一种高分断高压限流熔断器熔断故障诊断方法与流程

本发明涉及高压熔断器故障诊断，具体为一种高分断高压限流熔断器熔断故障诊断方法。

背景技术：

1、高分断高压限流熔断器在电力系统中承担短路电流限制与故障隔离功能，其熔断状态的准确诊断直接关系到保护配合可靠性和供电恢复效率。熔断器发生熔断时，内部熔体熔化并产生电弧，导致电流中断和两端电压发生突变，高压端与低压端电流信号的相位关系随之出现畸变。现有诊断方法普遍采集熔断器两侧电流信号，计算工频相位差并与固定阈值比较，当相位差超过设定限值时判定为熔断。部分方案引入故障指示器的动作信号作为辅助，但仅用于启动录波或触发报警，未能结合故障指示器的状态精细界定分析时段。

2、现有技术方案存在明显缺陷。基于固定阈值的相位差比较方式无法适应熔断过程中电流相位差的动态演变特性，熔断前期相位差波动幅值可能尚未触及阈值，而外部负荷投切或系统振荡引发的瞬时相位扰动却可能越过阈值，造成故障漏判和误判并存。故障指示器输出的状态标识记录了故障起始和结束的时间信息，现有的利用方式未将其转化为相位差分析的区间约束，使得大量非故障时段的数据混入计算，淹没了故障特征。电压信号在熔断过程中呈现显著的下降沿特征，高压端和低压端电压跌落的时间差蕴含熔断器动作特性的信息，现有方法普遍忽略这一参量，未将其纳入判别逻辑。相位的畸变程度评估缺乏自适应机制，固定长度的分析窗口难以兼顾长时连续波动与短时突发跳变的特征提取需求。

3、熔断器熔断故障的诊断需要解决如何从故障指示器状态圈定的时段内提取具有明确故障指向性的电流相位差畸变特征，以及如何利用高、低压端电压下降沿的时间间隔修正判别结果，以消除外部扰动引起的相位变化对判别结论的干扰。

技术实现思路

1、提供一种高分断高压限流熔断器熔断故障诊断方法，在故障指示器输出状态界定的截取区间内，通过自适应滑动截取电流相位差序列并计算相位信号畸变率，生成熔断故障判别因子，并利用高压端与低压端电压下降沿时间差对该判别因子进行修正，以实现对熔断器熔断故障的准确判别。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种高分断高压限流熔断器熔断故障诊断方法，该方法包括：执行熔断器故障诊断预备操作，所述预备操作包括采集高压端电流信号和低压端电流信号，并记录故障指示器输出状态；以所述高压端电流信号和所述低压端电流信号为基础，构建电流信号相位差序列，并根据所述故障指示器输出状态确定相位差序列的截取区间；在所述截取区间内对所述电流信号相位差序列执行自适应滑动截取，生成多组相位差子序列；计算每组相位差子序列的相位信号畸变率，根据所述相位信号畸变率确定熔断器熔断故障判别因子；获取熔断器高压端电压下降沿时刻和低压端电压下降沿时刻，计算高压端电压下降沿时刻与低压端电压下降沿时刻之间的下降沿时间差；根据所述下降沿时间差修正所述熔断器熔断故障判别因子，得到修正熔断故障判别因子；将所述修正熔断故障判别因子与故障判别阈值进行比较，生成熔断故障判别结果。

3、该方法利用高压端和低压端电流信号的相位差构建序列，并借助故障指示器输出状态划定有效的截取区间，能够精准锁定故障发生时段，排除稳态运行区间的干扰。自适应滑动截取方式对电流信号相位差序列进行处理，生成多组相位差子序列，窗口宽度随序列方差动态调整，使得截取得到的子序列能够很好地匹配信号自身波动特性，进而提升相位畸变特征提取的灵敏度。以相位信号畸变率为基础确定熔断器熔断故障判别因子，能够量化表征熔断过程中电流相位突变的剧烈程度，为故障识别提供稳定依据。

4、作为本发明的一个技术方案，在构建电流信号相位差序列时，对高压端电流信号和低压端电流信号分别执行过零检测，提取相应过零时刻，以同一工频周期内的高压端电流过零时刻与低压端电流过零时刻的差值为基础，构建电流信号相位差序列，从而使得相位差信息能够准确体现熔断器两端电流的不同步特性。

5、作为本发明的一个技术方案，根据故障指示器输出状态确定相位差序列的截取区间时，解析所述故障指示器输出状态中的故障起始标识位和故障终止标识位，以故障起始标识位对应的时间点作为截取起始点，以故障终止标识位对应的时间点作为截取终止点，将该区间设定为相位差序列的截取区间，实现故障时间段的自动标定，避免人为选择区间带来的不确定性。

6、作为本发明的一个技术方案，自适应滑动截取的具体过程包括：设定滑动窗口的初始窗口宽度和滑动步长；在截取区间内以滑动步长移动滑动窗口，每次移动后截取电流信号相位差序列中落入窗口内的元素形成一组相位差子序列；计算每组相位差子序列的序列方差，根据序列方差调整下一轮截取的窗口宽度。优选地，当序列方差大于方差上限阈值时减小窗口宽度，当序列方差小于方差下限阈值时增大窗口宽度，使得窗口宽度能够跟随信号局部波动程度做出适应性调整，在相位突变密集区域使用窄窗口捕捉细节，在相位变化平缓区域使用宽窗口平滑噪声，从而更完整地保留故障特征。

7、作为本发明的一个技术方案，相位信号畸变率的计算及熔断器熔断故障判别因子的确定过程包括：对每组相位差子序列执行相位展开操作，得到展开相位序列；计算展开相位序列中相邻元素之间的相位跳变值，统计相位跳变值大于跳变阈值的跳变次数；以跳变次数与展开相位序列的元素总数的比值作为该组相位差子序列的相位信号畸变率；将所有组相位差子序列对应的相位信号畸变率按截取顺序排列形成畸变率序列，以该畸变率序列的中位数作为熔断器熔断故障判别因子。利用相位展开和跳变统计得到的畸变率能够有效增强对局部相位畸变程度的表达，而以中位数作为判别因子则可以抵御个别异常截取区间带来的干扰，提升判别结果的鲁棒性。相位展开操作的具体实现中，可以从每组相位差子序列的第二个元素开始，依次计算当前元素与前一个元素的差值，当差值大于π时对当前元素及后续所有元素减去2π，当差值小于-π时对当前元素及后续所有元素加上2π，使得相位序列恢复连续变化特性，为准确检测相位跳变提供条件。

8、作为本发明的一个技术方案，下降沿时间差的计算过程包括：对高压端电压信号执行下降沿检测，将高压端电压信号幅值下降至低于高压端额定电压的下降沿判定比值的时刻记录为高压端电压下降沿时刻；对低压端电压信号执行下降沿检测，将低压端电压信号幅值下降至低于低压端额定电压的下降沿判定比值的时刻记录为低压端电压下降沿时刻；计算两个时刻的差值绝对值作为下降沿时间差。该下降沿时间差反映了熔断过程中高压侧与低压侧电压跌落的时间先后差异，能够从电压变化维度提供辅助故障识别信息。

9、修正熔断器熔断故障判别因子时，根据下降沿时间差确定修正系数的取值，所述修正系数与下降沿时间差呈负相关关系，并将熔断器熔断故障判别因子与修正系数相乘，得到修正熔断故障判别因子。通过引入下降沿时间差修正，使得当两侧电压几乎同时跌落时获得的较高修正系数能够放大相位畸变特征，而当下降沿时间差较长时降低判别因子的权重，避免非熔断性电压波动引发的误判。

10、作为本发明的一个技术方案，生成熔断故障判别结果的过程包括：将修正熔断故障判别因子与故障判别阈值做差，得到判别差值；当判别差值大于正向判定门限时，生成熔断器已熔断的判别结果；当判别差值小于负向判定门限时，生成熔断器未熔断的判别结果；当判别差值介于负向判定门限与正向判定门限之间时，生成熔断器状态待确认的判别结果。这种三态判别方式不仅能够快速区分熔断与未熔断状态，还对特征模糊的中间工况给出待确认提示，便于进一步检查和维护，提升诊断方法的工程实用性。

11、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

12、在故障指示器输出状态确定的截取区间内，对电流信号相位差序列执行自适应滑动截取，生成多组相位差子序列。滑动窗口的初始宽度和滑动步长设定后，在截取区间内以滑动步长移动窗口并逐次截取，形成多组相位差子序列；计算每组子序列的序列方差，根据方差大小动态调整下一轮截取的窗口宽度。当序列方差大于方差上限阈值时减小窗口宽度，使窗口更聚焦于波动集中区域，精细捕捉相位差快速变化的局部特征；当序列方差小于方差下限阈值时增大窗口宽度，以平滑随机噪声并提取整体变化趋势。由自适应窗口得到的多组子序列覆盖了不同时间粒度的相位差波动模式。对每组相位差子序列执行相位展开操作，得到展开相位序列，计算展开相位序列中相邻元素之间的相位跳变值，统计超过跳变阈值的跳变次数与元素总数的比值作为相位信号畸变率。将所有相位信号畸变率按截取顺序排列形成畸变率序列，取其中位数作为熔断器熔断故障判别因子。该方式以故障指示器的起止标识位为边界，剔除非故障时段的无效数据，自适应窗口匹配相位差序列的局部统计特性，能够使判别因子集中反映熔断过程中电流相位差的突变和剧烈波动成分，而非均匀时段的平稳差异。中位数运算在畸变率序列存在个别极端值时保持稳定，抑制偶然截取片段引入的野值干扰，使判别因子在熔断起始阶段和持续电弧燃烧阶段均能维持对故障状态的敏感表征。

13、获取熔断器高压端电压下降沿时刻和低压端电压下降沿时刻，计算高压端与低压端电压下降沿时刻之间的下降沿时间差。对高压端电压信号执行下降沿检测，当幅值下降至低于高压端额定电压的下降沿判定比值时记录时刻；对低压端电压信号同样检测下降沿并记录时刻。熔断器本体熔断时，高压端与低压端电压跌落几乎同步发生，时间差极小；外部负荷侧扰动或系统电压波动引起的电压变化在高压端和低压端呈现明显时延，时间差较大。建立修正系数与下降沿时间差的负相关关系，将熔断器熔断故障判别因子与该修正系数相乘，得到修正熔断故障判别因子。下降沿时间差越小，修正系数越接近上限，维持或略微提升判别因子的数值；下降沿时间差越大，修正系数迅速减小，削弱因扰动产生的虚高判别因子。将修正后的判别因子与故障判别阈值做差比较，依据判别差值落入正向判定门限、负向判定门限或两者之间的区间，分别生成已熔断、未熔断或待确认的判别结果。高、低压端电压下降沿时间差的引入对故障判别因子进行幅度调节，仅对符合熔断器动作时序特征的相位畸变给予正向响应，对时序特征不一致的扰动产生的相位差变化予以有效压制，减少负荷波动、重合闸等非熔断事件引发的误判，使判别结果更好地对应熔断器真实的熔断物理过程。