基于形态学辨识的断路器状态检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于形态学辨识的断路器状态检测方法，其特征是首先采集正常工况下断路器分合闸的电流信号，利用多结构元素并行复合形态滤波器对电流信号进行滤波，在信号平面上绘制正方形网格并覆盖全信号；计算电流信号在某段时间内所覆盖的网格数；选取第一个网格数骤降时刻为分/合闸启动时刻，最后一个网格数骤降时刻为分/合闸结束时刻，两者间隔为分/合闸动作时间；将实际断路器的电流信号的特征与正常工况下断路器分合闸的电流信号特征进行比较，进而判断故障。本发明专利技术方法高效、准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力设备状态检测方法，尤其是涉及一种基于形态学辨识的断路器状态检测方法。
技术介绍
随着城市规模的扩大和用电量的增长，电网越来越庞大，单位人员所管辖的配电网设备数量急剧增加，因此，提高电网运行效率和现场劳动生产率，开展电网设备状态检修，转变电网设备运行管理模式迫在眉睫。电网开关设备是数量最庞大的电网设备，断路器是最复杂、最重要的开关设备，被广泛用于发电厂、变电站、开关站及用电线路上。断路器的安全稳定运行不仅可以有效限制短路电流从而降低故障电流产生的电热效应，而且对提高整个电力系统的安全稳定性有重要意义。由于断路器自身特性，随着动作次数的增加，其故障概率也显著增加。其中，60％-70％的断路器缺陷或故障是由断路器机构缺陷造成的，包括：机构卡涩、油脂凝固、弹簧老化、慢分慢合、连杆传动轴断裂、机构拒动等。目前常用的故障检测方法包括红外检测法以及局部放电检测法，虽然可以较好地实现断路器在线监测，但相关方法仅仅针对电接触缺陷和绝缘部件缺陷进行诊断，而对断路器机构故障尚不能进行有效检测。在断路器分合闸控制回路的电流信号中包含断路器分合闸过程的各种时间参量、机构动作参量、以及线圈电气参量等信息，但现有技术中的断路器电流信号检测技术是依靠人工，观察电流波形的变化情况，这使得对于波形特征的分析具有较强的主观性，尤其是当存在噪声干扰或某些特征发生微小变化时，特征信号不易识别，极易造成状态误判。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于形态学辨识的断路器状态检测方法，针对断路器的分合闸电流信号，识别其分合闸时刻，并对正常与故障时的特征进行对比，以期对断路器状态进行高效、准确的检测。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术基于形态学辨识的断路器状态检测方法的特点是：首先采集正常工况下断路器分合闸的电流信号，利用多结构元素并行复合形态滤波器对电流信号进行滤波，在信号平面上绘制正方形网格并覆盖全信号；计算电流信号在某段时间内所覆盖的网格数；选取第一个网格数骤降时刻为分/合闸启动时刻，最后一个网格数骤降时刻为分/合闸结束时刻，两者间隔即为分/合闸动作时间；将实际断路器的电流信号的特征与正常工况下断路器分合闸的电流信号特征进行比较，进而判断故障。本专利技术基于形态学辨识的断路器状态检测方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、以f0为采样频率，针对一段断路器分合闸电流信号x(t)进行采样，获得n个采样点；对于所述电流信号x(t)利用自适应形态学组合滤波器进行滤波,得到经滤波的电流信号z(t)；步骤2、在所述经滤波的电流信号z(t)的信号平面上以δ为边长绘制正方形网格，所述网格完全覆盖经滤波的电流信号z(t)，δ＝1/f0；步骤3、计算经滤波的电流信号z(t)所有时刻对应的网格数Nδ(i)为：Nδ(i)＝|xi-xi+1|/δ，其中：xi为第i个采样点对应z(t)的值，xi+1为第i+1个采样点对应z(t)的值，i＝1,2,…n；δ＝1/f0；并将Nδ(i)的最大值记为m；步骤4、根据Nδ(i)计算断路器分/合闸启动时刻T1、结束时刻T2和动作时间T；步骤5、根据断路器分/合闸电流信号历史数据，计算实际分/合闸启动时刻T1′、实际结束时刻T2′和实际动作时间T′，并根据分/合闸启动时刻的差异ΔT1＝|T1-T1′|/T1和动作时间的差异ΔT＝|T-T′|/T对断路器状态进行判断：若ΔT1≥50％，判断为断路器的启动部件存在卡涩故障；若ΔT≥50％，判断为断路器的主执行机构存在弹簧松动或疲劳、机构卡涩以及传动部件润滑不够的故障。本专利技术基于形态学辨识的断路器状态检测方法的特点也在于：所述步骤1中对电流信号x(t)进行滤波是按如下步骤进行：步骤1.1、将电流信号x(t)表示为一维离散序列f(s)；步骤1.2、计算结构元素gj为：gj＝Hjsin(τπ/Lj)；其中，Hj为gj的高度尺度，Lj为gj的长度尺度，τ＝0,1,...,Lj，j＝1,2,...,k，k为结构元素的个数；并有：k＝3，H1＝1，H2＝3，H3＝5，L1＝3，L2＝5，L3＝7步骤1.3、计算形态开-闭OC滤波器OCgj和闭-开(CO)滤波器COgj分别为：其中，为形态开运算符，·为形态闭运算符；步骤1.4、计算形态开-闭OC最大滤波器ΨOC[f(s)]：和形态闭-开CO最小滤波器ΨCO[f(s)]分别为：ΨOC[f(s)]＝max(OCgj)，ΨCO[f(s)]＝min(COgj)，则经滤波的电流信号z(t)表示为：本专利技术基于形态学辨识的断路器状态检测方法的特点也在于：所述步骤4中对分/合闸启动时刻、结束时刻和动作时间是按如下过程进行：步骤4.1、令p＝1，计算N＝Nδ(p+1)-Nδ(p)，若N>m/3，则将此时p的数值放入集合P中；步骤4.2、若p＜n-1，将p加1，再次执行步骤4.1；否则执行步骤4.3；步骤4.3、将集合P中最大值pmax、最小值pmin对应的时刻分别定义为分/合闸启动时刻T1、分/合闸结束时刻T2，则分/合闸动作时间T为T＝T2-T1。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术采用形态学辨识方法，可以有效对信号中的噪声进行滤除，引入网格数概念，可以准确识别信号局部的扰动和畸变情况，从而能够有效提取断路器各工况下的电流波形特征，大大提高了检测的准确性。2、本专利技术利用多结构元素并行复合形态滤波器对电流信号进行有效滤波，从而能够最大限度避免噪声及其它干扰对分析结果的影响。3、本专利技术利用网格对电流信号空间进行划分，其信号所覆盖网格数可以较好地描述电流波形变化，从而更加准确地提取相关特征参数。4、本专利技术利用最大网格数定义阈值，可以定量判断网格数的变化情况，从而根据网格数剧烈变化时刻，更加准确地确定分/合闸启动以及结束时刻。5、本专利技术中给出故障判断标准，可以对断路器运行状态进行定量评估，从而得到更为准确的断路器运行状态。附图说明图1为本专利技术方法流程图；具体实施方式本实施例中基于形态学辨识的断路器状态检测方法是：首先采集正常工况下断路器分合闸的电流信号，利用多结构元素并行复合形态滤波器对电流信号进行滤波，在信号平面上绘制正方形网格并覆盖全信号；计算电流信号在某段时间内所覆盖的网格数；选取第一个网格数骤降时刻为分/合闸启动时刻，最后一个网格数骤降时刻为分/合闸结束时刻，两者间隔即为分/合闸动作时间；将实际断路器的电流信号的特征与正常工况下断路器分合闸的电流信号特征进行比较，进而判断故障。参见图1，具体实施中是按如下步骤进行：步骤1、以f0为采样频率，针对一段断路器分合闸电流信号x(t)进行采样，获得n个采样点；对于电流信号x(t)利用自适应形态学组合滤波器进行滤波,得到经滤波的电流信号z(t)；此外，f0＝10000Hz，n＝10000。步骤2、在所述经滤波的电流信号z(t)的信号平面上以δ为边长绘制正方形网格，所述网格完全覆盖经滤波的电流信号z(t)，δ＝1/f0。步骤3、计算经滤波的电流信号z(t)所有时刻对应的网格数Nδ(i)为：Nδ(i)＝|xi-xi+1|/δ，其中：xi为第i个采样点对应z(t)的值，xi+1为第i+1个采样点对应z(t)的值，i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于形态学辨识的断路器状态检测方法，其特征是：首先采集正常工况下断路器分合闸的电流信号，利用多结构元素并行复合形态滤波器对电流信号进行滤波，在信号平面上绘制正方形网格并覆盖全信号；计算电流信号在某段时间内所覆盖的网格数；选取第一个网格数骤降时刻为分/合闸启动时刻，最后一个网格数骤降时刻为分/合闸结束时刻，两者间隔即为分/合闸动作时间；将实际断路器的电流信号的特征与正常工况下断路器分合闸的电流信号特征进行比较，进而判断故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于形态学辨识的断路器状态检测方法，其特征是：首先采集正常工况下断路器分合闸的电流信号，利用多结构元素并行复合形态滤波器对电流信号进行滤波，在信号平面上绘制正方形网格并覆盖全信号；计算电流信号在某段时间内所覆盖的网格数；选取第一个网格数骤降时刻为分/合闸启动时刻，最后一个网格数骤降时刻为分/合闸结束时刻，两者间隔即为分/合闸动作时间；将实际断路器的电流信号的特征与正常工况下断路器分合闸的电流信号特征进行比较，进而判断故障。2.根据权利要求1所述的基于形态学辨识的断路器状态检测方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、以f0为采样频率，针对一段断路器分合闸电流信号x(t)进行采样，获得n个采样点；对于所述电流信号x(t)利用自适应形态学组合滤波器进行滤波,得到经滤波的电流信号z(t)；步骤2、在所述经滤波的电流信号z(t)的信号平面上以δ为边长绘制正方形网格，所述网格完全覆盖经滤波的电流信号z(t)，δ＝1/f0；步骤3、计算经滤波的电流信号z(t)所有时刻对应的网格数Nδ(i)为：Nδ(i)＝|xi-xi+1|/δ，其中：xi为第i个采样点对应z(t)的值，xi+1为第i+1个采样点对应z(t)的值，i＝1,2,...n；δ＝1/f0；并将Nδ(i)的最大值记为m；步骤4、根据Nδ(i)计算断路器分/合闸启动时刻T1、结束时刻T2和动作时间T；步骤5、根据断路器分/合闸电流信号历史数据，计算实际分/合闸启动时刻T′1、实际结束时刻T2′和实际动作时间T′，并根据分/合闸启动时刻的差异ΔT1＝|T1-T1′|/T1和动作时间的差异ΔT＝|T-T′|/T对断路器状态进行判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宾宾，柯艳国，田宇，杨为，朱胜龙，程登峰，朱太云，叶剑涛，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网安徽省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11