一种基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统及方法与流程

本发明涉及电力开关设备状态监测与运行维护，尤其涉及一种面向抽出式开关柜可抽出单元动静触头接合状态的触头劣化预测系统及方法。

背景技术：

1、抽出式开关柜中的可抽出单元在工作位置时通过动触头与静触头形成主回路电连接。触头接触压力、实际接触面积、表面氧化与磨耗、弹性件性能以及装配对中状态等因素会共同影响接触电阻，进而影响载流过程中的局部发热。随着运行时间和载流历史增加，部分因素会产生渐进变化，使触头热响应出现长期漂移，因此触头温度及其随负荷变化产生的动态响应可以作为触头状态监测的重要信息。

2、现有触头状态监测通常根据触头温度、温升、负荷电流或者柜内环境信息进行阈值判断、趋势分析或状态预测。由于焦耳热随回路电流变化明显，柜内通风和共同热环境也会改变不同运行时段的温度基线，若直接比较不同时段的绝对触头温度，负荷变化和共同热环境变化容易与触头局部接触状态变化混合，导致历史数据之间缺少稳定的可比基础。

3、对于抽出式开关柜，还存在不同于固定连接设备的特有问题。可抽出单元退出工作位置后再次接入时，动静触头重新完成机械接合，接触压力分布、接触斑点和对中关系可能重新形成。即使材料本身的长期劣化程度没有在退出期间发生对应变化，再接入后的触头热响应仍可能相对于退出前出现阶跃式偏移。若将该偏移直接并入长期劣化趋势，会把一次重新接合造成的状态变化错误解释为不可逆的持续劣化；若每次重新接入又将全部历史状态清零，则会丢失跨接入周期积累的长期劣化信息。

4、因此，需要一种能够在负荷和共同热环境变化条件下建立可比较的触头热响应，并在可抽出单元退出和再次接入时区分接合状态突变与跨周期持续劣化的预测方案，使长期劣化状态既能跨接入周期延续，又不被当前接合状态的瞬时变化污染。

技术实现思路

1、本发明旨在解决抽出式开关柜触头状态监测中不同负荷及共同热环境造成的响应不可比，以及重新接合造成的热响应突变容易被误归因于长期劣化的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，包括状态采集单元、响应解耦单元、状态跟踪单元和预测单元。状态采集单元取得触头温度、同相参考导体温度、回路电流及工作位置。响应解耦单元按照工作位置划分接入周期，根据回路电流变化识别负荷转换，并选取转换方向以及转换前后电流水平处于对应匹配区间的可比负荷转换段，利用同相参考导体的热响应校正触头热响应以形成触头专属热响应。

3、状态跟踪单元在同一接入周期内依据可比负荷转换段的触头专属热响应判断连续漂移，并仅利用满足可比条件且响应完整的数据更新持续劣化状态。可抽出单元退出工作位置时保留持续劣化状态；再次进入工作位置后先暂停该状态更新，将退出前最后一个与再接入后首个同一转换类别的可比负荷转换段形成边界响应对，根据边界响应对的触头专属热响应差建立当前接入周期的接合偏置，并以该接合偏置校正再接入后的后续同类触头专属热响应。

4、在一种实施方式中，再接入后的首个同类可比负荷转换段仅用于形成接合偏置，不用于更新持续劣化状态。以退出前最近三个同类可比负荷转换段形成响应波动带，当连续两个后续同类可比负荷转换段的校正后触头专属热响应均位于该响应波动带同一侧且未返回该响应波动带时，结束接合状态重建并恢复持续劣化状态更新。再接入后尚未获得能够与退出前最后一个可比负荷转换段构成边界响应对的负荷转换段时，保持持续劣化状态暂停更新；若在形成边界响应对之前再次退出，则将未发生更新的持续劣化状态直接继承至下一接入周期。

5、预测单元将持续劣化状态作为跨接入周期保留的长期状态，将接合偏置作为仅与当前接入周期关联的接合状态量，并依据两者形成当前接入周期内的劣化趋势预测依据。具有多个转换类别时，持续劣化状态按转换类别分别维护子状态，所形成的接合偏置同时与当前接入周期及对应转换类别关联，不跨转换类别调用。当前可抽出单元退出工作位置后，当前接入周期的接合偏置终止作用，而持续劣化状态继续保留；再次接入且新的接合偏置尚未形成时，不调用上一接入周期的接合偏置。

6、本发明还提供一种基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测方法，获取触头温度、同相参考导体温度、回路电流及工作位置，按照工作位置形成接入周期；基于回路电流变化筛选可比负荷转换段，以同相参考导体温度响应校正触头温度响应形成触头专属热响应；在接入周期内依据触头专属热响应的连续漂移更新持续劣化状态；在退出并再次接入后保持持续劣化状态且暂停更新，通过边界响应对形成接合偏置，校正后续同类触头专属热响应，并在确认后续响应相对于退出前同类响应继续连续同向偏离后恢复持续劣化状态更新；具有多个转换类别时，按转换类别分别维护持续劣化子状态，所形成的接合偏置与对应转换类别关联且不跨转换类别调用；最后依据持续劣化状态及当前接合偏置形成触头劣化趋势预测结果。

7、与直接比较绝对触头温度相比，本发明先以回路电流转换方向和前后电流水平建立动态响应的可比条件，再通过同相参考导体响应削弱柜内共同热环境的影响，使后续状态比较更多反映触头局部接触附加发热的变化。所述参考校正以同一转换类别、相同测量配置和有效标定关系为前提，用于削弱两测点共同承受的载流及环境热变化影响，不以同相参考导体温度能够在全部工况下完全复现触头测点的全部共同热过程为必要条件。

8、与在每次抽出和再接入后重新初始化长期状态的方案相比，本发明将持续劣化状态跨接入周期保留，同时将重新接合后首次出现的响应突变量单独分配给当前接合偏置，并在后续同类响应证实仍存在连续同向漂移后才恢复长期状态更新，由此降低重新插接造成的阶跃变化对长期劣化趋势的误归因。

9、此外，接合偏置具有接入周期边界，退出工作位置后即停止对后续预测产生作用；在新的接合偏置形成前不复用旧偏置，从而避免不同机械接合状态之间相互污染。对响应尚未完成即发生下一负荷转换的叠加响应段予以排除，也能减少热惯性叠加造成的跨周期比较失真。

1.一种基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，包括状态采集单元、响应解耦单元、状态跟踪单元和预测单元；

2.根据权利要求1所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，所述状态采集单元包括触头温度传感器和参考温度传感器，所述触头温度传感器设置于可抽出单元的动触头导电路径上靠近动静触头接合面的部位，所述参考温度传感器设置于同相导电路径上位于触头集中发热区外且与所述触头温度传感器处于同一柜内通风区域的部位，所述工作位置由可抽出单元的位置状态接口取得。

3.根据权利要求1所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，所述响应解耦单元将回路电流连续保持于一个电流水平的区段确定为稳定段，将转换方向相同且转换前电流水平和转换后电流水平分别处于相同匹配区间的负荷转换段确定为所述可比负荷转换段；

4.根据权利要求3所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，所述响应解耦单元分别将触头温度和同相参考导体温度相对于各自转换前稳定段的温度波动范围发生持续偏离的首个采样时刻确定为触头响应起点和参考响应起点，按照所述触头响应起点与所述参考响应起点之后的相同历时对应触头温度变化和同相参考导体温度变化，并以对应的同相参考导体温度变化校正触头温度变化，以形成所述触头专属热响应。

5.根据权利要求4所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，所述状态跟踪单元在可抽出单元退出工作位置并再次进入工作位置后进入接合状态重建期间，将退出前最后一个可比负荷转换段与再接入后首个同一转换类别的可比负荷转换段组成边界响应对，以所述边界响应对的触头专属热响应差形成所述接合偏置，并禁止所述首个可比负荷转换段更新持续劣化状态；

6.根据权利要求5所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，再接入后的当前接入周期内尚未出现与退出前最后一个可比负荷转换段属于同一转换类别的可比负荷转换段时，所述状态跟踪单元保持所述持续劣化状态暂停更新并保持接合状态待重建，直至出现所述同一转换类别的可比负荷转换段后建立边界响应对；

7.根据权利要求5所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测系统，其特征在于，所述状态跟踪单元将持续劣化状态保持为跨接入周期延续的状态，将接合偏置与形成所述接合偏置的当前接入周期及对应转换类别关联；具有多个转换类别时，所述持续劣化状态按转换类别分别维护子状态，所形成的接合偏置不跨转换类别调用；

8.一种基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测方法，其特征在于，形成所述触头专属热响应包括：

10.根据权利要求9所述的基于多维特征动态解耦的抽出式开关柜触头劣化预测方法，其特征在于，再次进入工作位置后，将退出前最后一个可比负荷转换段和再接入后首个同一转换类别的可比负荷转换段组成边界响应对，根据所述边界响应对形成接合偏置并保持持续劣化状态不变；