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摘要：高压断路器作为常用的电气设备，其中分合闸线圈是其操动机构的关键部件。本文探讨了高压断路器分合闸线圈电流信号特征提取与故障判别方法。
关键词：高压断路器;分合闸线圈电流信号;特征值提取;故障判别
一、分合闸线圈的结构性能和工作原理
分合闸线圈又叫分合闸电磁铁，是作为断路器操作的控制元件，主要适用于额定直流电压为DC110V或DC220V的控制电器中，线圈内部采用铁芯作为推动的型式，主要由线圈、动铁芯、安装底座、复位弹簧等特定安装结构有机的组成。
当断路器进行分合闸操作时，分合闸回路接通，线圈通过励磁电流，产生较大电磁场。同时动铁芯动作，撞击液压机构的控制阀，阀门打开，使弹簧释放能量或机械复位，实现分合闸。该过程结束后，线圈失电，复位弹簧将拐臂和顶杆推至原位置，直至下一次动作。从能量转换来看，其作用就是把电能转换成磁能，通过铁芯动作，再转换成机械功输出。
二、合（分）闸线圈电流特征值的提取
式中，i为序号;m为阈值，根据实验统计，最终确定取m=0.3，通过Ca即可找到峰值，从而确定起始突变点t0和最终突变点t4。
2、t1、t2和t3时刻的选择。将电流波形截取出来后即确定了波形的起始位置t。和终止位置t4，再确定t1、t2和t3三个点即可，因t1、t2和t3刚好为波形的三个极值点，因此可用求导的方式找出极值点，电流的波形是由数字序列组成的，根据导数的定义可得
当采样间隔足够小时，可通过相连两点间的连线重构信号。因此可用相邻两点连线的斜率来代替采样点处的导数值。为了找到三个极值点，只需找到导数过零点即可。在寻找极值点过程中，因干扰信号的存在，可能会出现连续多个过零点，因此需确定一个采样间隔阈值，对检测的零点作分组处理，由于电流波形为先波峰再波谷后波峰，所以可在第一分组中求最大值确定t1，第二分组中求最小值确定t2，第三分组中求最大值确定t3，这样就找到了t1、t2和t3三个特征点，并可得到相应的电流值I1、I2和I3。
三、故障判别
1、故障判别原理。在高压断路器工作过程中，分闸较合闸过程更易出现各种故障。通过对高压断路器正常工作时分闸动作的线圈电流波形及特征值分析，特征值点在时间浮动和幅值浮动上均不会超过一定的界限。当特征值点在时间或幅值差异较大时，则认为该动作存在故障。
2、故障判别算法。根据实验中发现的故障特征，提出了故障分类树见图2。分类树的判别算法为：
1）将提取到的电流信号特征与正常的信号特征进行对比.将对比过后正常的与非正常的信号区分出来，正常的信号标志为R，非正常的信号标志值E。
2）将E中在t4时刻出现极大值的信号与其他信号区分出来，分别标志为E1和E2。E1这类信号的故障主要表现是电流一直存在，直至断电。
3）将E2中在t0和t4时刻之间出现多于3个极值点的信号标志为E21其余标志为E22。
4）将E22特征点中的t1、t2、t3和i1、i2、i3与正常信号相应的值分别进行对比，将时间值浮动较大的信号标志为E221，将幅值浮动较大的信号标志为E222。
通过上述过程.便可将有故障的信号检测出来，并能将不同的故障类别区分开来，根据不同的故障特征便可进一步分析故障的原因。
四、实验结果及分析
实验的数据来源于某变电站的126 kV SF6断路器，目的是通过对断路器线圈回路电流数据检测，来判断断路器当时的状态。
1、实验过程。根据原始实验数据文件，采用MATLAB软件进行如下实验过程：
1）依照原始文件的报文格式，从数据文件中找到分合闸线圈电流部分的数据，并以图形的形式显示出来。
2）采用小波降噪的方式进行预处理。
3）选取合适的母小波，对处理过后的数据进行小波变换。
4）对获得的小波系数依次进行绝对值、规正、削波处理，以便找到起始和终止突变点。
5）根据找到的起始突变点和终止突变点，将线圈从开始运动到停止运动整个过程的电流波形从线圈电流文件中截取出来。
6）对截取出来的线圈电流波形采用求斜率的方法来求近似导函数，根据近似导函数找出过零点。
7）对过零点进行分组处理，找到极值点，从而得到分合闸线圈电流的特征值。
2、实验结果及分析。选出6组实验图像数据，每组图像中第一幅图为电流信号解析出来的波形，第2幅图为从原始波形中截取出来的t0到t4区间段波形。
根据提取出来的特征点获得的特征值见表2。表2中将每组图形数据中的时间特征值t1～t4以及t1和t3，对应的电流值都列出。
图3中第1组图为正常状态，其他图都为故障信号所得到的图。结合得到的波形图和对应的特征点的值表，根据介绍的分类树思想，可判断出第6组图的故障属于E1;第5组图的故障属于E21;第4组图的故障属于E221而第2组和第3组的故障类型一致，都属于E222。
五、结语
高压断路器在电力系统中扮演着重要的角色，对电力系统起着保护作用，因此对高压断路器的运行状态进行监测，以便及时发现、诊断、排解各类故障，从而最大化地减少损失十分重要。由于高压断路器运行过程中的一些故障信息会反应在线圈电流的一些特性中，所以研究高壓断路器中的线圈电流信号具有重大意义。
关键词：高压断路器;分合闸线圈电流信号;特征值提取;故障判别
一、分合闸线圈的结构性能和工作原理
分合闸线圈又叫分合闸电磁铁，是作为断路器操作的控制元件，主要适用于额定直流电压为DC110V或DC220V的控制电器中，线圈内部采用铁芯作为推动的型式，主要由线圈、动铁芯、安装底座、复位弹簧等特定安装结构有机的组成。
当断路器进行分合闸操作时，分合闸回路接通，线圈通过励磁电流，产生较大电磁场。同时动铁芯动作，撞击液压机构的控制阀，阀门打开，使弹簧释放能量或机械复位，实现分合闸。该过程结束后，线圈失电，复位弹簧将拐臂和顶杆推至原位置，直至下一次动作。从能量转换来看，其作用就是把电能转换成磁能，通过铁芯动作，再转换成机械功输出。
二、合（分）闸线圈电流特征值的提取
式中，i为序号;m为阈值，根据实验统计，最终确定取m=0.3，通过Ca即可找到峰值，从而确定起始突变点t0和最终突变点t4。
2、t1、t2和t3时刻的选择。将电流波形截取出来后即确定了波形的起始位置t。和终止位置t4，再确定t1、t2和t3三个点即可，因t1、t2和t3刚好为波形的三个极值点，因此可用求导的方式找出极值点，电流的波形是由数字序列组成的，根据导数的定义可得
当采样间隔足够小时，可通过相连两点间的连线重构信号。因此可用相邻两点连线的斜率来代替采样点处的导数值。为了找到三个极值点，只需找到导数过零点即可。在寻找极值点过程中，因干扰信号的存在，可能会出现连续多个过零点，因此需确定一个采样间隔阈值，对检测的零点作分组处理，由于电流波形为先波峰再波谷后波峰，所以可在第一分组中求最大值确定t1，第二分组中求最小值确定t2，第三分组中求最大值确定t3，这样就找到了t1、t2和t3三个特征点，并可得到相应的电流值I1、I2和I3。
三、故障判别
1、故障判别原理。在高压断路器工作过程中，分闸较合闸过程更易出现各种故障。通过对高压断路器正常工作时分闸动作的线圈电流波形及特征值分析，特征值点在时间浮动和幅值浮动上均不会超过一定的界限。当特征值点在时间或幅值差异较大时，则认为该动作存在故障。
2、故障判别算法。根据实验中发现的故障特征，提出了故障分类树见图2。分类树的判别算法为：
1）将提取到的电流信号特征与正常的信号特征进行对比.将对比过后正常的与非正常的信号区分出来，正常的信号标志为R，非正常的信号标志值E。
2）将E中在t4时刻出现极大值的信号与其他信号区分出来，分别标志为E1和E2。E1这类信号的故障主要表现是电流一直存在，直至断电。
3）将E2中在t0和t4时刻之间出现多于3个极值点的信号标志为E21其余标志为E22。
4）将E22特征点中的t1、t2、t3和i1、i2、i3与正常信号相应的值分别进行对比，将时间值浮动较大的信号标志为E221，将幅值浮动较大的信号标志为E222。
通过上述过程.便可将有故障的信号检测出来，并能将不同的故障类别区分开来，根据不同的故障特征便可进一步分析故障的原因。
四、实验结果及分析
实验的数据来源于某变电站的126 kV SF6断路器，目的是通过对断路器线圈回路电流数据检测，来判断断路器当时的状态。
1、实验过程。根据原始实验数据文件，采用MATLAB软件进行如下实验过程：
1）依照原始文件的报文格式，从数据文件中找到分合闸线圈电流部分的数据，并以图形的形式显示出来。
2）采用小波降噪的方式进行预处理。
3）选取合适的母小波，对处理过后的数据进行小波变换。
4）对获得的小波系数依次进行绝对值、规正、削波处理，以便找到起始和终止突变点。
5）根据找到的起始突变点和终止突变点，将线圈从开始运动到停止运动整个过程的电流波形从线圈电流文件中截取出来。
6）对截取出来的线圈电流波形采用求斜率的方法来求近似导函数，根据近似导函数找出过零点。
7）对过零点进行分组处理，找到极值点，从而得到分合闸线圈电流的特征值。
2、实验结果及分析。选出6组实验图像数据，每组图像中第一幅图为电流信号解析出来的波形，第2幅图为从原始波形中截取出来的t0到t4区间段波形。
根据提取出来的特征点获得的特征值见表2。表2中将每组图形数据中的时间特征值t1～t4以及t1和t3，对应的电流值都列出。
图3中第1组图为正常状态，其他图都为故障信号所得到的图。结合得到的波形图和对应的特征点的值表，根据介绍的分类树思想，可判断出第6组图的故障属于E1;第5组图的故障属于E21;第4组图的故障属于E221而第2组和第3组的故障类型一致，都属于E222。
五、结语
高压断路器在电力系统中扮演着重要的角色，对电力系统起着保护作用，因此对高压断路器的运行状态进行监测，以便及时发现、诊断、排解各类故障，从而最大化地减少损失十分重要。由于高压断路器运行过程中的一些故障信息会反应在线圈电流的一些特性中，所以研究高壓断路器中的线圈电流信号具有重大意义。