本發(fā)明涉及高壓斷路器監(jiān)測，尤其是涉及基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

1、作為輸變電系統(tǒng)重要的保護(hù)與控制電器，高壓斷路器的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。彈簧操動機(jī)構(gòu)因其污染小、成本低、使用方便在電網(wǎng)中被大量使用，但隨著分合閘次數(shù)的增加，合閘彈簧將頻繁受到拉伸、壓縮并長期處于拉伸、壓縮狀態(tài)，這將導(dǎo)致彈簧因?yàn)椴牧掀诙a(chǎn)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，剛度降低，從而引起合閘速度持續(xù)降低甚至不能動作，直接影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，對高壓斷路器合閘彈簧的疲勞程度開展實(shí)時監(jiān)測，對保障電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。

2、針對高壓斷路器彈簧疲勞分析及在線監(jiān)測，現(xiàn)有方法主要集中在基于斷路器振動、聲音信號特征進(jìn)行分析，由于振動和聲音信號是斷路器彈簧操動機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，內(nèi)部產(chǎn)生的沖擊經(jīng)一系列復(fù)雜傳遞至斷路器外殼產(chǎn)生的間接信號，因此基于振動和聲音信號特征準(zhǔn)確診斷彈簧疲勞故障較為困難。同時現(xiàn)有文獻(xiàn)主要從模式識別的角度，基于振動和聲音特征向量對彈簧疲勞進(jìn)行定性的故障診斷，無法對彈簧疲勞程度進(jìn)行定量檢測。現(xiàn)有技術(shù)還有根據(jù)儲能電流分析進(jìn)行高壓斷路器彈簧進(jìn)行評定的方法，例如申請?zhí)枮?01911053115.6的專利公開了一種基于儲能電流分析的高壓斷路器儲能裝置健康狀態(tài)評估方法，將開口式電流傳感器卡在儲能電機(jī)電源線上，采集電機(jī)運(yùn)行的整個過程中的電流，開口式電流傳感器所采集的電流值傳輸?shù)綑C(jī)械特性測試儀，機(jī)械特性測試儀對電機(jī)電流波形進(jìn)行記錄。采用在線監(jiān)測的方式，測量裝置直接布置在斷路器儲能裝置上，不需要拆卸彈簧即可實(shí)現(xiàn)；測量裝置在斷路器運(yùn)行過程中進(jìn)行布置，不影響斷路器正常運(yùn)行；實(shí)時監(jiān)測斷路器儲能電機(jī)的電流，保證檢測數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性，從而對儲能裝置缺陷的趨勢進(jìn)行分析判斷。但采用單一參數(shù)進(jìn)行分析，監(jiān)測精度低，且無法反映合閘彈簧剛度變化趨勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，解決上述技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，具體步驟如下：

3、步驟s1：獲取高壓斷路器固定參數(shù)，并構(gòu)建儲能動作模型；

4、步驟s2：布置數(shù)據(jù)采集組件，數(shù)據(jù)采集組件包括電壓傳感器、電流傳感器以及角度位移傳感器，電壓傳感器和電流傳感器分別采集儲能電機(jī)的電壓和電流信號，角度位移傳感器用于采集高壓斷路器中操動機(jī)構(gòu)曲柄的角度位移信號；

5、步驟s3：根據(jù)步驟s1中的儲能動作模型和步驟s2中采集的信號確定適應(yīng)度函數(shù)；

6、步驟s4：利用樽海鞘群算法和步驟s3中得到的適應(yīng)度函數(shù)求解儲能動作模型，得到合閘彈簧剛度k；

7、步驟s5：通過基于合閘彈簧剛度值的疲勞程度量化公式根據(jù)合閘彈簧剛度k計算當(dāng)前合閘彈簧疲勞程度。

8、優(yōu)選的，在步驟s1中，儲能動作模型包括電壓模塊、儲能電機(jī)模塊、曲柄角位移模塊以及負(fù)載模塊；電壓模塊與儲能電機(jī)模塊的輸入端相連接。

9、優(yōu)選的，儲能電機(jī)模塊包括繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊、機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊、第一增益子模塊以及第二增益子模塊；繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊用于描述儲能電機(jī)的繞組部分，機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊用于描述儲能電機(jī)的機(jī)械部分，且繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊與機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊并聯(lián)；第一增益子模塊和第二增益子模塊用于描述儲能電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)和反電動勢系數(shù)，第一增益子模塊、機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊以及第二增益子模塊依次串聯(lián)；第一增益子模塊和第二增益子模塊分別與繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊的輸出端和輸入端相連接。

10、優(yōu)選的，曲柄角位移模塊包括依次串聯(lián)的延時子模塊、第三增益子模塊和積分子模塊，延時子模塊的輸入端設(shè)置在第二增益子模塊與機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊之間。

11、優(yōu)選的，負(fù)載模塊包括依次串聯(lián)的自定義函數(shù)子模塊和第四增益子模塊，第四增益子模塊的輸出端設(shè)置在第一增益子模塊與機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊之間，自定義函數(shù)子模塊的輸入端與積分子模塊的輸出端相連接。

12、優(yōu)選的，在步驟s3中，

13、步驟s31：確定目標(biāo)函數(shù)；

14、采用在線測得的電流信號與儲能動作模型輸出的電流信號兩者之間的積分平方誤差描述儲能動作模型與實(shí)際的偏差，得到待求解的目標(biāo)函數(shù)如下：

15、

16、其中，oise為積分平方誤差，e(t)為儲能動作模型電流值與在線測得的電流值的差值，為t時刻在線測得的電流值，i(t)為t時刻儲能動作模型電流值；

17、

18、其中，l和l-1分別為拉氏變換和拉氏逆變換，g1(s)和g2(s)分別為儲能電機(jī)繞組部分和機(jī)械部分的傳遞函數(shù)，

19、

20、b和j分別為折算到電機(jī)軸上的等效阻尼系數(shù)和等效轉(zhuǎn)動慣量，lt為等效的繞組電感，rt為等效的繞組電阻，ke為反電動勢系數(shù)，kt為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)，g為減速箱減速比，s為合閘彈簧向量，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩值函數(shù)，和分別為在線測得的曲柄角位移信號和電壓信號，k為合閘彈簧剛度，f0為彈簧預(yù)緊力；

21、步驟s32：根據(jù)目標(biāo)函數(shù)得出樽海鞘群算法中個體適應(yīng)度函數(shù)，個體適應(yīng)度函數(shù)f(x)如下：

22、

23、其中，x為樽海鞘群中個體的位置向量。

24、優(yōu)選的，在步驟s5中，基于合閘彈簧剛度值的疲勞程度量化公式如下：

25、

26、其中，d為疲勞損傷度，k0為合閘彈簧無疲勞損傷時的初始剛度值，k為合閘彈簧剛度。

27、因此，本發(fā)明采用上述基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，具有以下有益效果：

28、(1)綜合考慮儲能電機(jī)輸入與輸出的各影響因素，構(gòu)建了儲能電機(jī)儲能動作模型，精準(zhǔn)刻畫出儲能電機(jī)在磁路飽和時的穩(wěn)態(tài)行為。

29、(2)利用樽海鞘群算法求解儲能動作模型參數(shù)的效果，優(yōu)化精度更高，可有效在線監(jiān)測高壓斷路器合閘彈簧剛度值，能夠非常顯著地反映合閘彈簧剛度變化趨勢，通過高壓斷路器合閘彈簧剛度與疲勞程度之間的映射關(guān)系，結(jié)合合閘彈簧剛度在線監(jiān)測方法能夠?qū)崿F(xiàn)合閘彈簧疲勞程度的在線有效監(jiān)測。

30、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于：在步驟s1中，儲能動作模型包括電壓模塊、儲能電機(jī)模塊、曲柄角位移模塊以及負(fù)載模塊；電壓模塊與儲能電機(jī)模塊的輸入端相連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于：儲能電機(jī)模塊包括繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊、機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊、第一增益子模塊以及第二增益子模塊；繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊用于描述儲能電機(jī)的繞組部分，機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊用于描述儲能電機(jī)的機(jī)械部分，且繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊與機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊并聯(lián)；第一增益子模塊和第二增益子模塊用于描述儲能電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)和反電動勢系數(shù)，第一增益子模塊、機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊以及第二增益子模塊依次串聯(lián)；第一增益子模塊和第二增益子模塊分別與繞組部分傳遞子函數(shù)子模塊的輸出端和輸入端相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于：曲柄角位移模塊包括依次串聯(lián)的延時子模塊、第三增益子模塊和積分子模塊，延時子模塊的輸入端設(shè)置在第二增益子模塊與機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于：負(fù)載模塊包括依次串聯(lián)的自定義函數(shù)子模塊和第四增益子模塊，第四增益子模塊的輸出端設(shè)置在第一增益子模塊與機(jī)械部分傳遞子函數(shù)子模塊之間，自定義函數(shù)子模塊的輸入端與積分子模塊的輸出端相連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于：在步驟s3中，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，其特征在于：在步驟s5中，基于合閘彈簧剛度值的疲勞程度量化公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，屬于高壓斷路器監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體步驟如下：步驟S1：構(gòu)建儲能動作模型；步驟S2：采集儲能電機(jī)的電壓值、電流值以及操動機(jī)構(gòu)曲柄的角度位移信號，步驟S3：確定適應(yīng)度函數(shù)；步驟S4：利用樽海鞘群算法和適應(yīng)度函數(shù)求解儲能動作模型，得到合閘彈簧剛度K；步驟S5：根據(jù)合閘彈簧剛度K計算當(dāng)前合閘彈簧疲勞程度。采用上述基于儲能動作模型的高壓斷路器合閘彈簧疲勞程度在線監(jiān)測方法，構(gòu)建了包括曲柄角位移、合閘彈簧剛度、儲能電機(jī)電壓以及儲能電機(jī)電流等參數(shù)的儲能動作模型，采用樽海鞘群算法進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)合閘彈簧剛度的精確在線測量。

技術(shù)研發(fā)人員：萬書亭,豆龍江,蒲星霖,郭胡森,繩曉玲,張雄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)（保定）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6