[发明专利]基于模型诊断的牵引变压器故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明属于牵引供电系统故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于模型诊断的牵引变压器故障诊断方法。

背景技术

牵引供电系统是铁路的供电系统，一旦其某个部分发生故障造成供电中断，不仅影响所供电线路的列车的正常运行，在当前大密度大流量的铁路运输系统中，甚至可能引发连锁反应，造成多条铁路线路的运行不畅，造成重大的经济损失。作为牵引供电系统的重要组成部分，牵引变压器的安全运行直接关系到牵引供电系统的可靠稳定工作，进而关系到铁路的正常有序运行。因此，牵引变压器的正常运行是对牵引供电系统，铁路系统正常运行的重要保证。为了保证铁路运行的畅通，要求牵引变压器具有极高的运行可用性可靠性和安全性。然而，因为设备制造问题和运行环境及运行时间的问题，牵引变压器不可避免的会发生一些故障。所以，为保障牵引变压器的正常运行，就需要实时掌握牵引变压器的运行状态，当其发生微小故障运行于不正常状态时，要能及时发现并进行处理，避免故障进一步发展损坏设备造成供电中断；同时，当其发生严重故障造成供电中断时，需要尽快的查找到故障原因并尽可能的采取有效措施恢复供电，以缩短停电时间减少因停电带来的经济损失。

目前牵引变压器诊断方法主要有两个方面：第一种是先观测单一的参数如温度、超声波、绝缘纸含水量等，通过分析参数变化对变压器进行诊断，但这种方法只能诊断某一方面的故障，无法进行综合诊断；第二种是人工智能的方法，如专家系统的应用，人工神经网络的应用，但专家系统经验知识获取困难，人工神经网络需要大量的样本数据，诊断系统的开发时间均较长。

基于模型诊断(Model-based Diagnosis，MBD)的方法是二十世纪七十年代提出来的，MBD使用的是诊断对象原理结构及知识，没有知识的积累过程，同时系统的建模和系统的诊断推理是完全分开的两部分，具有很好的独立性和移植性。文献“刘志刚，钟炜，邓云川，曲昌军.牵引变电站故障的基于模型诊断方法.中国电机工程学报，2010，30(34)：36-41”将MBD用于牵引变电站故障的诊断，但在牵引变压器本身设备诊断方面采用简单了等效元件方式，不能对牵引变压器的具体故障进行诊断，仅能诊断牵引变压器两侧电路的故障；另外，在诊断方式上仅是单层建模和直接推理的方式，并不能对牵引变压器的故障进行有效和全面诊断。为了改变牵引变压器故障诊断方面遇到的困难和弥补专家系统存在的不足，将MBD方法用于牵引变压器建模并进行变压器故障诊断具有十分重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于模型诊断的牵引变压器故障诊断方法，用以解决牵引变压器常规诊断方法的不足。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于模型诊断的牵引变压器故障诊断方法，对牵引供电系统是铁路的供电系统中关键设备牵引变压器提供实时的故障诊断。所述方法包括以下手段：

步骤1：根据牵引变压器结构，建立牵引变压器结构抽象模型，构建诊断系统，具体方法为：将变压器的相电压和相电流作为系统模型变量，描述各绕组的连接关系；采用分层结构抽象模型：第一层建立小元件模型，描述小元件的正常行为；第二层建立大元件模型，描述小元件的故障行为及小元件之间的故障行为；分层模型将小元件间的拓扑故障转化为大元件的内部故障，有利于故障的分析。

步骤2：离线搜索牵引变压器抽象模型，获得诊断系统所有的解析冗余关系以及它们所关联的最小候选冲突集；

步骤3：通过电压互感器和电流互感器测得牵引变压器实际的故障电压电流数据；

步骤4：由最小候选冲突集得到最小冲突集：将电流电压互感器测得的牵引变压器故障状态信息带入解析冗余关系，检验解析冗余关系是否满足；若不满足，则系统预测和实际观测值之间产生偏差，则此解析冗余关系的支撑环境即为一个最小冲突集；

步骤5：由所得的最小冲突集，利用人工智能领域的碰集计算方法求最小冲突集的最小碰集，得到所有最小候选诊断；

步骤6：对最小候选诊断中的元件进行故障匹配，最终得到具体的故障元件及其故障类型。

由于建模的精度问题，对于正常运行观测下已有部分解析冗余关系不成立，通过设定一个允许误差值来排除精度问题造成的误判。

在于故障匹配的过程中，利用元件故障概率大小，将候选元件的故障进行排序，优先对故障概率最大的故障模式进行故障匹配，若匹配不成功再考虑故障概率小的故障。

本发明的有益效果在于：

1、本发明用基于模型的方法，直接对牵引变压器故障进行在线诊断，满足实时性要求，得到的诊断结果客观准确。