【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電力設備檢測，具體為一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法及系統。
技術介紹
1、在電力系統中，斷路器作為關鍵的保護和控制設備，其性能的可靠性直接影響整個電力系統的安全運行。傳統的斷路器維護策略多依賴于周期性的物理檢查和預定的維護計劃，這種方法不僅費時費力，而且很難實時反映斷路器的即時工作狀態和潛在故障情況。此外，由于外界環境，如溫度、濕度的變化，導致斷路器的電氣和機械性能發生變化，這些因素都可能導致斷路器性能下降甚至發生故障。因此，亟需一種能夠實時監控斷路器狀態并對斷路器進行故障預警的方案，以提高電力系統的穩定性和可靠性。
2、現有技術中的，公開號為cn114091296a公開了一種高壓直流斷路器的故障預警方法及裝置，包括：預先建立故障案例庫和狀態評價模型，獲取高壓直流斷路器的部件參數，對部件進行狀態評價及仿真生成部件狀態評價數據和部件剩余壽命數據，根據部件狀態評價數據和部件剩余壽命數據生成高壓直流斷路器的故障預警結果，并且通過參數數據庫幫助運維檢修人員提前預知故障情況。
3、上述方法存在的主要問題是：預先建立故障案例庫但是未提及到故障案例庫的更新，可能會面臨故障案例庫的更新滯后的問題，缺乏動態調整機制，導致在面對突發故障或新的故障模式時反應不夠靈活；并且，在評價時只關注了高壓直流斷路器的部件參數，而外部環境同樣會對斷路器的性能產生潛在影響，導致故障預警不全面，判斷結果不準確。
4、在所述
技術介紹
部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法及系統，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，具體步驟包括：
4、步驟1：根據技術手冊采集斷路器的電氣參數和機械特性，實時采集斷路器運行環境中的環境溫度數據，所述電氣參數包括：額定電流、額定電壓、額定頻率、電阻和電感；所述機械特性包括：斷路器的彈簧剛度、斷路器部件的彈性模量、尺寸和部件重量；
5、步驟2：采集斷路器材料的溫度系數數據和斷路器在標準溫度下的電阻大小，生成斷路器在實時環境溫度下的實時電阻，所述標準溫度為：25℃；
6、步驟3：根據斷路器的實時電阻和電感生成斷路器的阻抗，根據阻抗和額定電流、額定電壓通過電路仿真軟件建立斷路器的電氣等效電路模型，根據電路模型的仿真結果生成斷路器的損耗功率，通過損耗功率和額定功率生成功率偏差，當功率偏差小于功率偏差閾值時電氣等效電路模型建立完成，否則調整模型的參數設置；
7、步驟4：根據斷路器材料的彈性模量和泊松比生成斷路器剪切模量，將斷路器的機械特性導入有限元分析軟件中構建斷路器的機械模型，根據機械模型的仿真結果生成斷路器的固有頻率，通過固有頻率和額定頻率生成頻率偏差，當頻率偏差小于頻率偏差閾值時機械模型建立完成，否則調整模型的參數設置；
8、步驟5：將電壓、電流和頻率作為檢測的狀態變量，基于電氣等效電路模型和機械模型仿真計算狀態變量，根據狀態變量的歷史數據生成每種狀態變量的動態閾值，根據狀態變量的動態閾值和實時狀態變量生成故障判斷指數，以判斷當前斷路器是否存在故障。
9、進一步地，生成斷路器實時環境溫度下的實時電阻所依據的公式為：
10、r(t)＝r0(1+α(t-t0))
11、其中，r(t)表示斷路器在環境溫度t時的電阻，r0表示斷路器在標準溫度下的電阻，t表示實時環境溫度，t0表示標準溫度，α表示溫度系數，且0.003≤α≤0.004。
12、進一步地，建立斷路器的電氣等效電路模型所依據的原理為：
13、生成斷路器的阻抗所依據的公式為：
14、ω＝2πfe
15、z＝r(t)+jωl0
16、其中，ω表示角頻率，fe表示斷路器的額定頻率，r(t)表示斷路器在環境溫度t時的電阻，l0表示電感大小，j表示虛數單位；
17、所述電路仿真軟件為：pscad；
18、在pscad中添加并連接電阻、電感的電氣元件，形成斷路器的等效電路，添加與斷路器的額定電壓和額定電流相同的輸入電壓源和負載電流，設置仿真步長和運行時間并運行仿真；
19、生成損耗功率所依據的公式為：
20、
21、其中，ps表示損耗功率，ie表示額定電流；
22、生成功率偏差所依據的公式為：
23、
24、其中，yp表示功率偏差；
25、將功率偏差閾值設定為5％，當-5％≤yp≤5％時，說明電路模型的準確性符合要求。
26、進一步地，構建斷路器的機械模型所依據的原理為：
27、生成斷路器剪切模量所依據的公式為：
28、
29、其中，g表示斷路器的剪切模量，e表示斷路器材料的彈性模量，v表示斷路器材料的泊松比；
30、所述有限元分析軟件為：ansys；
31、生成斷路器工作的固有頻率所依據的公式為：
32、
33、其中，fn表示固有頻率，k表示彈簧剛度，m表示振動部件的重量，
34、生成頻率偏差所依據的公式為：
35、
36、其中，yf表示頻率偏差；
37、將頻率偏差閾值設定為5％，當-5％≤yf≤5％時，說明機械模型的準確性符合要求。
38、進一步地，生成每種狀態變量的動態閾值所依據的原理為：
39、生成電流動態閾值所依據的公式為：
40、
41、xi＝k1(μi+σi)
42、其中，μi表示歷史數據中電流狀態變量的平均值，n表示歷史數據中電流狀態變量的數目，ii表示第i個電流狀態變量的值，i表示電流狀態變量的索引，σi表示歷史數據中電流狀態變量的標準差，xi表示電流動態閾值，k1表示電流安全系數；
43、生成電流故障判斷指數所依據的公式為：
44、
45、其中，bi表示電流故障判斷指數，i表示實時電流；
46、生成電壓動態閾值所依據的公式為：
47、
48、xmax(u)＝μu+k2σu
49、xmin(u)＝μu-k2σu
50、其中，μu表示歷史數據中電壓狀態變量的平均值，m表示歷史數據中電壓狀態變量的數目，uk表示第k個電壓狀態變量的值，k表示電壓狀態變量的索引，σu表示歷史數據中電壓狀態變量的標準差，xmax(u)表示最高電壓動態閾值，xmin(u)表示最低電壓動態閾值，k2表示電壓安全系數；
51、生成電壓故障判斷指數所依據的公式為：
52、
53、其中，bu表示電壓故障判斷指數本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于，具體步驟包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：所述步驟2中生成斷路器實時環境溫度下的實時電阻所依據的公式為：
3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：所述步驟3中建立斷路器的電氣等效電路模型所依據的原理為：
4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：所述步驟4中構建斷路器的機械模型所依據的原理為：
5.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：所述步驟5中生成每種狀態變量的動態閾值所依據的原理為：
6.根據權利要求5所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：生成綜合故障判斷指數所依據的公式為：
7.一種基于數字孿生的斷路器故障預警系統，其特征在于：所述系統用于實現上述基于數字孿生的斷路器故障預警方法，具體包括：
【技術特征摘要】
1.一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于，具體步驟包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：所述步驟2中生成斷路器實時環境溫度下的實時電阻所依據的公式為：
3.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于：所述步驟3中建立斷路器的電氣等效電路模型所依據的原理為：
4.根據權利要求1所述的一種基于數字孿生的斷路器故障預警方法，其特征在于...
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