一种基于多源时序融合的断路器状态诊断方法与流程

本发明涉及电力设备预诊断，特别是一种基于多源时序融合的断路器状态诊断方法。

背景技术：

1、断路器是输配电网通断控制的核心执行设备，当前电力设备预诊断与健康管理领域的主流方案多基于线圈电流、振动等单一源时序信号的特征阈值比对开展状态评估，依托傅里叶变换、小波分析等算法提取动作过程中的峰值、时延等特征量，结合历史运维样本标定健康判据，已在输变电设备状态感知场景实现规模化应用，为运维策略制定提供了基础数据支撑。

2、然而，常规方法多独立处理电气、机械域的异构时序信号，未考虑断路器电气驱动向机械执行传递的偏序约束与时延匹配关系，难以挖掘跨域信号的耦合关联特征；多基于单动作周期的静态特征判定设备状态，缺乏对退化过程的连续演化追踪能力，无法识别早期隐性性能劣化迹象。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于多源时序融合的断路器状态诊断方法解决电气与机械域时序信号耦合关系难以刻画及早期退化演化过程难以追踪的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明提供了一种基于多源时序融合的断路器状态诊断方法，其包括：对断路器多源动作时序数据中的控制电压和线圈电流进行分段变化检测，识别电气动作事件，对随断路器机构动作产生的响应波形进行多尺度检测，识别机械响应事件，并按事件发生时刻对各类事件实施时序聚合，生成多源动作事件集；依据断路器电气驱动向机械执行传递的动作机理，将多源动作事件集投影至预设动作阶段，构建偏序约束的动作事件匹配图，并筛选满足偏序关系和动作时延约束的事件作为动作节点，按动作传递关系连接，生成断路器动作因果图；对断路器动作因果图进行证据属性解析，提取电气动作证据与机械响应证据，并计算两类证据之间的实际时序间隔相对于动作时延约束的时序残差，按时序残差方向判定证据冲突极性，形成跨源证据冲突关系；沿断路器动作因果图的动作传递方向对跨源证据冲突关系进行因果追踪，将证据冲突极性一致且时序残差持续累积的跨源证据冲突关系聚合为脱耦传播链，并通过连续同类型动作的残差漂移校验确定稳定起点，生成机电脱耦前兆路径；对机电脱耦前兆路径实施最小解释路径回溯，反向搜索首个持续产生同极性冲突的动作节点，定位状态退化起始动作阶段，并根据路径时序残差的累积程度评定断路器健康状态等级。

5、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述生成多源动作事件集，步骤如下：

6、以断路器多源动作时序数据中的控制电压变化时刻作为电气测试基准，对控制电压和线圈电流进行滑动窗口累积偏差分析，划分动作区段，并通过波形转折位置修正动作区段边界，生成电气动作事件；

7、基于电气动作事件限定机构动作响应的检测时窗，对检测时窗内随断路器机构动作产生的响应波形进行多尺度包络能量追踪，筛选跨尺度稳定复现的响应突变位置，生成机械响应事件；

8、将机械响应事件映射至电气动作事件的时间轴，在检测时窗内按照事件时差最小原则建立跨源事件配对，并保留未配对事件及事件来源标识，按事件发生时刻合并生成多源动作事件集。

9、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述构建偏序约束的动作事件匹配图，步骤如下：

10、依据断路器电气驱动向机械执行的动作机理建立动作阶段模板，采用动态时间规整算法将多源动作事件集与动作阶段模板进行顺序约束对齐，并按照最小累计时序代价确定各动作事件所属的动作阶段，生成动作阶段投影序列；

11、按照动作阶段之间的先后依赖关系，将动作阶段投影序列构造成有向无环候选图，并以事件发生时差与动作时延约束区间中心值之间的绝对偏差作为连接权重，生成偏序约束的动作事件匹配图。

12、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述生成断路器动作因果图，步骤如下：

13、对偏序约束的动作事件匹配图执行动态规划路径搜索，剔除不满足偏序关系和动作时延约束的候选连接边，并按照累计连接权重最小原则确定最优动作路径，筛选得到动作节点与动作传递边；

14、按照电气驱动向机械执行的传递方向连接动作节点与动作传递边，并将实际动作时延写入动作传递边，生成断路器动作因果图。

15、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述提取电气动作证据与机械响应证据，步骤如下：

16、沿断路器动作因果图的动作传递方向对各动作节点进行证据属性解析，将驱动侧动作节点归入电气动作证据，将执行侧响应节点归入机械响应证据，生成分层证据节点序列；

17、依据分层证据节点序列中动作节点的阶段衔接关系，对电气动作证据与机械响应证据进行因果邻接配对，并获取与连接两类证据的动作传递边相匹配的动作时延约束，生成跨源证据匹配对集。

18、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述形成跨源证据冲突关系，步骤如下：

19、对跨源证据匹配对集中的证据发生时刻进行有向差分，得到实际时序间隔，并将实际时序间隔与动作时延约束进行区间边界比较，对超出动作时延约束的实际时序间隔计算有符号偏离量，对位于动作时延约束内的实际时序间隔偏离量置零，获取各跨源证据匹配对的证据时序残差；

20、筛选证据时序残差非零的跨源证据匹配对，按照证据时序残差的符号方向判定证据冲突极性，并以残差幅值表征冲突程度，形成跨源证据冲突关系。

21、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述将证据冲突极性一致且时序残差持续累积的跨源证据冲突关系聚合为脱耦传播链，步骤如下：

22、以跨源证据冲突关系作为追踪起点，沿断路器动作因果图的动作传递方向执行有向图遍历，将跨源证据冲突关系关联至机械响应证据所属动作节点，并将具有因果可达关系的跨源证据冲突关系按动作阶段连接，生成冲突因果追踪链；

23、对冲突因果追踪链中的相邻跨源证据冲突关系进行极性一致性检验，筛选证据冲突极性一致且有符号偏离量绝对值沿动作传递方向逐级增大的冲突因果追踪链，并按照有符号偏离量的同向增量计算链路累积残差，生成脱耦传播链。

24、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述生成机电脱耦前兆路径，步骤如下：

25、将连续同类型断路器动作对应的脱耦传播链按照动作阶段进行对齐，采用滑动窗口最小二乘法拟合各动作节点所关联的有符号偏离量随断路器动作次数变化的残差漂移斜率；

26、选取残差漂移斜率符号保持一致且斜率离散度最小的最前动作节点作为稳定起点，并由稳定起点沿脱耦传播链保留同极性残差扩展路径，生成机电脱耦前兆路径。

27、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述定位状态退化起始动作阶段，步骤如下：

28、以机电脱耦前兆路径的末端动作节点作为回溯起点，沿动作传递边进行反向遍历，并根据相邻动作节点的冲突极性一致度对回溯边设置解释代价，生成反向解释图；

29、对反向解释图执行约束最短路径搜索，将能够连续覆盖机电脱耦前兆路径且累计解释代价最小的回溯路径确定为最小解释路径；

30、沿最小解释路径，将连续同类型断路器动作下各动作节点所关联的有符号偏离量按照断路器动作次数进行对齐，识别有符号偏离量开始同向漂移的位置，将最早保持同极性冲突的动作节点作为状态退化起始动作节点，并确定状态退化起始动作阶段。

31、作为本发明所述基于多源时序融合的断路器状态诊断方法的一种优选方案，其中，所述根据路径时序残差的累积程度评定断路器健康状态等级是指，从状态退化起始动作节点沿最小解释路径对各动作节点所关联的有符号偏离量进行路径加权累积，获取路径时序残差累积值，并将路径时序残差累积值与预设的断路器健康等级区间进行比较，评定断路器健康状态等级。

32、本发明有益效果为：通过生成断路器动作因果图，按偏序关系和动作时延约束组织多源动作事件，实现了电气动作证据与机械响应证据之间的因果贯通，为识别跨源证据冲突提供统一分析基础；通过生成机电脱耦前兆路径并实施最小解释路径回溯，实现了早期隐性性能劣化识别与状态退化起始动作阶段定位，提升了设备全生命周期状态管控的可靠性。