一种火电厂二次控制回路继电器状态智能检测方法与流程

本发明涉及火电厂二次控制回路继电器检测，具体涉及一种火电厂二次控制回路继电器状态智能检测方法。

背景技术：

1、火电厂二次控制回路继电器状态检测通常采用停电测量方式。现有常规技术方案在继电器处于断电停役状态下，将测量探头直接夹持于继电器接线端子，向线圈注入稳态直流测试电源，采集回路中的稳态电流与电压数据，计算得出静态接触电阻。该检测过程依赖固定电阻阈值进行判定，仅在设备停机检修期间执行，整个数据获取与判定流程均建立在无负载的静态电气参数基础之上。

2、上述现有技术的具体实现方式完全依赖在断电状态下获取的静态电气参数，无法反映继电器在带电运行工况下分断或闭合瞬间的动态物理变化。由于该方案仅采集稳态电信号，缺失对继电器动作瞬间触点机械位移与弹簧形变物理量的感知手段，在火电厂二次回路存在强工频电磁场与开关电源高频纹波的干扰环境下，微弱的瞬态物理特征被淹没，导致现有技术无法实现在强电磁干扰下对继电器机械特性与电气特性的同步在线评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种火电厂二次控制回路继电器状态智能检测方法，可以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种火电厂二次控制回路继电器状态智能检测方法，包括：在火电厂二次控制回路的继电器供电线缆上卡接非侵入式高频脉冲耦合器，通过所述非侵入式高频脉冲耦合器向所述继电器供电线缆叠加微安级高频检测脉冲；在继电器壳体表面布置三轴磁场传感器阵列，通过所述三轴磁场传感器阵列采集继电器动作过程中的空间磁场信号；获取所述继电器供电线缆在所述微安级高频检测脉冲激励下的回路响应电流信号，对所述回路响应电流信号进行小波包分解，提取反映继电器线圈电感变化的高频脉冲衰减特征；对所述空间磁场信号进行磁场梯度张量计算，提取反映继电器触点动作瞬态形变的空间磁场畸变特征；将所述高频脉冲衰减特征与所述空间磁场畸变特征输入预先构建的物理约束图神经网络，将继电器线圈电感理论变化率作为物理约束条件引入所述物理约束图神经网络的边权重更新计算中，通过所述物理约束图神经网络的信息聚合机制输出继电器触点接触状态与弹簧疲劳状态。

4、优选的，所述非侵入式高频脉冲耦合器包含环形铁氧体磁芯以及缠绕于所述环形铁氧体磁芯上的注入绕组与感应绕组，所述注入绕组的两端连接高频信号发生器的输出端，所述感应绕组的两端连接信号调理电路的输入端；在继电器壳体表面布置三轴磁场传感器阵列包括：将所述三轴磁场传感器阵列中的三轴磁场传感器分别贴附于继电器底座中心、继电器衔铁侧壁以及继电器触点引出线外侧，所述三轴磁场传感器的采样频率与所述高频信号发生器的脉冲重复频率保持同步时钟锁定；所述信号调理电路对所述感应绕组获取的所述回路响应电流信号进行前置放大、带通滤波以及模数转换处理。

5、优选的，对所述回路响应电流信号进行小波包分解包括：选取db4小波基函数对经过模数转换处理后的所述回路响应电流信号进行三层小波包分解，得到八个频带的小波包系数；将所述八个频带的小波包系数中对应所述微安级高频检测脉冲中心频率所在的目标频带系数进行重构，得到重构电流信号；计算所述重构电流信号在继电器线圈通电瞬间的包络线斜率以及包络线峰值衰减至设定比例对应的时间差值，将所述包络线斜率与所述时间差值组合为所述高频脉冲衰减特征。

6、优选的，对所述空间磁场信号进行磁场梯度张量计算包括：针对所述三轴磁场传感器阵列中任意两个空间位置相邻的三轴磁场传感器，计算两个三轴磁场传感器在x轴、y轴、z轴三个方向上的磁场差分值；将所述x轴、y轴、z轴三个方向上的磁场差分值组合构建三阶磁场梯度矩阵；提取所述三阶磁场梯度矩阵在继电器触点闭合时刻的frobenius范数作为空间磁场畸变特征，同时提取所述三阶磁场梯度矩阵的特征值序列作为空间磁场畸变特征的补充维度。

7、优选的，将所述高频脉冲衰减特征与所述空间磁场畸变特征输入预先构建的物理约束图神经网络包括：构建以继电器线圈节点与继电器触点节点为顶点、以线圈至触点的电磁关联为边的图拓扑结构；将所述高频脉冲衰减特征赋值给所述继电器线圈节点，将所述空间磁场畸变特征赋值给所述继电器触点节点；计算当前温度与电流工况下继电器线圈电感理论变化率，将所述继电器线圈电感理论变化率转化为惩罚项系数，在所述边的权重更新公式中加入所述惩罚项系数乘以相邻节点特征差异值的计算项。

8、优选的，通过所述物理约束图神经网络的信息聚合机制输出继电器触点接触状态与弹簧疲劳状态包括：所述物理约束图神经网络包含多层图卷积层，在每一层图卷积层中，依据更新后的所述边的权重系数，将所述继电器触点节点的特征向量向所述继电器线圈节点聚合，同时将所述继电器线圈节点的特征向量向所述继电器触点节点聚合；将最后一层图卷积层输出的所述继电器触点节点的聚合特征向量输入全连接分类层，所述全连接分类层输出包含正常接触、接触不良、严重烧蚀的分类标签作为继电器触点接触状态，输出包含初始状态、轻度疲劳、重度疲劳的分类标签作为弹簧疲劳状态。

9、优选的，所述环形铁氧体磁芯外包裹有坡莫合金屏蔽层，所述坡莫合金屏蔽层开设有正对所述继电器供电线缆的开口槽，所述开口槽的宽度与所述继电器供电线缆的外径相匹配；所述高频信号发生器向所述注入绕组发送所述微安级高频检测脉冲的脉冲间隔设定为继电器线圈额定通电周期的整数倍，且在继电器线圈断电后的预设延迟时长后发送下一个所述微安级高频检测脉冲，所述预设延迟时长依据继电器触点灭弧时间常数设定。

10、优选的，在选取db4小波基函数对经过模数转换处理后的所述回路响应电流信号进行三层小波包分解之前，提取所述回路响应电流信号中的工频基波相位信息；依据所述工频基波相位信息，将所述回路响应电流信号按照工频周期进行分段截断，从分段截断后的信号段中剔除工频过零点前后的预设相位区间对应的信号段；仅对保留的信号段执行所述三层小波包分解操作，并在重构得到所述重构电流信号后，对所述重构电流信号执行基于形态学开运算的平滑滤波处理。

11、优选的，计算当前温度与电流工况下继电器线圈电感理论变化率包括：获取设置于继电器线圈表面的温度传感器采集的线圈温度值以及流经所述继电器供电线缆的回路电流值；将所述线圈温度值与所述回路电流值输入继电器铁芯磁化曲线查表模型，输出当前工况下的初始电感理论变化率；在将所述继电器线圈电感理论变化率转化为惩罚项系数之前，将所述初始电感理论变化率与所述空间磁场畸变特征中的三阶磁场梯度矩阵特征值序列进行点乘运算，将点乘运算的结果作为最终的所述继电器线圈电感理论变化率。

12、优选的，输出包含初始状态、轻度疲劳、重度疲劳的分类标签作为弹簧疲劳状态包括：在所述全连接分类层的前端设置长短期记忆网络层，将连续多次继电器动作周期对应的所述最后一层图卷积层输出的所述继电器触点节点的聚合特征向量按照时间顺序输入所述长短期记忆网络层；所述长短期记忆网络层的隐含状态向量与所述全连接分类层的权重矩阵相乘，输出弹簧疲劳概率分布向量，将所述弹簧疲劳概率分布向量中最大概率值对应的分类标签作为最终的弹簧疲劳状态输出。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、1.本发明在供电线缆上卡接非侵入式耦合器叠加微安级高频检测脉冲，配合壳体表面的三轴磁场传感器阵列，获取回路响应电流信号与空间磁场信号。对响应电流信号进行小波包分解得到高频脉冲衰减特征，对空间磁场信号进行磁场梯度张量计算得到空间磁场畸变特征。将上述特征输入物理约束图神经网络，以继电器线圈电感理论变化率作为惩罚项系数引入边权重更新计算，在图拓扑结构中完成节点间信息聚合。上述处理过程将电信号特征与空间磁场分布特征进行关联，排除了工频电磁场对微弱瞬态特征的掩盖，实现了在强电磁干扰环境下对继电器触点接触状态与弹簧疲劳状态的同步在线评估。

15、2.在铁氧体磁芯外部包裹带开口槽的坡莫合金屏蔽层，并在继电器断电后按照依据灭弧时间常数设定的延迟时长发送检测脉冲，阻断了动作瞬态电磁场对耦合器内部信号传输的干扰。依据工频基波相位信息对响应电流信号进行分段并剔除过零点区间的信号段，结合形态学开运算平滑滤波，排除了工频基波对微弱高频检测信号的混叠。将初始电感理论变化率与磁场梯度矩阵的特征值序列进行点乘运算后再转化为惩罚项系数，使得物理约束条件与当前空间磁场畸变分布形成对应关系。在分类层前端设置长短期记忆网络层处理连续多次动作周期的聚合特征向量，提取了弹簧疲劳状态的时序退化特征。