基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法与流程

1.本发明涉及电气设备故障诊断技术领域，特别涉及一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法。


背景技术：

2.弹簧操动机构具有结构简单、可靠性高、维护方便等优点，是高压断路器操动机构中最常见且使用最广泛的形式。在长期的运行过程中，弹簧操动机构中的核心部件——分/合闸弹簧长时间处于压缩或拉伸的状态。随着服役时间的增长，弹簧会出现疲劳、蠕变、应力松弛等现象，导致断路器分/合闸速度减小，分/合闸时间增长，严重时甚至造成断路器拒动，对电网的安全稳定运行造成严重威胁。
3.弹力的本质是分子间的作用力。当物体被拉伸或压缩时，分子间的距离便会发生变化，使分子间的相对位置拉开或靠拢。这样，分子间的引力与斥力就不会平衡，出现相吸或相斥的倾向。而这些分子间的吸引或排斥的总效果，就是宏观上观察到的弹力。如果外力太大，分子间的距离被拉开得太多，分子就会滑进另一个稳定的位置。即使外力除去后，也不能再回到复原位，就会保留永久的变形。因此对断路器分合闸弹簧的状态性能进行评价具有重要的意义。
4.传统的方法对合闸过程中弹簧的加速度信号进行分段分析，求取空间距离和本征频率的加权欧氏距离，作为合闸弹簧储能状态的特征参数，该方法可以对合闸弹簧进行检测，但其无法对分闸弹簧进行检测诊断。有的方法通过监测断路器的分合闸速度、时间、同期性等参数对断路器的整体性能进行评判，但没有对弹簧的状态性能进行评价，而且存在监测过程复杂的缺点。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法，以至少解决相关技术中没有对弹簧的状态性能评价的技术问题。
6.根据本发明实施例的一方面，提供了一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法，包括：
7.建立合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型；
8.根据所述合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型建立分合闸弹簧运动方程方差模型；
9.通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能。
10.可选地，建立合闸弹簧运动方程模型包括：
11.分析合闸时与弹簧连接的物体受力情况；
12.为了使合闸弹簧运动过程分析更准确，采用积分的形式表示合闸时物体受力情况；
13.对积分形式表示合闸时物体受力情况中物体的负载等效质进行修正；
14.结合弹簧的初始速度计算弹簧运动行程后的速度；
15.根据弹簧运动行程和弹簧运动行程后的速度，计算出合闸弹簧运动方程模型。
16.可选地，所述合闸弹簧运动方程模型的表达式为：
[0017][0018]
上述中，s1为合闸时弹簧运动的距离，δx1为合闸时弹簧运动行程，v2为合闸时弹簧运动行程δx1后的速度，f1为合闸时对物体施加压力，物体还受到摩擦力f，g为剪切弹性模量，d为线径，n为有效圈数，d为中心直径，m为物体的负载等效质量。
[0019]
可选地，建立分闸弹簧运动方程模型包括：
[0020]
分析分闸时与弹簧连接的物体受力情况；
[0021]
为了使分闸弹簧运动过程分析更准确，采用积分的形式表示合闸时物体受力情况；
[0022]
对积分形式表示分闸时物体受力情况中物体的负载等效质量进行修正；
[0023]
结合弹簧的初始速度计算弹簧运动行程后的速度；
[0024]
根据弹簧运动行程和弹簧运动行程后的速度，计算出分闸弹簧运动方程模型。
[0025]
可选地，所述分闸弹簧运动方程模型的表达式为：
[0026][0027]
上式中，s2为分闸时弹簧运动的距离，δx2为分闸时弹簧运动行程，v4为分闸时弹簧运动行程δx2后的速度v4，f3为分闸时对物体施加拉力，物体还受到摩擦力f，g为剪切弹性模量，d为线径，n为有效圈数，d为中心直径，m物体的负载等效质量。
[0028]
可选地，所述分合闸弹簧运动方程方差模型的表达式为：
[0029][0030]
上式中，s2为分合闸弹簧运动方程方差，s1为合闸时弹簧运动的距离，δx1为合闸时弹簧运动行程，s2为分闸时弹簧运动的距离，δx2为分闸时弹簧运动行程。
[0031]
可选地，通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能，包括：方差数值越小，弹簧状态越优秀。
[0032]
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价系统，包括：
[0033]
分合闸弹簧运动方程模型模块，用于建立合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型；
[0034]
分合闸弹簧运动方程方差模块，用于根据所述合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型建立分合闸弹簧运动方程方差模型；和
[0035]
分合闸弹簧状态性能评价模块，用于通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算
得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能。
[0036]
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项所述的基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法。
[0037]
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述任意一项所述的基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法。
[0038]
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0039]
本发明实施例中，该方法通过建立合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型；根据所述合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型建立分合闸弹簧运动方程方差模型；通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能。通过分析弹簧分闸和合闸的全过程状态性能，采用方差来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度，本发明方法采用方差，求取运动行程与弹簧形变量的方差，分合闸弹簧运动方程方差模型，方法简单有效。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1是根据本发明实施例的一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法的流程图；
[0042]
图2是根据本发明实施例的合闸时弹簧运动的受力示意图；
[0043]
图3是根据本发明实施例的分闸时弹簧运动的受力示意图；
[0044]
图4是根据本发明实施例的一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价系统的示意图。
具体实施方式
[0045]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
[0046]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
[0047]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的
过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0048]
实施例1
[0049]
根据本发明实施例，提供了一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0050]
如图1是根据本发明实施例的一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法的流程图，如图1所示，基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法包括如下步骤：
[0051]
步骤s10、建立合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型。
[0052]
作为一种可选的实施例，建立合闸弹簧运动方程模型包括以下步骤：
[0053]
步骤s1011、分析合闸时与弹簧连接的物体受力情况；
[0054]
可选地，图2是根据本发明实施例的合闸时弹簧运动的受力示意图，如图2所示，分析合闸时与弹簧连接的物体受力情况，合闸时对物体施加压力f1，物体还受到阻力f2和摩擦力f，根据动能定理和能量守恒定律得到：
[0055][0056]
在式(1)中，m为物体的负载等效质量，δx1为物体受到压力后的运动距离，即弹簧离开初始位置后的形变量，v1为物体的初始速度，v2为物体受到压力后运动距离δx1后的速度。
[0057]
步骤s1012、为了使合闸弹簧运动过程分析更准确，采用积分的形式表示合闸时物体受力情况；
[0058]
可选地，因为在物体运动过程中，阻力f2时刻在变化，为了使合闸弹簧运动过程分析更准确，采用积分的形式将式(1)变成式(2)：
[0059][0060]
步骤s1013、对积分形式表示合闸时物体受力情况中物体的负载等效质进行修正；
[0061]
可选地，在弹簧的运动过程中，物体的负载等效质量m随弹簧的运动而发生变化，其值与弹簧的形变量有关，因此物体的负载等效质量m修正为m(δx1)，阻力f2时刻在变化，其值也与弹簧的形变量有关，将其修正为阻力f2(δx1)，即：
[0062]
f2(δx1)＝kδx1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0063]
在式(3)中，k为弹簧弹性系数，其值见式(4)，
[0064][0065]
在式(4)中，g为剪切弹性模量，d为线径，n为有效圈数，d为中心直径。
[0066]
因为m(δx1)为变量，采用积分的方式将式(2)等式右边积分，并将式(3)、(4)代入式(2)，可得式(5)，
[0067][0068]
步骤s1014、结合弹簧的初始速度计算弹簧运动行程后的速度；
[0069]
可选地，在合闸时，弹簧的初始速度一般为v1＝0，因此可以算出弹簧运动行程δx1后的速度v2：
[0070][0071]
步骤s1015、根据弹簧运动行程和弹簧运动行程后的速度，结合积分原理，计算出合闸弹簧运动方程模型；
[0072]
可选地，根据积分的基本原理，可以求出合闸弹簧运动方程模型见式(7)，
[0073][0074]
上述中，s1为合闸时弹簧运动的距离，δx1为合闸时弹簧运动行程，v2为合闸时弹簧运动行程δx1后的速度，f1为合闸时对物体施加压力，物体还受到摩擦力f，g为剪切弹性模量，d为线径，n为有效圈数，d为中心直径，m为物体的负载等效质量。
[0075]
作为一种可选的实施例，建立分闸弹簧运动方程模型包括：
[0076]
步骤s1021、分析分闸时物体受力情况。
[0077]
可选地，图3是根据本发明实施例的分闸时弹簧运动的受力示意图，如图3所示，分闸时对物体施加拉力f3，物体还受到阻力f4和摩擦力f，根据动能定理和能量守恒定律得到：
[0078][0079]
在式(8)中，m为物体受到拉力后的负载等效质量，δx2为物体受到施加拉力后的运动距离，即弹簧离开初始位置后的形变量，v3为物体的初始速度，v4为物体受到拉力后运动距离δx2后的速度。
[0080]
步骤s1022、为了使分闸弹簧运动过程分析更准确，采用积分的形式表示合闸时物体受力情况；
[0081]
可选地，因为在物体运动过程中，阻力f4时刻在变化，为了使分闸弹簧运动过程分析更准确，采用积分的形式将式(8)变成式(9)：
[0082][0083]
步骤s1023、对积分形式表示分闸时物体受力情况中物体的负载等效质量进行修正；
[0084]
可选地，在弹簧的运动过程中，物体的负载等效质量m随弹簧的运动而发生变化，其值与弹簧的形变量有关，因此物体的负载等效质量m修正为m(δx2)，阻力f4时刻在变化，其值也与弹簧的形变量有关，将其修正为阻力f4(δx2)，即：
[0085]
f4(δx2)＝kδx2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0086]
在式(10)中，k为弹簧弹性系数，其值见式(11)，
[0087][0088]
在式(11)中，g为剪切弹性模量，d为线径，n为有效圈数，d为中心直径。
[0089]
因为m(δx2)为变量，采用积分的方式将式(9)等式右边积分，并将式(10)、(11)代入式(9)，可得式(12)，
[0090][0091]
步骤s1024、结合弹簧的初始速度计算弹簧运动行程后的速度；
[0092]
可选地，在分闸时，弹簧的初始速度一般为v3＝0，因此可以算出弹簧运动行程δx2后的速度v4：
[0093][0094]
步骤s1025、根据弹簧运动行程和弹簧运动行程后的速度，结合积分原理，计算出分闸弹簧运动方程模型。
[0095]
可选地，根据积分的基本原理，可以求出分闸弹簧运动方程模型的表达式为：
[0096][0097]
上式中，s2为分闸时弹簧运动的距离，δx2为分闸时弹簧运动行程，v4为分闸时弹簧运动行程δx2后的速度v4，f3为分闸时对物体施加拉力，物体还受到摩擦力f，g为剪切弹性模量，d为线径，n为有效圈数，d为中心直径，m物体的负载等效质量。
[0098]
步骤s20、根据所述合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型建立分合闸弹簧运动方程方差模型；
[0099]
作为一种可选的实施例，方差是衡量随机变量或一组数据时离散程度的度量。概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望(即均值)之间的偏离程度。本实施例采用方差，求取运动行程与弹簧形变量的方差，分合闸弹簧运动方程方差模型见式(15)：
[0100][0101]
上式中，s2为分合闸弹簧运动方程方差，s1为合闸时弹簧运动的距离(弹簧的运动距离和物体的运动距离一样)，δx1为合闸时弹簧运动行程，s2为分闸时弹簧运动的距离，δx2为分闸时弹簧运动行程。
[0102]
步骤s30、通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能。
[0103]
作为一种可选的实施例，通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差
来评价分合闸弹簧状态性能，包括：方差数值越小，弹簧状态越优秀。
[0104]
具体的，可以对方差数值的取值范围进行判断分合闸弹簧状态性能，如表1所示，表1的表方差数值的取值范围是根据方差的特性和弹簧的状态而设定。
[0105]
表1方差数值与弹簧状态表
[0106]
方差数值[0,0.1][0.1,0.3][0.3,0.5][0.5,1.2][1.2,1.5][1.5, ∞]弹簧状态优秀良好合格合闸弹簧异常分闸弹簧异常分合闸弹簧异常
[0107]
实施例2
[0108]
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价系统，如图4是根据本发明实施例的一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价系统的示意图，如图4所示，该系统包括：分合闸弹簧运动方程模型模块21、分合闸弹簧运动方程方差模块22和分合闸弹簧状态性能评价模块23。
[0109]
分合闸弹簧运动方程模型模块21，用于建立合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型；
[0110]
分合闸弹簧运动方程方差模块22，用于根据所述合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型建立分合闸弹簧运动方程方差模型；
[0111]
分合闸弹簧状态性能评价模块23，用于通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能。
[0112]
在本发明的上述实施例中，上述一种基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价系统能够评价分合闸弹簧状态性能，从而解决了现有的方法通过监测断路器的分合闸速度、时间、同期性等参数对断路器的整体性能进行评判，但没有对弹簧的状态性能进行评价，而且存在监测过程复杂的缺点。
[0113]
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，例如，对于后者，可以通过以下方式实现：上述各个模块可以位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的方式位于不同的处理器中。
[0114]
实施例3，根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述中任意一项的基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法。
[0115]
可选地，在本实施例中，上述计算机可读存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中，上述计算机可读存储介质包括存储的程序。
[0116]
可选地，在程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行以下功能：建立合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型；根据所述合闸弹簧运动方程模型和分闸弹簧运动方程模型建立分合闸弹簧运动方程方差模型；通过所述分合闸弹簧运动方程方差模型计算得到的方差来评价分合闸弹簧状态性能。
[0117]
实施例5
[0118]
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述中任意一项的基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法。
[0119]
本发明实施例提供了一种设备，该设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并
可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现基于运动方程方差的断路器分合闸弹簧状态性能评价方法的步骤。
[0120]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0121]
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0122]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接可以是电性或其它的形式。
[0123]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0124]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0125]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom,read-0nlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0126]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。