一种基于熔断器的电路安全监测方法及系统与流程

本发明涉及电路监测，具体为一种基于熔断器的电路安全监测方法。

背景技术：

1、熔断器作为电路过电流保护的核心元件，串接于被保护电路中，依靠熔体自身受热熔断的方式切断故障电流，实现对电路及其所连接负载的保护。

2、熔断器在长期服役过程中，受电流冲击、环境温度、环境湿度等多重因素的耦合作用，熔体材料会发生不可逆的老化退化，其电阻值、熔断特性会逐渐偏离出厂设计值，导致熔断器实际保护能力下降。

3、现有技术方案普遍存在以下不足：其一，多数监测方案仅针对熔断器自身的通断状态或表面温度、外部电场等单一物理量进行采集与阈值判断，缺乏对熔体退化机理的量化建模，无法准确评估熔断器的剩余保护能力与剩余使用寿命；其二，现有方案通常将熔断器视为孤立的监测对象，未能结合其所在电路的拓扑结构与运行状态进行联合分析，导致在电路发生异常时无法准确定位异常源头及其在电路网络中的传播路径，难以实现异常发生前的预警与精准分级保护控制。

4、基于此，本发明设计了一种基于熔断器的电路安全监测方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于熔断器的电路安全监测方法。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于熔断器的电路安全监测方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：采集电路运行数据和熔断器状态数据，得到监测数据，对监测数据进行特征提取，得到电路状态序列；

5、步骤s2：基于电路状态序列，结合熔断器本体参数和环境参数，对熔断器进行熔体退化轨迹分析；

6、步骤s3：基于熔体退化轨迹，对熔断器的保护能力和使用寿命进行量化评估，得到熔断器状态指数；

7、步骤s4：根据监测电路的电路原理图构建静态拓扑图，基于电路状态序列，对静态拓扑图进行物理电路先验，得到电路因果有向图；将电路状态序列和电路因果有向图输入物理因果神经网络，对电路运行状态进行推演预测，检测预测电路中的异常节点及异常指数，并生成异常传播路径；

8、步骤s5：基于异常传播路径和路径上的熔断器状态指数，生成保护控制指令并上报。

9、进一步地，电路运行参数包括电流数据、电压数据，熔断器状态参数包括熔体电阻数据、熔体温度数据，对电路运行参数和熔断器状态参数进行异常值处理并基于时间戳对齐，得到监测数据。

10、进一步地，对监测数据进行向量编码，得到状态向量，对状态向量进行向量拼接，得到状态矩阵，对状态矩阵进行特征降维，得到电路状态序列。

11、进一步地，环境参数包括熔体所处区域的温度和湿度；熔断器本体参数包括熔体初始电阻、熔体材料常数、额定电流、额定焦耳积分；

12、基于电流、额定焦耳积分，对熔体进行电应力冲击退化分析，得到电老化增量；基于熔体温度、环境温度、环境湿度和熔体材料常数，对熔体进行湿热加速退化分析，得到腐蚀老化增量；对电老化增量和腐蚀老化增量进行损伤叠加分析，得到退化增量，基于退化增量和熔体初始电阻，进行熔体退化轨迹分析，得到熔体退化轨迹。

13、进一步地，基于熔体退化轨迹对熔断器进行保护能力分析，得到熔断器的保护能力指数；基于熔体退化轨迹对熔断器进行剩余寿命估算，得到熔断器的剩余使用寿命；对保护能力指数和剩余使用寿命进行状态评估，得到熔断器状态指数。

14、进一步地，对电路原理图进行拓扑节点提取，得到电路原理图中的电路节点集合，对电路原理图进行连接关系提取，得到电路原理图中的连接关系集合，基于电路节点集合和连接关系集合对电路原理图进行拓扑图构建，得到电路原理图的静态拓扑图；

15、基于静态拓扑图和电路状态序列对静态拓扑图进行节点状态属性关联，得到状态属性拓扑图，基于状态属性拓扑图和物理因果先验规则对状态属性拓扑图进行有向因果边分析，得到电路因果有向图。

16、进一步地，对电路因果有向图进行图结构编码，得到电路因果有向图的邻接矩阵与节点特征向量；对电路状态序列和邻接矩阵及节点特征向量进行时空特征融合，得到时空张量，将时空张量输入物理因果神经网络进行前向传播推演，得到预测电路状态序列；

17、对预测电路状态序列进行节点异常检测，得到各节点的实时状态指数，基于各节点的实时异常指数对预测电路状态序列进行异常节点筛选，得到异常节点及其对应的异常指数；

18、基于异常节点及其异常指数和电路因果有向图进行异常源追溯，得到异常源起始节点；基于异常源起始节点和电路因果有向图进行异常传播路径搜索，得到从异常源到所有受影响节点的有向路径集合，对有向路径集合和异常指数进行路径权重排序与剪枝，得到最终的异常传播路径。

19、进一步地，基于历史监测数据和电路原理图构建训练样本集，通过时空图神经网络提取因果有向图的邻接矩阵与节点特征，与历史电路状态序列融合形成时空张量，经前向推演生成预测电路状态序列，通过基尔霍夫定律进行物理约束，迭代收敛后得到物理因果神经网络。

20、进一步地，预警提示指令，包括异常传播路径、当前熔断器状态指数和预测剩余安全时间；

21、限流调节指令，依据路径上的负载容量和熔断器额定数据进行限流设置；

22、熔断切断指令，基于异常传播路径切断受影响节点的熔断器。

23、一种基于熔断器的电路安全监测系统，所述系统包括：

24、数据采集模块，用于采集电路运行数据和熔断器状态数据，得到监测数据，对监测数据进行特征提取，得到电路状态序列；

25、退化轨迹构建模块，用于基于电路状态序列，结合熔断器本体参数和环境参数，对熔断器进行熔体退化轨迹分析；

26、保护能力评估模块，用于基于熔体退化轨迹，对熔断器的保护能力和使用寿命进行量化评估，得到熔断器状态指数；

27、电路状态预测模块，用于根据监测电路的电路原理图构建静态拓扑图，基于电路状态序列，对静态拓扑图进行物理电路先验，得到电路因果有向图；将电路状态序列和电路因果有向图输入物理因果神经网络，对电路运行状态进行推演预测，检测预测电路中的异常节点及异常指数，并生成异常传播路径；

28、预警与保护控制模块，用于基于异常传播路径和路径上的熔断器状态指数，生成保护控制指令并上报。

29、本发明相较于现有技术，其有益效果为：

30、其一，通过对熔体在电应力冲击与湿热环境共同作用下的退化过程进行机理建模，将电老化增量与腐蚀老化增量进行损伤叠加，得到反映熔体劣化程度的退化轨迹，并基于此量化评估熔断器的保护能力指数与剩余使用寿命。

31、其二，将电路原理图中蕴含的物理拓扑先验知识与电路状态序列相结合，构建电路因果有向图，基于物理约束训练得到的物理因果神经网络进行电路运行状态的推演预测，提高了异常检测与传播路径追溯的准确性与可信度。

32、其三，将异常传播路径分析结果与路径上各熔断器的状态指数相结合，分级生成预警提示指令、限流调节指令与协同熔断指令，提升了电路系统运行的安全性与可靠性。