基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路故障診斷研究

黃海生

【摘 ?要】輸電線路建設(shè)為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用，對(duì)輸電線路的故障檢測(cè)也是工作的重中之重。如今，在原有的高壓輸電線路檢測(cè)的基礎(chǔ)上，又提出一種全新的檢測(cè)方法，就是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路故障檢測(cè)。這種檢測(cè)系統(tǒng)的研究目標(biāo)是10KV的架空輸電線路。本文在電力系統(tǒng)故障檢測(cè)的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析和探討基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障檢測(cè)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】輸電線路;檢測(cè)方法;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

診斷高壓輸電線路故障的系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，可以完全當(dāng)作一種實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。它的工作原理就是以故障發(fā)生的環(huán)境作為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息分析，對(duì)出現(xiàn)故障的各種原因和設(shè)備部件進(jìn)行判斷。高壓線路時(shí)輸電設(shè)備的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確科學(xué)檢測(cè)有著十分重要的意義。現(xiàn)有的線路故障檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際的使用中不能夠適應(yīng)于35千瓦以下的復(fù)雜輸電線路結(jié)構(gòu)，于是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1.輸電線路故障檢測(cè)的現(xiàn)狀

目前，對(duì)高壓線路進(jìn)行故障檢測(cè)方法還是比較多的，最常用的就是距離保護(hù)法、電流監(jiān)測(cè)法故障錄波器法和行波數(shù)據(jù)分析方法。

1.1 輸電線路檢測(cè)的距離保護(hù)法

距離保護(hù)法在這幾個(gè)方法中是最比較簡(jiǎn)單的，所需要的設(shè)備成本投入也不高。可是當(dāng)輸電線路出現(xiàn)故障的時(shí)候，過(guò)渡電阻不能夠?qū)崿F(xiàn)Rx=0Ω，并且還會(huì)被輸電線路的施工工藝和到點(diǎn)電阻率p的均勻程度等多種干擾因素影響，最后導(dǎo)致了在故障距離之間的計(jì)算數(shù)值差距過(guò)大。除此以外，如果高壓輸電線路中出現(xiàn)比較多的線路分支和用電設(shè)施的時(shí)候，對(duì)于故障位置的計(jì)算更會(huì)增加難度。

1.2 輸電線路檢測(cè)的電流監(jiān)測(cè)法

電流監(jiān)測(cè)法是對(duì)在相線中出現(xiàn)的電流總和和不同相線的電流最高峰值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確定監(jiān)測(cè)的設(shè)備是夠出現(xiàn)了故障。電流監(jiān)測(cè)法在使用過(guò)程中也是擁有比較小的投資，并且在安裝的時(shí)候也是很方便簡(jiǎn)單。可是，輸電線路在運(yùn)行當(dāng)中若是出現(xiàn)較小的接地電流或者是短路電流，是不會(huì)被檢測(cè)出來(lái)的，更不會(huì)有任何的故障提醒，設(shè)備檢測(cè)則失效。檢測(cè)設(shè)備失效不止這一種原因，還可能會(huì)因?yàn)榫€路的負(fù)荷波動(dòng)比較大，這樣也會(huì)增加失效的概率。監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)于監(jiān)測(cè)出來(lái)的故障只是停留在大概的區(qū)域，并不能夠完全的定位故障位置。

1.3 輸電線路檢測(cè)的故障錄波器法和行波數(shù)據(jù)分析法

這兩種方法的使用主要是通過(guò)將數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在高壓輸電線路的開(kāi)始一端，原理便是對(duì)輸電線路的正常運(yùn)行與否進(jìn)行判斷，比對(duì)輸電線路中出現(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)一致，再通過(guò)相關(guān)的算法分析和判斷，找出故障發(fā)生的具體位置，并給予及時(shí)的通知。這個(gè)方案所適用的輸電線路一般的在220KV及以上的高壓線路或者是超高壓線路當(dāng)中。當(dāng)有分支或者是有用電設(shè)備接入到輸電線路當(dāng)中，各項(xiàng)電氣參數(shù)就會(huì)呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化，在數(shù)據(jù)分析和處理的時(shí)候就會(huì)增加困難度，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)出來(lái)的誤差變大。

一言以蔽之，這些方法都適合在高壓或者是超高壓輸電線路中使用，而且具有嚴(yán)格的要求，如不能夠線路分支接入，也不能有用電設(shè)備接入，保持輸電線路的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)。對(duì)35千瓦以下的輸電線路監(jiān)測(cè)并沒(méi)有一種科學(xué)有效的故障監(jiān)測(cè)方法。

2.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

2.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路故障監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)組成較為簡(jiǎn)易，大體上分為三個(gè)部分。輸電線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中樞就是控制中心，它對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相當(dāng)于大腦對(duì)于人體，主要功能就是負(fù)責(zé)對(duì)輸電線路中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，并且保存好各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝位置一般是在輸電線路的開(kāi)頭一端或者是末尾一端，以及輸電設(shè)備中的分支線路和用電設(shè)備的接入處，在故障多發(fā)位置等地方也可以安裝，安裝位置比較靈活。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的線路參數(shù)采集頻率一般維持在10ms，它會(huì)將采集到的電流信息、電阻信息、電壓信息以及電感信息和電容信息及時(shí)保存到存儲(chǔ)器中。通信設(shè)備的作用是完成指令和數(shù)據(jù)信息交換，主要信息載體就是控制中心和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通信設(shè)備利用的方式就是載波通信。

控制中心會(huì)受到數(shù)據(jù)采集設(shè)備三種方式的數(shù)據(jù)傳輸，第一種就是指令方式，數(shù)據(jù)采集設(shè)備會(huì)依據(jù)控制中心的指令要求向控制中心提供輸電線路中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)。第二種就是定時(shí)方式，設(shè)定好一定的時(shí)間，控制中心就會(huì)接受到來(lái)自數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)。第三種就是報(bào)告的方式，在輸電線路中會(huì)是不是的出現(xiàn)一些超出預(yù)設(shè)的參數(shù)數(shù)據(jù)波動(dòng)值，當(dāng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)到這種問(wèn)題的時(shí)候，就會(huì)將數(shù)據(jù)通過(guò)通信設(shè)備儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)采集設(shè)備中，再由數(shù)據(jù)采集設(shè)備將這些數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸給控制中心。

2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理

在基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸電線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，采集數(shù)據(jù)信息的設(shè)備是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)的，它的區(qū)域分布特點(diǎn)比較隨意。不同參數(shù)在輸電線路上的實(shí)際分布而繪制的曲線可以通過(guò)數(shù)據(jù)插值來(lái)進(jìn)行恢復(fù)。與此同時(shí)，輸電線路所涉及到的電流信息、電阻信息、電壓信息以及電感信息和電容信息所呈現(xiàn)出來(lái)的是光滑連續(xù)的曲線，由此可以通過(guò)B樣條為基礎(chǔ)的插值函數(shù)來(lái)近似性的取代電流信息、電阻信息、電壓信息以及電感信息和電容信息參數(shù)的分布函數(shù)。

分析小波變換信號(hào)可以從頻域和時(shí)域兩個(gè)角度進(jìn)行，并且分析局部性信號(hào)相對(duì)比較準(zhǔn)確。通過(guò)連續(xù)二進(jìn)小波變換，充分利用周期延拓的方式將輸電線路的電流信息、電阻信息、電壓信息以及電感信息和電容信息分離出高頻部分和低頻部分，即分別對(duì)應(yīng)不同參數(shù)的負(fù)荷波動(dòng)狀況分布函數(shù)、基本分布函數(shù)、環(huán)境因素干擾分布函數(shù)和脈沖類故障影響分布函數(shù)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以分為三層，數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確率會(huì)隨著層數(shù)的降低而降低，即使是對(duì)訓(xùn)練的樣本進(jìn)行增加，也不能夠?qū)?zhǔn)確率提升。反之，當(dāng)層數(shù)增加的時(shí)候，數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確率也會(huì)隨之升高，但這時(shí)候就需要提供大量的訓(xùn)練樣本以維持較高的準(zhǔn)確率。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，第一層的神經(jīng)元有150個(gè)，這150個(gè)神經(jīng)元的輸入向量是256維，傳輸函數(shù)既線性函數(shù)。在第二層中，神經(jīng)元已經(jīng)達(dá)到了256個(gè)，這層的256個(gè)神經(jīng)元的輸入向量是150維，傳輸函數(shù)是對(duì)數(shù)-S型函數(shù)。在第三層中，神經(jīng)元僅有2個(gè)，這2個(gè)神經(jīng)元的輸入向量為256維，傳輸函數(shù)一個(gè)是線性函數(shù)，另一個(gè)則是取整函數(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今的輸電線路故障檢測(cè)方法雖然比較多，但是在應(yīng)用的過(guò)程中也同時(shí)出現(xiàn)了很多不適應(yīng)性，特別是出現(xiàn)的誤差相對(duì)比較高，對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生了很大影響。本文分析了現(xiàn)如今輸電線路存在的方法問(wèn)題，并同時(shí)研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路故障診斷方法，通過(guò)對(duì)這種方法的初步認(rèn)識(shí)，可以清晰的了解到是優(yōu)于其他故障檢測(cè)系統(tǒng)的。

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（作者單位：廣州供電局有限公司輸電管理二所）