專利名稱：電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)及方法，特別涉及一種電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
牽引變電站內(nèi)存在大量的高壓隔離開(kāi)關(guān)、互感器、斷路器、變壓器以及高壓開(kāi)關(guān)柜等電氣設(shè)備，其接頭數(shù)量眾多，這些電氣設(shè)備擔(dān)負(fù)著電力變換及輸送的重要任務(wù)，但是在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的情況下常常會(huì)因接頭處接觸不良、老化或表面氧化等原因造成接觸點(diǎn)阻值增大，進(jìn)而出現(xiàn)溫升導(dǎo)致發(fā)熱過(guò)多而燒壞等情況，如果這些發(fā)熱部位的溫度沒(méi)有得到及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，最終可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，從而引發(fā)停電甚至火災(zāi)事故的發(fā)生，對(duì)電氣化鐵路的運(yùn)行帶來(lái)的極大的安全隱患。因此應(yīng)當(dāng)采取必要的檢測(cè)措施了解各電氣設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析其變化趨勢(shì)，從而達(dá)到減少供電系統(tǒng)事故隱患，降低事故發(fā)生率，縮短故障查找、檢修時(shí)間，確保供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的目的。目前國(guó)內(nèi)外主要采用的電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)有兩大類一是采用紅外技術(shù)(紅外測(cè)溫計(jì)或紅外成像儀)以人工巡檢方式來(lái)進(jìn)行溫度檢測(cè)；二是通過(guò)布置有線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如采用光纖進(jìn)行溫度檢測(cè)。但這些方法都無(wú)法滿足牽引變電站的溫度監(jiān)測(cè)需求。主要是因?yàn)闋恳冸娬静煌谝话阕冸娬?，其供電線路段有火車通過(guò)時(shí)，相關(guān)電氣設(shè)備才有電流通過(guò)，設(shè)備過(guò)熱故障隱患才能顯現(xiàn)出來(lái)，而在沒(méi)有火車通過(guò)時(shí)，由于電氣設(shè)備負(fù)載電流很小，此時(shí)即使監(jiān)測(cè)相關(guān)設(shè)備溫度也無(wú)法發(fā)現(xiàn)故障隱患。紅外技術(shù)測(cè)溫由于是人工檢測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的溫度也無(wú)法測(cè)量并且存在較大誤差，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)過(guò)熱故障的及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)，光纖測(cè)溫技術(shù)由于布線復(fù)雜不利于大規(guī)模應(yīng)用，而且很容易受到污染從而導(dǎo)致測(cè)溫準(zhǔn)確性大幅度下降。近年來(lái)基于無(wú)線傳感器的測(cè)溫技術(shù)開(kāi)始得到了廣泛的應(yīng)用。但其在變電站電氣設(shè)備監(jiān)控方面存在以下局限性檢測(cè)對(duì)象僅為被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)定一個(gè)溫度閾值，確定是否出現(xiàn)了電氣設(shè)備過(guò)熱故障。根據(jù)常識(shí)，我們知道在不同的環(huán)境溫度和濕度下， 同樣的電氣設(shè)備溫度往往表示不同的過(guò)熱故障結(jié)果，不同的線路電流也會(huì)導(dǎo)致不同的運(yùn)行溫度結(jié)果，因此是否出現(xiàn)過(guò)熱故障，不僅僅與被測(cè)點(diǎn)的設(shè)備溫度有關(guān)，還與環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及線路電流有關(guān)，是一個(gè)綜合判斷的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)及方法，通過(guò)無(wú)線傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和線路電流進(jìn)行在線檢測(cè)，建立基于最小二乘支持向量機(jī)(least squares support vector machines簡(jiǎn)稱LSSVM)的故障診斷及預(yù)警模型,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備過(guò)熱故障的準(zhǔn)確診斷和預(yù)警，為電氣設(shè)備的可靠運(yùn)行提供依據(jù)，大幅度的減少故障發(fā)生率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于主要由無(wú)線傳感器、集中器及計(jì)算機(jī)組成，其中無(wú)線傳感器包括用于測(cè)量電氣設(shè)備溫度的無(wú)線溫度傳感器、用于測(cè)量環(huán)境溫濕度的無(wú)線環(huán)境溫濕度傳感器、用于測(cè)量線路電流的無(wú)線電流傳感器；集中器負(fù)責(zé)收集無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)并上傳至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)利用最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備過(guò)熱故障的智能診斷與在線預(yù)警。所述無(wú)線溫度傳感器在每個(gè)需要進(jìn)行過(guò)熱故障監(jiān)控的電氣設(shè)備上安裝一只；所述無(wú)線環(huán)境溫濕度傳感器在具有共同環(huán)境特征的區(qū)域各安裝一只；所述無(wú)線電流傳感器在每條具有共同電流特征的線路上各安裝一只；所述各種無(wú)線傳感器均以基于ZIGBEE技術(shù)的CC2430芯片為核心；所述無(wú)線溫度傳感器采用DS18B20感應(yīng)電氣設(shè)備溫度；所述無(wú)線溫濕度傳感器采用DHT21感應(yīng)環(huán)境溫濕度；所述無(wú)線電流傳感器采用感應(yīng)式線圈獲得電流信號(hào)；一種電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警方法，包括以下步驟(I)無(wú)線傳感器測(cè)量電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度TS|、環(huán)境溫度Ti 、環(huán)境濕度Hiw和線路電流I aE&，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸給集中器；(2)集中器接收到無(wú)線傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，將這些數(shù)據(jù)以以太網(wǎng)傳送至計(jì)算機(jī)， 然后將上述數(shù)據(jù)的上報(bào)周期作為響應(yīng)數(shù)據(jù)包返回至相應(yīng)的傳感器；(3)計(jì)算機(jī)接收到集中器發(fā)送的上報(bào)數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行存儲(chǔ)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)類型按照如下規(guī)則進(jìn)行處理如果數(shù)據(jù)為環(huán)境溫度、環(huán)境濕度或者線路電流，則不做處理；如果數(shù)據(jù)為電氣設(shè)備溫度，則根據(jù)電氣設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)確定測(cè)點(diǎn)位置，然后從計(jì)算機(jī)中調(diào)出環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，以及線路電流數(shù)據(jù)，組成測(cè)量數(shù)據(jù)ITsPTiw,；(4)將步驟(3)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù){Tg，T_，Hiw, Ias}輸入建立的最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型，得到故障診斷及預(yù)警結(jié)果。所述最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型按照以下步驟建立(I)確定核函數(shù)種類以徑向基函數(shù)
權(quán)利要求
1.電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于主要由無(wú)線傳感器、集中器及計(jì)算機(jī)組成，其中無(wú)線傳感器包括用于測(cè)量電氣設(shè)備溫度的無(wú)線溫度傳感器、用于測(cè)量環(huán)境溫濕度的無(wú)線環(huán)境溫濕度傳感器、用于測(cè)量線路電流的無(wú)線電流傳感器；集中器負(fù)責(zé)收集無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)并上傳至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)利用最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備過(guò)熱故障的智能診斷與在線預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)， 其特征在于所述無(wú)線溫度傳感器在每個(gè)需要進(jìn)行過(guò)熱故障監(jiān)控的電氣設(shè)備上安裝一只； 所述無(wú)線環(huán)境溫濕度傳感器在具有共同環(huán)境特征的區(qū)域各安裝一只；所述無(wú)線電流傳感器在每條具有共同電流特征的線路上各安裝一只。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)， 其特征在于所述各種無(wú)線傳感器均以基于ZIGBEE技術(shù)的CC2430芯片為核心；所述無(wú)線溫度傳感器采用DS18B20感應(yīng)電氣設(shè)備溫度；所述無(wú)線溫濕度傳感器采用DHT21感應(yīng)環(huán)境溫濕度；所述無(wú)線電流傳感器采用感應(yīng)式線圈獲得電流信號(hào)。
4.一種權(quán)利要求I所述的電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)的過(guò)熱故障診斷及預(yù)警方法，其特征在于包括以下步驟(1)無(wú)線傳感器測(cè)量電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度TS|、環(huán)境溫度Ti 、環(huán)境濕度Hiw和線路電流I aE&，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸給集中器；(2)集中器接收到無(wú)線傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，將這些數(shù)據(jù)以以太網(wǎng)傳送至計(jì)算機(jī)，然后將上述數(shù)據(jù)的上報(bào)周期作為響應(yīng)數(shù)據(jù)包返回至相應(yīng)的傳感器；(3)計(jì)算機(jī)接收到集中器發(fā)送的上報(bào)數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行存儲(chǔ)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)類型按照如下規(guī)則進(jìn)行處理如果數(shù)據(jù)為環(huán)境溫度、環(huán)境濕度或者線路電流，則不做處理；如果數(shù)據(jù)為電氣設(shè)備溫度，則根據(jù)電氣設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)確定測(cè)點(diǎn)位置，然后從計(jì)算機(jī)中調(diào)出與該位置匹配的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，以及線路電流數(shù)據(jù)，組成測(cè)量數(shù)據(jù)ITsPTiw,Hiw, I線路I ;(4)將步驟(3)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù){TS|，Tiw,Hiw, IissI輸入建立的最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型，得到故障診斷及預(yù)警結(jié)果。
5.如權(quán)利要求4所述的過(guò)熱故障診斷及預(yù)警方法，其特征在于所述最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型按照以下步驟建立(1)確定核函數(shù)種類以徑向基函數(shù)
6.如權(quán)利要求4所述的過(guò)熱故障診斷及預(yù)警方法，其特征在于在進(jìn)行故障診斷之前， 首先，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。
7.如權(quán)利要求4所述的過(guò)熱故障診斷及預(yù)警方法，其特征在于計(jì)算機(jī)根據(jù)故障診斷的結(jié)果對(duì)電氣設(shè)備溫度數(shù)據(jù)的上報(bào)周期進(jìn)行調(diào)整；所述線路電流的上報(bào)采用實(shí)時(shí)召喚方式，即當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到無(wú)線電氣設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)后，召喚線路電流數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求4或5所述的過(guò)熱故障診斷及預(yù)警方法，其特征在于最小二乘支持向量機(jī)過(guò)熱故障預(yù)警模型在收集到新故障樣本達(dá)到一定數(shù)量后，對(duì)模型進(jìn)行更新訓(xùn)練。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電氣化鐵路牽引變電站電氣設(shè)備過(guò)熱故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)及方法。該故障預(yù)警系統(tǒng)由無(wú)線傳感器、集中器、計(jì)算機(jī)等部分組成。其中無(wú)線傳感器包括無(wú)線溫度傳感器、無(wú)線溫濕度傳感器以及無(wú)線電流傳感器分別實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備溫度、環(huán)境溫境濕度及輸電線電流的測(cè)量；集中器實(shí)現(xiàn)整個(gè)牽引變電站內(nèi)各無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的接收，并將收集的數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)完成電氣設(shè)備過(guò)熱故障的智能診斷及預(yù)警。該系統(tǒng)能夠?yàn)殡姎饣F路牽引變電站的運(yùn)行和檢修提供科學(xué)依據(jù)，確保鐵路供電安全。
文檔編號(hào)G01D21/02GK102607643SQ20121001606
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者司剛?cè)? 張彥斌, 張紅英, 賈立新 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)