[发明专利]一种基于稳健估计的避雷器故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于稳健估计的避雷器故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用稳健估计方法剔除偶发异常值，筛选出与避雷器故障相关的有效异常值；

S2：利用有效的异常值对避雷器状态进行诊断；

步骤S1中，获取n个样本数据，从中随机抽取k个，计算k个样本数据的均值U_k1和协方差矩阵S_k1；计算n个样本数据的马氏距离，选取马氏距离最小的k个样本，重新计算这k个样本的均值矩阵U_k2和协方差矩阵S_k2；进行迭代计算，直到均值和协方差收敛，计算稳健的马氏距离，进行异常值的有效性判断；

所述步骤S1的具体过程是：

S11：获取n组避雷器泄漏电流、阻性电流和三次谐波电流检测数据，得到样本矩阵；

S12：对样本矩阵中的泄漏电流特征序列、阻性电流特征序列和三次谐波电流特征序列进行归一化处理，得到标准化特征矩阵A_i；

S13：从标准化特征矩阵中随机抽取k个样本，得到标准化特征子矩阵；

其中，标准化特征子矩阵包含3个特征序列，分别为泄漏电流特征序列、阻性电流特征序列和三次谐波电流特征序列，每个特征序列包含k个样本；

S14：计算子矩阵的均值矩阵U_k1和协方差矩阵S_k1；

S15：计算标准化特征矩阵A_i的马氏距离d₁(A_i)：

S16：选取马氏距离d₁(A_i)中最小的k个样本，得到新的标准化特征子矩阵，重新计算子矩阵的均值矩阵U_k2和协方差矩阵S_k2，与U_k1和S_k1对比，判断均值矩阵和协方差矩阵是否收敛；

S17：如果收敛，则得到稳定的均值矩阵U_kc＝U_k2和协方差矩阵S_kc＝S_k2；如果不收敛，则重复步骤S15和步骤S16，直至均值矩阵和协方差矩阵收敛，得到稳定的均值矩阵U_kc和协方差矩阵S_kc；

S18：计算标准化特征矩阵A_i稳健的马氏距离d_c(A_i)：

S19：异常值判断：

当时，判断第i个样本为异常值，式中表示卡方检验的临界值；p为自由度，表示特征序列个数；a为置信度；

异常值判断完成后就进行有效异常值筛选，具体过程是：

假设异常值为第i个样本，在区间[i-j，i+j]中，当时，判断第i个样本为有效异常值，否则为偶发异常值；其中j为样本数量，y∈[i-j，i+j]，z为连续样本个数阈值；

对样本矩阵中的泄漏电流特征序列、阻性电流特征序列和三次谐波电流特征序列进行归一化处理，归一化公式为：

式中，x_*为特征序列中各向量归一化后的值，x为特征序列中各向量的值，x_min为特征序列中向量的最小值，x_max为特征序列中向量的最大值；其中，标准化特征矩阵包含3个特征序列，分别为泄漏电流特征序列、阻性电流特征序列和三次谐波电流特征序列，每个特征序列包含n个样本；

步骤S2中，当检测的第i组数据被判断为有效异常值后，采用阈值对比和差异化相似度对比方式对有效异常值进行分析，判断避雷器的运行状态；

所述步骤S2的具体过程是：

S21：定义有效异常值对应的避雷器为异常避雷器，获取异常避雷器的泄漏电流I_i，当I_i＞I_max时，进入步骤S22，否则进入步骤S23，其中I_max＝k₁I_c，k₁为泄漏电流阈值系数，I_c为泄漏电流初值；

S22：获取异常避雷器的阻性电流Ir_i，当Ir_i＞Ir_max时，进行相似度1诊断，否则进入步骤S24，其中阻性电流阈值Ir_max＝k₂Ir_c，k₂为阻性电流阈值系数，Ir_c为阻性电流初值；

S23：获取异常避雷器的阻性电流Ir_i，当Ir_i＞Ir_max时，进行相似度2诊断，否则进入步骤S24，其中阻性电流阈值Ir_max＝k₂Ir_c；

S24：获取异常避雷器的三次谐波电流It_i，当It_i＞It_max时，进行相似度3诊断，否则判断避雷器状态正常，其中It_max＝k₃It_c，k₃为三次谐波电流阈值系数，It_c为三次谐波电流初值；

进行相似度1诊断的过程是：

S221：获取异常避雷器的泄漏电流特征序列和阻性电流特征序列，得到标准化特征矩阵，计算有效异常值第i点及其前m个点的马氏距离，得到m+1个异常避雷器马氏距离包络线的特征向量S1_i；

S222：同一厂家且同一批次避雷器检测数据样本数量X≥2，则进入步骤S223，否则进入步骤S225；

S223：获取与异常避雷器对应的同一厂家、同一批次且同一相位的1台避雷器泄漏电流特征序列和阻性电流特征序列，得到标准化特征矩阵，计算有效异常值第i点及其前m个点的马氏距离，得到m+1个对比避雷器的马氏距离包络线的特征向量T1_i；

S224：计算S1_i和T1_i的相似度R_ST1：

当R_ST1≥R_min时，判断避雷器状态正常，否则判断避雷器绝缘故障；

S225：获取异常避雷器另一相的泄漏电流特征序列和阻性电流特征序列，得到标准化特征矩阵，计算有效异常值第i点及其前m个点的马氏距离，得到m+1个对比相的马氏距离包络线的特征向量P1_i，计算相似度R_SP1，当R_SP1≥R_min时，判断避雷器状态正常，否则判断避雷器绝缘故障。