特征序列、分合闸电流特征序列的灰色综合关联度；B4)根据式(5)计算该诊断特征量和参考特征量间的灰色综合关联度；ρs＝θρs，(1)+(1-θ)ρs(2)(5)式(5)中，ρs代表该诊断特征量和参考特征量间的灰色综合关联度，θ为灰色综合关联度影响程度调节参数，θ∈[0，1]，ρs(1)、ρs(2)分别为该诊断特征量对应的分合闸时间特征序列、分合闸电流特征序列的灰色综合关联度；B5)根据式(6)建立诊断特征量和操作机构状态间映射关系的操作机构状态诊断模型；class=argmaxs(max(ρs(1),ρs(2),...,ρs(ns)))---(6)]]>式(6)中，s代表某一典型异常状态，ns表示典型异常状态为s的不同严重程度的参考样本集个数，ρs(i)表示第i个检测样本的诊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法，其特征在于步骤包括：1)针对同厂同型断路器操作机构，模拟该断路器操作机构正常运行状态及各种典型异常状态，分别在每一个状态下进行分合闸操作，获取每一次分合闸操作的合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形，分别根据所述合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形提取诊断特征量，并基于灰色关联度分析方法建立诊断特征量和操作机构状态间映射关系的操作机构状态诊断模型；2)对待诊断断路器操作机构进行分合闸操作并获取合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形，根据所述合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形提取诊断特征量，将诊断特征量输入操作机构状态诊断模型得到待诊断断路器操作机构的状态诊断结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法，其特征在于步骤包括：
1)针对同厂同型断路器操作机构，模拟该断路器操作机构正常运行状态及各种典型异常
状态，分别在每一个状态下进行分合闸操作，获取每一次分合闸操作的合闸线圈电流、电压
波形和分闸线圈电流、电压波形，分别根据所述合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、
电压波形提取诊断特征量，并基于灰色关联度分析方法建立诊断特征量和操作机构状态间映
射关系的操作机构状态诊断模型；
2)对待诊断断路器操作机构进行分合闸操作并获取合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈
电流、电压波形，根据所述合闸线圈电流、电压波形和分闸线圈电流、电压波形提取诊断特
征量，将诊断特征量输入操作机构状态诊断模型得到待诊断断路器操作机构的状态诊断结果。
2.根据权利要求1所述的基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法，其特征
在于，所述提取诊断特征量的详细步骤包括：
A1)分别将合闸线圈电流波形、分闸线圈电流波形按照线圈中动铁芯运动过程及电流变
化划分为多个时间段；
A2)根据合闸线圈电流波形、分闸线圈电流波形中各个时间段计算提取分合闸时间特征
序列；根据合闸线圈电流波形、分闸线圈电流波形中各个时间段划分点的电流计算提取分合
闸电流特征序列；
A3)如果断路器操作机构某一状态下的分合闸操作超过一次，则将该断路器操作机构状
态的各个分合闸时间特征序列、分合闸电流特征序列中相对应的元素分别取平均值，从而形
成一个分合闸时间特征序列和一个分合闸电流特征序列；
A4)根据合闸线圈电压波形、分闸线圈电压波形提取合闸操作电压、分闸操作电压；最
终针对每一个断路器操作机构状态，将所述分合闸时间特征序列、分合闸电流特征序列、合
闸操作电压、分闸操作电压作为该断路器操作机构状态的诊断特征量。
3.根据权利要求2所述的基于灰色关联度分析的断路器操作机构状态诊断方法，其特征
在于，所述基于灰色关联度分析方法建立诊断特征量和操作机构状态间映射关系的操作机构
状态诊断模型的详细步骤包括：
B1)针对每一个诊断特征量中的分合闸时间特征序列或分合闸电流特征序列，确定该特
征序列Xi＝(xi(1),xi(2),…,xi(n))的始点零化像其中n为特征维数，
xi(k)代表第k维特征值，k取值[1，n]；根据式(1)计算该特征序列Xi和参考特征序列Xj间
的灰色绝对关联度；
ϵij=1+|si|+|sj|1+|si|+|sj|+|sj-si|---(1)]]>式(1)中，εij表示特征序列Xi和参考特征序列Xj之间的灰色绝对关联度，si和sj的表
达式如式(2)所示；
si=Σk=2n-1xi0(k)+12xi0(n)---(2)]]>式(2)中，代表特征序列Xi的始点零化像中的第k维特征值，k取值[2，n-1]，
代表特征序列Xi的始点零化像中的第n维特征值，n为特征维数；
确定该特征序列Xi＝(xi(1),xi(2),…,xi(n))的初值像根据式(3)
计算该特征序列Xi和参考特征序列Xj间的灰色相对关联度；
rij=1+|si|+|sj|1+|si...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佐胜，彭佳，董凯，李程，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司检修公司，
类型：发明
国别省市：北京;11