专利名称：电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种故障诊断及预警系统及方法，特别涉及一种电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统及方法。
背景技术：
牵引变电站内存在大量的高压隔离开关、互感器、断路器、变压器以及高压开关柜等电气设备，其接头数量众多，这些电气设备担负着电力变换及输送的重要任务，但是在长时间连续运行的情况下常常会因接头处接触不良、老化或表面氧化等原因造成接触点阻值增大，进而出现温升导致发热过多而烧坏等情况，如果这些发热部位的温度没有得到及时有效的监测，最终可能导致设备损坏，从而引发停电甚至火灾事故的发生，对电气化铁路的运行带来的极大的安全隐患。因此应当采取必要的检测措施了解各电气设备当前运行状态，根据设备实时运行状态数据并结合历史数据分析其变化趋势，从而达到减少供电系统事故隐患，降低事故发生率，缩短故障查找、检修时间，确保供电系统安全可靠运行的目的。目前国内外主要采用的电气设备温度监测技术有两大类一是采用红外技术(红外测温计或红外成像仪)以人工巡检方式来进行温度检测；二是通过布置有线传感器网络，如采用光纤进行温度检测。但这些方法都无法满足牵引变电站的温度监测需求。主要是因为牵引变电站不同于一般变电站，其供电线路段有火车通过时，相关电气设备才有电流通过，设备过热故障隐患才能显现出来，而在没有火车通过时，由于电气设备负载电流很小，此时即使监测相关设备温度也无法发现故障隐患。红外技术测温由于是人工检测，无法实现实时在线检测，对设备内部的温度也无法测量并且存在较大误差，因此无法实现过热故障的及时、准确发现，光纤测温技术由于布线复杂不利于大规模应用，而且很容易受到污染从而导致测温准确性大幅度下降。近年来基于无线传感器的测温技术开始得到了广泛的应用。但其在变电站电气设备监控方面存在以下局限性检测对象仅为被监测点的温度，通过简单的设定一个温度阈值，确定是否出现了电气设备过热故障。根据常识，我们知道在不同的环境温度和湿度下， 同样的电气设备温度往往表示不同的过热故障结果，不同的线路电流也会导致不同的运行温度结果，因此是否出现过热故障，不仅仅与被测点的设备温度有关，还与环境温度、环境湿度以及线路电流有关，是一个综合判断的结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统及方法，通过无线传感器实现对电气设备温度、环境温度、环境湿度和线路电流进行在线检测，建立基于最小二乘支持向量机(least squares support vector machines简称LSSVM)的故障诊断及预警模型,从而实现对电气设备过热故障的准确诊断和预警，为电气设备的可靠运行提供依据，大幅度的减少故障发生率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术手段电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统，其特征在于主要由无线传感器、集中器及计算机组成，其中无线传感器包括用于测量电气设备温度的无线温度传感器、用于测量环境温湿度的无线环境温湿度传感器、用于测量线路电流的无线电流传感器；集中器负责收集无线传感器数据并上传至计算机，计算机根据上传的数据利用最小二乘支持向量机过热故障预警模型实现电气设备过热故障的智能诊断与在线预警。所述无线温度传感器在每个需要进行过热故障监控的电气设备上安装一只；所述无线环境温湿度传感器在具有共同环境特征的区域各安装一只；所述无线电流传感器在每条具有共同电流特征的线路上各安装一只；所述各种无线传感器均以基于ZIGBEE技术的CC2430芯片为核心；所述无线温度传感器采用DS18B20感应电气设备温度；所述无线温湿度传感器采用DHT21感应环境温湿度；所述无线电流传感器采用感应式线圈获得电流信号；一种电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警方法，包括以下步骤(I)无线传感器测量电气设备监测点温度TS|、环境温度Ti 、环境湿度Hiw和线路电流I aE&，然后将这些数据传输给集中器；(2)集中器接收到无线传感器传输的数据后，将这些数据以以太网传送至计算机， 然后将上述数据的上报周期作为响应数据包返回至相应的传感器；(3)计算机接收到集中器发送的上报数据后，首先进行存储，然后根据数据类型按照如下规则进行处理如果数据为环境温度、环境湿度或者线路电流，则不做处理；如果数据为电气设备温度，则根据电气设备的温度数据确定测点位置，然后从计算机中调出环境温度数据、环境湿度数据，以及线路电流数据，组成测量数据ITsPTiw,；(4)将步骤(3)获得的测量数据{Tg，T_，Hiw, Ias}输入建立的最小二乘支持向量机过热故障预警模型，得到故障诊断及预警结果。所述最小二乘支持向量机过热故障预警模型按照以下步骤建立(I)确定核函数种类以径向基函数
权利要求
1.电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统，其特征在于主要由无线传感器、集中器及计算机组成，其中无线传感器包括用于测量电气设备温度的无线温度传感器、用于测量环境温湿度的无线环境温湿度传感器、用于测量线路电流的无线电流传感器；集中器负责收集无线传感器数据并上传至计算机，计算机根据上传的数据利用最小二乘支持向量机过热故障预警模型实现电气设备过热故障的智能诊断与在线预警。
2.根据权利要求I所述的电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统， 其特征在于所述无线温度传感器在每个需要进行过热故障监控的电气设备上安装一只； 所述无线环境温湿度传感器在具有共同环境特征的区域各安装一只；所述无线电流传感器在每条具有共同电流特征的线路上各安装一只。
3.根据权利要求2所述的电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统， 其特征在于所述各种无线传感器均以基于ZIGBEE技术的CC2430芯片为核心；所述无线温度传感器采用DS18B20感应电气设备温度；所述无线温湿度传感器采用DHT21感应环境温湿度；所述无线电流传感器采用感应式线圈获得电流信号。
4.一种权利要求I所述的电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统的过热故障诊断及预警方法，其特征在于包括以下步骤(1)无线传感器测量电气设备监测点温度TS|、环境温度Ti 、环境湿度Hiw和线路电流I aE&，然后将这些数据传输给集中器；(2)集中器接收到无线传感器传输的数据后，将这些数据以以太网传送至计算机，然后将上述数据的上报周期作为响应数据包返回至相应的传感器；(3)计算机接收到集中器发送的上报数据后，首先进行存储，然后根据数据类型按照如下规则进行处理如果数据为环境温度、环境湿度或者线路电流，则不做处理；如果数据为电气设备温度，则根据电气设备的温度数据确定测点位置，然后从计算机中调出与该位置匹配的环境温度数据、环境湿度数据，以及线路电流数据，组成测量数据ITsPTiw,Hiw, I线路I ;(4)将步骤(3)获得的测量数据{TS|，Tiw,Hiw, IissI输入建立的最小二乘支持向量机过热故障预警模型，得到故障诊断及预警结果。
5.如权利要求4所述的过热故障诊断及预警方法，其特征在于所述最小二乘支持向量机过热故障预警模型按照以下步骤建立(1)确定核函数种类以径向基函数
6.如权利要求4所述的过热故障诊断及预警方法，其特征在于在进行故障诊断之前， 首先，对获取的数据进行归一化处理。
7.如权利要求4所述的过热故障诊断及预警方法，其特征在于计算机根据故障诊断的结果对电气设备温度数据的上报周期进行调整；所述线路电流的上报采用实时召唤方式，即当计算机接收到无线电气设备的温度数据后，召唤线路电流数据。
8.如权利要求4或5所述的过热故障诊断及预警方法，其特征在于最小二乘支持向量机过热故障预警模型在收集到新故障样本达到一定数量后，对模型进行更新训练。
全文摘要
本发明公开了一种电气化铁路牵引变电站电气设备过热故障诊断及预警系统及方法。该故障预警系统由无线传感器、集中器、计算机等部分组成。其中无线传感器包括无线温度传感器、无线温湿度传感器以及无线电流传感器分别实现对电气设备温度、环境温境湿度及输电线电流的测量；集中器实现整个牵引变电站内各无线传感器监测点数据的接收，并将收集的数据上传至计算机；计算机完成监测数据的采集、存储，并根据采集的数据完成电气设备过热故障的智能诊断及预警。该系统能够为电气化铁路牵引变电站的运行和检修提供科学依据，确保铁路供电安全。
文档编号G01D21/02GK102607643SQ20121001606
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者司刚全, 张彦斌, 张红英, 贾立新 申请人:西安交通大学