断路器在线监测与故障诊断技术研究及工程实现

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1、隶劫大·粤博士学位论文万方数据断路器在线监测与故障诊断技术研究及工程实现本论文获江苏省科技厅科技支撑计划项目(BE2013883)资助。万方数据RESEARCHANDENGINEERINGREALIZATIONONON—LINEMONITOIUNGANDR～UIJDIAGNOSISTECHNOLOGYFORCIRCUITBREAKER—e⋯m商洲ub⋯t。＼删SoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYⅣ匝IFeiSupervisedbyProf．ZHENGJian—yongSchoolofE

2、lectricalEngineeringSoutheastUniversityJune2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：瘦龟b日期：2垒!筻墨：互2东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文

3、的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：牡导师签名：日期：万方数据摘要电气设备智能化是智能电网发展的重要组成部分，也是设备检修方式向状态检修转变的必然要求。作为电力系统中重要的保护与控制电器，断路器承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等重要作用，其智能化发展对于提升电力系统运行的坚强性与可靠性有着

4、重要的意义。作为智能化的主要方面之一，断路器在线监测与故障诊断技术在国内外得到了快速发展。在线监测技术是前提与基础，通过对断路器运行主要参数进行连续实时测量来反映断路器工作状态；故障诊断技术是目的，通过对历史数据的分析处理，判断断路器的运行状态，预测潜在故障。通过对其的研究可以提升断路器智能化水平，满足智能电网发展的要求，增强电力系统运行的安全稳定性。本文对断路器在线监测与故障诊断技术的基本理论和国内外发展现状进行了深入的了解与分析，对其中蕴含的关键问题，包括断路器机械参数计算方法及在线应用、故障诊断算法中数据样本的前处理及故障诊断模型建立、故障诊断算法的鲁棒性以及在线监

5、测系统的开发与研制等方面都进行了大量的理论与工程化研究工作。针对断路器机械参数在线计算问题，本文提出了基于小波变换和基于集合经验模态分解两种方法。其基本原理都是通过信号处理手段对断路器合闸位移信号进行处理，定位其刚合点并以其为参考点计算得到包括触头开距、分合闸速度、接触行程、同期性等在内的其他机械参数。两种方法通过实际算例证明都具有较高的实用性，克服了在线状态下无法获取断口信号的缺陷。相对而言，基于小波变换的方法具有较高的计算效率；而基于集合经验模态分解的方法拥有更高的精度，且计算过程简单，适用性好。针对断路器故障诊断问题，本文将故障诊断问题分解为故障数据前处理与故障诊断

6、模型建立两个主要方面。对于故障数据前处理，本文提出利用模糊核聚类进行故障数据预分类，建立诊断模型的输入训练样本空问。克服了原有故障历史数据按时问排序，没有类别标签，不能作为故障诊断模型直接输入的缺陷。针对聚类过程中容易出现的陷入局部最优，导致聚类准确性下降的问题，提出了利用粒子群算法的全局搜索能力，结合模糊核聚类的P—KFCM算法。通过聚类目标函数更新粒子群的全局最优位置与全局最优适应度来优化聚类结果，取得了显著的效果，有力的提高了分类结果的准确度。对于故障诊断模型建立问题，本文采用的是一对一多分类支持向量机。其基本步骤为：首先利用P-KFCM算法对历史数据进行分类，同时

7、以MPC作为聚类有效性考核指标，确定最优聚类数与聚类结果：其次，以聚类结果作为支持向量机的输入训练样本，分别两两组合建立多个诊断模型；在此，将测试样本输入上述多个诊断模型，得到预诊断结果：最后，综合上述诊断结果，以出现次数最多的诊断结果作为最终的结论。该方法通过对分合闸电流特征的实例分析证明，具有较高的诊断准确度。针对故障诊断算法中故障数据易受信号采集噪声和特征计算误差干扰的问题，通过理论和实例分析考察了故障诊断算法的鲁棒性，研究了在不同随机噪声加入情况下本文中支持向量机诊断模型的准确性。指出样本间差异度较小是引起故障诊断算法