[发明专利]基于三相位移信号的真空断路器机械参数在线监测方法

说明书

技术领域

本发明属于电工技术领域，涉及小波分析和希尔伯特(Hilbert)变换，为一种基于三相位移信号的真空断路器机械参数在线监测方法。

背景技术

断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，在电网运行中起到控制电力线路和设备投入与退出、迅速切除故障线路、保护无故障线路正常运行等重要作用，保障断路器的正常工作是确保电网安全稳定运行的基础。随着电力系统电压等级的升高和电网规模的不断扩大，传统的定期检修方式正逐步被状态检修所替代。因此，能够为状态检修提供有效信息的在线监测技术应运而生，它不仅能够显示断路器的工作状况，并且具备了故障诊断功能。

统计数据表明：真空断路器的操动机构发生故障的概率最大。因此，可以反映断路器的工作状况并且可以为故障诊断提供有效信息的分合闸机械参数一直被作为断路器在线监测的重要内容。而断路器分合闸刚分刚合点的数据则是机械参数计算的前提，它的监测精度一方面影响着机械特征参数，另一方面与故障诊断的可信程度紧密相关。

传统上对于断路器机械参数的测量基本是在离线状态下通过光电编码器进行的，将光电编码器安装于操动机构主轴上，采集操动机构的主轴转角信号。再经过角度到位移的变换可以得到较为精确的位移数据。然而此时得到的数据是三相总体位移，无法反应每一项各自的位移情况，无法直接得到三相同期性，需要利用其它的技术手段才能得以解决。因此势必要增加信号通道，这样会给系统增加额外的负担，而且无法满足在线监测的要求。

随着在线监测技术的发展，国内外对于断路器分合闸突变点的判断展开了大量的研究，也产生了一些成果应用于断路器在线监测系统中。例如基于速度曲线的突变点判断方法，利用小波包和短时能量法对振动信号的分析方法等，这些方法的有效性均已被得到证明。但是这些检测方案存在着检测精度不高、检测方案复杂的缺陷。

因此，发明一种适用于在线监测的真空断路器机械参数的新算法成为亟需解决的课题。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有技术中对于断路器机械参数的测量大多为离线监测，不具备实时性，已有的在线监测技术存在监测精度不高、方法复杂等缺陷。

本发明的技术方案为：基于三相位移信号的真空断路器机械参数在线监测方法，通过小波分析和Hilbert变换进行真空断路器机械参数在线监测，针对真空断路器三相位移信号的特点，首先通过小波消噪消除干扰因素，然后利用小波分解与重构凸显出位移特征量，最后通过Hilbert变换提取信号包络，检测特征量，找到位移曲线的突变点，进而通过该突变点的数据得到断路器分合闸过程的各项机械参数，包括以下步骤：

1）在真空断路器上安装位移传感器，位移传感器为微型线性位移传感器，微型传感器的拉杆通过连接件安装于真空断路器动触头绝缘拉杆下方；

2）利用位移传感器采集真空断路器合闸过程中三相合闸位移信号disA、disB、disC，得到位移信号的波形；

3）对真空断路器合闸过程三相位移信号的波形分别进行预处理，依次通过去毛刺限幅滤波和小波阈值消噪使三相合闸位移信号的波形相对平滑，得到三相的位移信号曲线；

4）利用小波分解与重构分别来检测步骤3）预处理后的三相的位移信号曲线，得到三相的位移信号曲线的突变点，所述突变点初步确定位移信号曲线上合闸的起始时刻、特征点和结束时刻的位置；

5）对步骤4）经过小波重构后的位移信号曲线进行Hilbert变换包络分析，检测特征量，在Hilbert变换包络波形上得到三个尖峰点，它们分别对应于位移信号曲线上的起始时刻、特征点和结束时刻，所述特征点对应于断路器合闸过程各相的刚合点；

6）根据得到的真空断路器三相刚合点及合闸的起始时刻和结束时刻数据，通过公式计算得到真空断路器三相合闸过程的各项机械参数，包括三相的接触行程、触头开距和合闸速度，得到合闸时间、合闸顺序及三相不同期性，完成合闸机械特性输出；

7）分合闸接触行程相等，得到三相分闸接触行程，由三相分闸接触行程得到分闸过程刚分点，从而得到分闸速度、分闸时间、分闸顺序、分闸不同期性，完成分闸机械特性输出。

步骤3）的预处理中所述去毛刺限幅滤波方法如下：比较对位移信号波形的相邻两采样点dis(i)与dis(i+1)的数值，若它们之间的差值超过了所设定的阈值，则认为发生了突变干扰，舍弃此时dis(i+1)的数值，用dis(i)与dis(i+2)的线性插值来重构dis(i+1)这一点，所述阈值设为0.19。