一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法技术

本发明专利技术提出了一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法，通过采集断路器开合过程中的振动信号和多种电信号，能够实现对断路器的全面监测，根据振动信号和电信号的特性分别采用Wiener过程和SVR支持向量机模型进行数据处理，充分利用了Wiener过程适合处理由不断累积磨损导致产品失效的非单调退化过程的优点，以及SVR支持向量机模型适合处理高维空间特征的优点；最后采用动态加权算法，为每个模型分别赋予权值并可随时修正，实现了模型间的灵活高效融合，实现了断路器全面可靠评估和预测，提高了断路器电寿命预测和健康状态评估的准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法


[0001]本专利技术涉及电力设备
，具体而言，涉及一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法。

技术介绍

[0002]断路器作为输配电中重要的一次设备，其发生故障将会造成重大损失，为及时准确了解继电保护装置的运行状态，不仅需要对智能变电站继电保护装置进行状态评估，还需要对其进行寿命预测，以保证智能变电站稳定运行。寿命预测可以准确地知道设备的剩余寿命，不仅能够极大的提高断路器的可靠性，避免故障发生，同时能够有效降低停机时间，减少维修周期，从而降低成本，并且在此基础上可以及时有效的开展检修工作，防患于未然，为运维检修工作人员提供参考，实现智能变电站安全、可靠运行。
[0003]长期以来，对于断路器的寿命预测都是监测其运行期间的电压、电流信号，缺乏对断路器开断过程中产生的振动信号和电弧信号的监控。例如：公开号为CN106371008A的中国专利公开了一种开关柜真空断路器寿命评估方法，该方法通过统计某一型号的真空断路器在放电失效时的放电量数据，建立基于Weibull分布下的真空断路器寿命评估模型，利用极大似然函数对Weibull函数中未知参数进行迭代求解，最后将该解带入Weibull分布中，得到关于真空断路器的寿命评估曲线，根据放电量检测信息对真空断路器评估曲线，根据放电量监测信息对真空断路器寿命进行及时评估。上述方案的缺陷是：通过断路器绝缘状态信息来反映断路器的运行状态和寿命，由于其监控因素单一，预测结果容易受到电磁干扰、温湿度、灰尘、振动等外界因素的干扰，降低了断路器寿命评估的准确性。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法，解决了现有技术中，监控因素单一，断路器寿命评估准确性低的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法，包括如下步骤：采集断路器开合过程中的振动信号和电信号，所述电信号包括电弧电流信号、电弧电压信号、三相电流信号和三相电压信号；提取所述振动信号和电信号的特征指标，并对所述特征指标进行相关度分析，选取相关系数高于设定阈值的特征指标作为显著特征；对所述振动信号和电信号的显著特征进行PCA降维处理，生成与两者对应的振动退化指标和电退化指标；采用标准布朗运动驱动的Wiener过程对所述振动退化指标进行分析，建立剩余寿命概率密度函数，将概率密度取得最大值对应的时间作为所述断路器的第一剩余寿命；将所述电退化指标输入训练完成的SVR支持向量机模型中，获得所述断路器的第二剩余寿命；采用动态加权算法，赋予所述断路器的第一剩余寿命和第二剩余寿命不同权值，并进行加权求和获得所述断路器的最终剩余寿命。
[0006]作为优选方案，所述特征指标包括时域特征和频域特征，所述时域特征包括峰峰值、均方根值、峭度、波形因子、裕度因子和电弧能量，所述频域特征包括重心频率、均方频
率、均方根频率和频率方差。
[0007]作为优选方案，所述电弧能量为在燃弧时间内对电弧电流信号和电弧电压信号进行积分的值；所述燃弧时间的计算过程包括：采用多元线性回归对电弧电流信号进行拟合，获得电弧电流预测值，并与电弧电流实际值进行对比，获得电流畸变量；若所述电流畸变量大于设定阈值P1时，则当前时间点为电弧开始时刻；若所述电弧电流实际值小于设定阈值P2时，则当前时间点为电弧结束时刻；所述电弧开始时刻与电弧结束时刻的时间差为燃弧时间。
[0008]作为优选方案，所述相关系数的计算公式如下：
[0009][0010]上式中，r为相关系数，Y
i
为第i个原始信号的时域特征值，表示N个时域特征值的平均值，X
i
为第i个原始信号值；为N个原始信号的平均值。
[0011]作为优选方案，对所述振动信号和电信号的显著特征进行PCA降维处理，包括：设有m种Z维的显著特征，构建特征矩阵并标准化处理获得标准矩阵X＝[X1，X2，
…
，X
m
]T
，计算标准矩阵X的相关系数矩阵的特征值λ
i
(i＝1，2，
…
，m)，并按照降序进行排列，获得综合矩阵F；
[0012]F＝[F1，F2，
…
，F
m
]T
[0013]F＝AX
[0014]上式中，F
i
为第i个特征值λ
i
对应的主成分，A为主成分系数矩阵；
[0015]根据特征值λ
i
计算各主成分的贡献度P
i
，
[0016][0017]根据百分比截点法，选取主成分并计算平均值，归一化处理后，获得退化指标M。
[0018]作为优选方案，所述采用标准布朗运动驱动的Wiener过程对所述振动退化指标进行分析，包括：将断路器在t时刻的实际退化量记为X(t)，则
[0019]X(t)＝a+μt+σ
B
B(t)
[0020]上式中，a为退化指标初始值，μ为漂移系数，σ
B
为扩散系数，B(t)为标准Wiener过程；
[0021]将每个监测周期内的n+1个状态监测点的退化指标，记为(t0，M0)，(t1，M1)，
…
(t
n
，M
n
)，则在一个监测周期内退化指标值的相对增量表达式为：
[0022]ΔM
i
＝μΔt
i
+σ
B
ΔB(t
i
)
[0023]Δt
i
＝t
i
‑
t
i
‑1,(i＝1,2,L n)
[0024]根据Wiener定义可得，ΔM
i
:N(μΔt
i
,σ
B2
Δt
i
)；
[0025]似然函数表达式为：
[0026]利用极大似然法估计漂移系数μ和扩散系数σ
B
，则漂移系数μ和扩散系数σ
B
的估计值如下所示：
[0027][0028]作为优选方案，所述剩余寿命概率密度函数的表达式为：
[0029][0030]上式中，t
odd
为剩余寿命，h为失效阈值，a为退化指标初始值，μ为漂移系数，σ
B
为扩散系数。
[0031]作为优选方案，所述SVR支持向量机模型的训练过程包括：收集与所述断路器同型号同批次的历史数据，并将所述历史数据预处理后划分为训练集和测试集；采用训练集对SVR支持向量机模型进行训练，模型的惩罚参数和核参数通过差分进化算法结合GWO算法获得；将测试集输入训练完成的SVR支持向量机模型中，获得模型输出值和真实值之间的相对误差，并计算相对误差的均值和标准差，以作为控制上下限。
[0032]作为优选方案，还包括：在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种断路器电寿命预测及健康状态评估方法，其特征在于，包括如下步骤：采集断路器开合过程中的振动信号和电信号，所述电信号包括电弧电流信号、电弧电压信号、三相电流信号和三相电压信号；提取所述振动信号和电信号的特征指标，并对所述特征指标进行相关度分析，选取相关系数高于设定阈值的特征指标作为显著特征；对所述振动信号和电信号的显著特征进行PCA降维处理，生成与两者对应的振动退化指标和电退化指标；采用标准布朗运动驱动的Wiener过程对所述振动退化指标进行分析，建立剩余寿命概率密度函数，将概率密度取得最大值对应的时间作为所述断路器的第一剩余寿命；将所述电退化指标输入训练完成的SVR支持向量机模型中，获得所述断路器的第二剩余寿命；采用动态加权算法，赋予所述断路器的第一剩余寿命和第二剩余寿命不同权值，并进行加权求和获得所述断路器的最终剩余寿命。2.根据权利要求1所述的断路器电寿命预测及健康状态评估方法，其特征在于，所述特征指标包括时域特征和频域特征，所述时域特征包括峰峰值、均方根值、峭度、波形因子、裕度因子和电弧能量，所述频域特征包括重心频率、均方频率、均方根频率和频率方差。3.根据权利要求2所述的断路器电寿命预测及健康状态评估方法，其特征在于，所述电弧能量为在燃弧时间内对电弧电流信号和电弧电压信号进行积分的值；所述燃弧时间的计算过程包括：采用多元线性回归对电弧电流信号进行拟合，获得电弧电流预测值，并与电弧电流实际值进行对比，获得电流畸变量；若所述电流畸变量大于设定阈值P1时，则当前时间点为电弧开始时刻；若所述电弧电流实际值小于设定阈值P2时，则当前时间点为电弧结束时刻；所述电弧开始时刻与电弧结束时刻的时间差为燃弧时间。4.根据权利要求1所述的断路器电寿命预测及健康状态评估方法，其特征在于，所述相关系数的计算公式如下：上式中，r为相关系数，Y
i
为第i个原始信号的时域特征值，表示N个时域特征值的平均值，X
i
为第i个原始信号值；为N个原始信号的平均值。5.根据权利要求1所述的断路器电寿命预测及健康状态评估方法，其特征在于，对所述振动信号和电信号的显著特征进行PCA降维处理，包括：设有m种Z维的显著特征，构建特征矩阵并标准化处理获得标准矩阵X＝[X1，X2，
…
，X
m
]
T
，计算标准矩阵X的相关系数矩阵的特征值λ
i
(i＝1，2，
…
，m)，并按照降序进行排列，获得综合矩阵F；F＝[F1，F2，
…
，F
m
]
T
F＝AX
上式中，F
i
为第i个特征值λ
i
对应的主成分，A为主成分系数矩阵；根据特征值λ
i
计算各主成分的贡献度P
i
，根据百分比截点法，选取主成...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏登峰，卞志文，纪锡亮，黄巍，王国彬，林一泓，高翔，林建龙，王康，曾静岚，刘冰，郭艳雪，陈晔，叶兆平，吴达，施广宇，林轶群，黄坤，于晓翔，叶友方，许晓林，钟锐，雷嘉丽，张志文，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：