一种断路器电流采集处理方法及系统与流程

本发明属于电力设备保护，具体地说是一种断路器电流采集处理方法及系统。

背景技术：

1、高压断路器依靠电流采集数据实现故障保护，其采集精度直接决定保护动作可靠性，现有采集方案存在多项缺陷：其一，电流互感器采样易受环境温度影响产生幅值、相位温漂误差，且未区分不同电流幅值区间的偏差特性，统一补偿方式校正效果差，测量失真严重；其二，零序电流仅依靠单一零序互感器采集，缺少校验机制，互感器故障、线路干扰会引发零序采样失真，易造成接地保护误动或拒动；其三，采集基线偏置固定不变，低负荷工况下直流漂移难以消除；保护动作判据多采用固定阈值，未结合触头温度、机构操作次数、环境温湿度等设备状态参量动态调整，设备老化、工况变化时误动、拒动频次显著上升；其四，缺少隔离开关分位联锁逻辑，隔离开关分闸后回路无负荷电流，采样数据仍正常送入保护单元，易出现无故障误触发保护的问题；现有技术难以兼顾温漂补偿、采样校验、自适应判据优化与联锁约束，电流采集精度低、保护容错能力不足，无法满足断路器长期稳定运行的测控保护需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种断路器电流采集处理方法及系统，采集原始模拟电流信号与多维状态参量，经预处理封装为带状态标签的数字电流数据包；依托温区、电流幅值分层标定的二维校正系数表，完成三相电流与零序电流幅值、相位温漂补偿；通过三相合成零序与实测零序幅值、相位双阈值互校验，输出有效电流数据；首次满足低负荷工况时提取三相直流分量均值作为基线偏置，构建多源信息融合模型，并自适应优化保护动作判据；同时接入隔离开关分位联锁信号，分闸时强制电流采样置零并附加联锁标记，合闸输出校验后电流序列；本发明抑制温漂测量误差，实现零序双路校验防采样失真，多状态参量动态优化保护动作判据降低误拒动。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种断路器电流采集处理方法，包括：

4、s1：获取断路器运行中的原始模拟信号和多维状态参量，预处理后输出附带状态标签的数字电流采样数据包；

5、s2：依据预存的分层校正系数对数字电流采样数据包内三相电流及实测零序电流进行幅值温漂补偿和相位温漂补偿，输出修正后的三相电流采样值和修正后的实测零序采样值；

6、s3：依据修正后的三相电流采样值计算合成零序采样值，将合成零序采样值与修正后的实测零序采样值进行互校验，在校验通过时输出有效电流判定数据；

7、s4：在首次满足预设低负荷条件时，取有效电流判定数据中三相电流的直流分量均值作为基线偏置参数，联合多维状态参量共同进行融合判别，动态调整各状态参量的影响权重，迭代优化保护动作判据；所述保护动作判据定义为当修正后的三相电流采样值中任一相有效值超过额定值1.2倍且持续大于40ms时触发保护；

8、s5：依据优化后保护动作判据，实时采集电流波形数据，接入隔离开关分位联锁信号，输出经校验与联锁约束后的电流采集结果。

9、具体地，所述原始模拟信号包括来自断路器三相套管侧电流互感器二次侧的模拟量电流信号以及来自零序电流互感器二次侧的模拟量电流信号；所述多维状态参量至少包括断路器触头温度、操动机构分合闸线圈电流、环境温湿度以及断路器累计操作次数；

10、所述预处理具体包括：采用抗混叠滤波器对原始模拟信号进行滤波处理，滤除高于采样频率1/2的频率分量；基于全球定位系统秒脉冲信号对经滤波处理后的模拟信号进行同步采样，采样频率设定为每周波不少于256个点，同步采样后通过模数转换器转换为数字电流采样信号；对数字电流采样信号进行快速傅里叶变换计算，提取基波分量及直流分量；基于预设的采样数据包格式将提取的基波分量及直流分量封装为数字电流采样数据包，并为数字电流采样数据包附加包含采样时刻及断路器身份标识的状态标签。

11、具体地，所述分层校正系数预先存储于非易失性存储器中，所述分层校正系数依据环境温度区间以及电流幅值区间进行分层标定，具体实现方式为：在断路器出厂检定环节，分别针对多个预设环境温度区间以及多个预设电流幅值区间，通过信号源注入标准电流信号，计算采样测量值与标准注入值之间的幅值偏差及相位偏差，依据幅值偏差及相位偏差生成与各温度区间及各电流幅值区间一一对应的幅值校正系数表及相位校正系数表；在校正系数应用时，以环境温度值为第一检索索引确定当前温度所属的标定温度区间，以电流幅值大小为第二检索索引确定当前电流所属的预设电流幅值区间，通过二维查表方式从幅值校正系数表及相位校正系数表中获取当前时刻适用的幅值校正系数及相位校正系数。

12、具体地，所述s2的具体步骤包括：

13、依据当前时刻的多维状态参量中的环境温度值确定当前温度所属的标定温度区间，调用标定温度区间下的幅值校正系数，将数字电流采样数据包内的三相电流及实测零序电流的幅值分别乘以对应的幅值校正系数，得到幅值补偿后的三相电流幅值及实测零序电流幅值；

14、依据当前时刻的多维状态参量中的环境温度值确定当前温度所属的标定温度区间，调用该标定温度区间下的相位校正系数，将数字电流采样数据包内的三相电流及实测零序电流的相位分别叠加对应的相位校正系数，得到相位补偿后的三相电流相位及实测零序电流相位；

15、将幅值补偿后的三相电流幅值与相位补偿后的三相电流相位进行组合重构，输出修正后的三相电流采样值；

16、将幅值补偿后的实测零序电流幅值与相位补偿后的实测零序电流相位进行组合重构，输出修正后的实测零序采样值。

17、具体地，所述s3的具体步骤包括：

18、将同一采样时刻下修正后的三相电流采样值中的a相电流采样值、b相电流采样值以及c相电流采样值进行相量求和运算，得到该采样时刻下的合成零序相量值；

19、计算合成零序采样值与修正后的实测零序采样值之间的幅值相对偏差及相位偏差角，当幅值相对偏差小于预设第一阈值且相位偏差角小于预设第二阈值时，判定当前时刻的实测零序采样值可信，校验通过；

20、在校验通过后，以修正后的三相电流采样值及修正后的实测零序采样值共同组成当前采样时刻的有效电流判定数据并输出。

21、具体地，所述预设低负荷条件具体定义为：断路器处于合闸运行状态且修正后的三相电流采样值的每相有效值均小于额定电流的10%且持续时长大于等于5s；在首次满足低负荷条件时，以当前时刻前后各一个工频周期时间窗口内有效电流判定数据中三相电流的直流分量采样点的算术平均值作为a相基线偏置参数、b相基线偏置参数及c相基线偏置参数。

22、具体地，所述联合多维状态参量共同进行融合判别，动态调整各状态参量的影响权重，迭代优化保护动作判据，包括：

23、构建以断路器触头温度、操动机构分合闸线圈电流特征峰值、环境温湿度以及断路器累计操作次数为输入特征参量，以保护动作判据的动作灵敏度系数为输出目标的运行特征综合判定运算链路；

24、采用基于主成分分析算法的特征降维方法将多维状态参量中的相关特征压缩为相互独立的主成分特征量；

25、基于熵权法计算各主成分特征量在融合判别中的初始权重系数；

26、在每次保护动作事件发生后，记录保护动作判据的实际判定结果与实际故障发生情况，当发生误动频次增大的情形时，依据误动事件发生时刻的多维状态参量特征值对当前各主成分特征量的权重系数进行反向传播修正。

27、具体地，所述s4中迭代优化触发条件为：当累计保护动作次数达到预设的批次动作次数阈值或累计误动频次超过预设的误动频次阈值时，触发一次权重系数迭代更新过程；每次迭代更新后，将更新后的权重系数代入运行特征综合判定运算链路，重新计算保护动作判据的动作灵敏度系数，并依据更新后的动作灵敏度系数对保护动作判据中额定电流的倍数阈值进行自适应校正；重复执行迭代更新过程，直至在连续100次保护操作内误动频次小于或等于1次时，冻结当前权重系数及动作灵敏度系数，停止迭代优化；所述误动频次为不满足判据条件但保护误触发或满足条件却拒动的次数。

28、具体地，所述s5的具体步骤包括：

29、在断路器正常运行工况下采集断路器三相套管的电流互感器二次侧电流信号，生成实时电流波形采样数据流，处理得到校验后的实时有效电流采样序列；

30、通过断路器控制器的开入量接口实时获取隔离开关的辅助触点状态信号；所述辅助触点状态信号包含表征隔离开关处于合闸位置的第一状态信号和表征隔离开关处于分闸位置的第二状态信号；

31、对获取到的所述辅助触点状态信号进行状态判别，当判别出所述辅助触点状态信号为所述第二状态信号时，生成隔离开关分位联锁有效标志并将该联锁有效标志置为有效状态，当判别出所述辅助触点状态信号为所述第一状态信号时，将所述隔离开关分位联锁有效标志保持为未置位状态；

32、当读取到的隔离开关分位联锁有效标志处于未置位状态时，将所述实时有效电流采样序列作为有效电流采集结果直接输出至断路器保护控制单元；

33、当读取到的所述隔离开关分位联锁有效标志处于已置位状态时，先将当前时刻的所述实时有效电流采样序列中的全部采样数值强制修改为零值，生成携带有联锁动作标记的强制置零电流采样序列，再将所述强制置零电流采样序列作为有效的电流采集结果输出至断路器保护控制单元。

34、一种断路器电流采集处理系统，包括：

35、信号采集模块，用于获取断路器原始模拟电流信号和多维状态参量；

36、分层温漂校正模块，以实时环境温度、电流幅值为二维检索索引匹配对应校正系数，分别对三相电流、实测零序电流完成幅值乘系数补偿、相位叠加系数补偿，再重构幅值与相位信息，输出完成温漂修正的三相电流采样值与实测零序采样值；

37、零序互校验模块，用于对同一时刻修正后三相电流做相量求和得到合成零序采样值，计算其与实测零序采样值的幅值相对偏差、相位偏差角，校验合格后形成有效电流判定数据输出；

38、判据优化模块，用于提取三相电流直流分量均值作为基线偏置参数，以各类设备状态参量为输入搭建运行特征综合判定运算链路，依据保护累计动作、误动频次触发权重迭代修正，自适应调整保护动作灵敏度系数与保护动作判据。

39、联锁约束输出模块，采集实时电流波形生成有效电流采样序列，读取隔离开关辅助触点分合闸状态联锁信号，隔离开关合闸时直接输出电流采样序列至保护单元，隔离开关分闸时将全部采样值强制置零并添加联锁动作标记后输出。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

41、1.本发明提出一种断路器电流采集处理方法，本发明有效提升断路器电流采集的测量精度与数据可信度，通过按温度、电流幅值分层标定二维校正系数表，对三相及零序电流同步完成幅值、相位温漂补偿，解决互感器温漂带来的测量偏差；采用gps同步高频采样搭配抗混叠滤波，经fft分离基波与直流分量，依托低负荷工况提取三相直流均值作为基线偏置，抑制直流漂移干扰。同时设置合成零序与实测零序幅值、相位双阈值互校验机制，可快速识别互感器异常、电磁干扰造成的采样失真，从信号采集、误差补偿、数据校验全流程保障电流采样数据真实有效。

42、2.本发明提出一种断路器电流采集处理方法，本发明能够自适应优化保护动作判据，降低保护误动、拒动概率，并增加联锁逻辑提升工况适配性，构建融合触头温度、机构线圈电流、环境温湿度、操作次数的多源判别模型，经pca降维、熵权法赋权后，依据保护动作、误动频次迭代修正特征权重，自适应校正电流保护阈值，摆脱传统固定判据无法适配设备老化、工况波动的缺陷；此外接入隔离开关分位联锁信号，分闸时强制电流采样置零并附加联锁标记，避免无载工况下保护误触发，提升断路器电流测控与故障保护的整体可靠性。