一种电气微电弧前兆特征提取方法及系统与流程

本发明属于电气检测的，涉及了一种电气微电弧前兆特征提取方法及系统。

背景技术：

1、工业配电网络中由绝缘劣化或线路破损等引发的微电弧是导致电气火灾和设备损毁的关键诱因。微电弧在发生击穿并形成持续燃弧之前，其前兆阶段通常表现为持续时间短、幅值微弱且具有随机性的局部放电和瞬态电流畸变。此类前兆信号容易被电网中大量存在的设备开关噪声、启停冲击以及背景白噪声所淹没，如何从强背景干扰的复杂工况中提取并识别出表征绝缘临界点的微弱物理特征是当前电气检测领域面临的主要挑战。

2、目前行业内普遍采用的现有技术主要集中在时域阈值判定和频域能量累积检测两大方向。一种典型的现有技术是对线路电流的高频分量进行均方根值计算或峰值保持，当其超过预设的固定或浮动阈值时发出告警，或者通过监测电流变化率来判定电弧事件。另一种技术方案是提取局部放电信号的相位分布图谱，利用统计方法分析放电的重复趋势并与历史经验阈值进行比对来判断绝缘老化程度。此外还有方案通过设定采样频率自适应的策略来提取局部放电信号的时频特征，借此平衡计算负荷与检测精度。

3、上述现有技术在实际应用中存在一定的技术局限性。首先，依赖单一电流幅值或变化率阈值的检测方法在面对负载投切等快速瞬变脉冲群时，容易受到干扰而增加误报概率。其次，基于统计趋势或固定相位分布的识别方法由于分析窗口通常覆盖较长的工频周期，对于特定相位点且持续时间短的微电弧前兆，存在响应迟滞和特征提取精度受限的问题。最后，多数方法采用固定的背景噪声评估模型，较难自适应跟随电网动态负荷特性的变化，在复杂多变的工业现场容易导致背景噪声本底包络评估产生偏差，在利用噪声信号演化的非线性拓扑规律及多周期重组相位精密检测方面仍有改进空间。

技术实现思路

1、第一方面，本发明提供了一种电气微电弧前兆特征提取方法，包括以下步骤：

2、s1、获取相电压连续波形数据与全频带交流电流数据，计算生成相电压梯度变化率序列以及多个独立的子带电流信号；

3、s2、分析子带电流信号的排列模式概率分布以转化为子带排列熵时间序列，提取导出拓扑调制流；

4、s3、利用相电压梯度变化率序列标定出相电压正序过零极点，基于该极点同步截取子带电流信号以构建跨周期相位对齐矩阵；

5、s4、将拓扑调制流映射为一维非线性调制算子列，对跨周期相位对齐矩阵执行空间逐点内积投影后，提取输出电弧共振特征序列；

6、s5、识别拓扑调制流的静默低能量时段，基于电弧共振特征序列的分布参量计算生成背景噪声包络；

7、s6、通过比对电弧共振特征序列与背景噪声包络获取净态越限波峰余量序列，识别出极化定位点并生成前兆特征告警数据包。

8、本发明进一步的方案，计算生成相电压梯度变化率序列以及多个独立的子带电流信号，包括以下步骤：

9、基于设定截取频率获取物理节点侧的相电压连续波形数据与全频带交流电流数据；

10、通过预置微分算子沿指定提取步段对相电压连续波形数据执行一阶数字微分计算，生成反映电场交变畸变强度的相电压梯度变化率序列；

11、利用部署多个对数中心频率间隔节点的带通数字滤波器模块解构全频带交流电流数据，频域拆解筛选出多路子带电流信号。

12、本发明进一步的方案，分析子带电流信号的排列模式概率分布以转化为子带排列熵时间序列，包括以下步骤：

13、采用固定宽度的时间滑动观测截断窗对子带电流信号执行重叠式截取，分离出局部离散数据片段并统计其波峰连列转换生成的排列模式概率分布；

14、基于空间概率降维映射法则，将排列模式概率分布通过负对数函数项向高维相空间投射，转化为表征微观能量弥散状态的子带排列熵时间序列。

15、本发明进一步的方案，提取导出拓扑调制流，包括以下步骤：

16、通过操作高频寄存模块在相邻滑动点间针对子带排列熵时间序列执行前向差分剔除熵增项，获取离散步长下的负向偏导差量序列；

17、通过无限脉冲响应延迟数字网络合并相邻队列中的负向偏导差量序列并执行梯形面积积分平滑处理，输出作为乘法阀控件使用的拓扑调制流。

18、本发明进一步的方案，基于相电压正序过零极点同步截取子带电流信号以构建跨周期相位对齐矩阵，包括以下步骤：

19、驱动动态寻址内核以相电压正序过零极点作为物理裁切准则，截取子带电流信号当期的起始波段；

20、同步按同等步长偏移指令提取历史相同波段残留波形，合并组装为对齐后的子带截取波形组；

21、按时序压栈落座将对齐后的子带截取波形组装载入高阶张量累积节点，纵置形成跨周期相位对齐矩阵。

22、本发明进一步的方案，将拓扑调制流映射为一维非线性调制算子列，包括以下步骤：

23、提取拓扑调制流内部离散波峰极差，扣减静默剔除常量以剥除常规虚假电势基线；

24、依循自然指数运算规则激发残存特征幅，合成在维度尺度上契合分析矩阵宽度的一维非线性调制算子列。

25、本发明进一步的方案，对跨周期相位对齐矩阵执行空间逐点内积投影后，提取输出电弧共振特征序列，包括以下步骤：

26、分发一维非线性调制算子列的动态非线性瞬时系数值，逐点倍乘激发存续于跨周期相位对齐矩阵的多维复矢量内部，得到映射内积投影簇；

27、控制阵列闭合环路对映射内积投影簇施加相角轨迹平面一阶加和及均值塌缩收束降维操作，剔除跨历元白噪弥散因素并输出电弧共振特征序列。

28、本发明进一步的方案，基于电弧共振特征序列的分布参量计算生成背景噪声包络，包括以下步骤：

29、标定不激起超越基底阈段能量变动界限的时态序列为静默无扰动时间切片；

30、读取从属于该静默无扰动时间切片的全部电弧共振特征序列，通过均方推导导出本底统计测量算子集的期望参数与方差参量；

31、操作跟踪寄存器按步加权迭代反馈前序标尺记录与当下算子集融合扩增边界余量设定，数据平滑追踪输出自生成的背景噪声包络。

32、本发明进一步的方案，通过比对电弧共振特征序列与背景噪声包络获取净态越限波峰余量序列，包括以下步骤：

33、利用配置符号处理节点的减法处理单元引入电弧共振特征序列及其随动周期的背景噪声包络；

34、执行底层矩阵数字点对点相减以扣除背景噪声包络，并通过非负强制归阈钳位，分离提取为扣除稳态本底后的净态越限波峰余量序列。

35、第二方面，本发明提供了一种电气微电弧前兆特征提取系统，包括以下模块：

36、信号采集分离模块，用于获取相电压连续波形数据与全频带交流电流数据，计算生成相电压梯度变化率序列以及多个独立的子带电流信号；

37、拓扑突变量化模块，用于分析子带电流信号的排列模式概率分布以转化为子带排列熵时间序列，提取导出拓扑调制流；

38、相位对齐矩阵模块，用于利用相电压梯度变化率序列标定出相电压正序过零极点，基于该极点同步截取子带电流信号以构建跨周期相位对齐矩阵；

39、共振特征提取模块，用于将拓扑调制流映射为一维非线性调制算子列，对跨周期相位对齐矩阵执行空间逐点内积投影后，提取输出电弧共振特征序列；

40、背景噪声包络模块，用于识别拓扑调制流的静默低能量时段，基于电弧共振特征序列的分布参量计算生成背景噪声包络；

41、前兆提取告警模块，用于通过比对电弧共振特征序列与背景噪声包络获取净态越限波峰余量序列，识别出极化定位点并生成前兆特征告警数据包。

42、综上，本发明包括以下有益技术效果：

43、1.通过配置涵盖多个对数中心频率间隔节点的带通数字滤波器模块，将全频带交流电流数据解构为多路独立的子带电流信号。通过此种频域拆解处理方式，能够将宽频域内不同频段的放电特征在互不交叠的通道中进行隔离，减少了单一频率窗内微电弧局部瞬态脉冲受其他频段谐波和载波信号混叠干扰的可能，进而改善了潜在前兆信号在特定窄带内的信噪比，为后续的特征辨识提供了较为纯净的信号环境。

44、2.通过对所述子带电流信号实施滑动窗口截取并进行排列模式概率统计，生成子带排列熵时间序列，进一步结合负向偏导提取和平滑处理生成拓扑调制流。该调制流能够量化表征信号由随机噪声趋向结构化的非线性突变进程，并将其转化为连续的标量控制流。此机制改变了传统仅依赖幅值阈值而较难区分强随机噪声与结构化瞬态信号的判断方式，为系统提供了一个独立于绝对幅值且能直接反映信号内部状态变化趋势的探测参量。

45、3.利用相电压梯度变化率序列的正序过零极点作为时序标尺，对多路子带电流信号进行跨周期的剪切与对齐，进而构建跨周期相位对齐矩阵。这种基于固定物理相位的对齐方式，能够将具有相位相关性的周期性前兆放电片段进行同相位的累积叠加。该处理过程强化了与工频相位存在固定关联的重复性前兆特征，同时在一定程度上抑制了在相位上随机分布的非相关噪声，从而提高了系统对周期性早期放电特征的捕捉敏感度。

46、4.通过解析静默工况下的电弧共振特征序列，计算期望参数和方差参量，并据此生成随时间窗动态更新的背景噪声包络。该自适应包络机制能够跟随电网负荷投切和工业电磁环境的特性变化而自动调整，改善了采用固定阈值在多变工况下适应性不足的情况，降低了因背景噪声水平动态漂移而引发的漏报或误报概率，使超限判据能够维持在与当前真实噪声基底相匹配的区间内。