冰凍災(zāi)害氣候下對(duì)鐵路供電系統(tǒng)故障的監(jiān)控探究

鄒月海

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110023）

引言

目前我國(guó)輸電線路的覆蓋面積越來(lái)越大，我國(guó)的電力系統(tǒng)也變得較為脆弱，比如說(shuō)對(duì)于一些寒冷地區(qū)，經(jīng)常會(huì)面臨到冰凍災(zāi)害。這種冰凍災(zāi)害也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)極大的影響，危害到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，給整個(gè)系統(tǒng)、用戶甚至國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。對(duì)于一些氣候比較惡劣的環(huán)境，如果這些地區(qū)經(jīng)常會(huì)受到冰凍災(zāi)害的影響，那么就極其容易會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)危害。一旦受到冰凍災(zāi)害的侵?jǐn)_，那么就會(huì)密切影響到鐵路運(yùn)行的相關(guān)安全。對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果該系統(tǒng)一旦發(fā)生了故障，那么首先必須要做的就是在第一時(shí)間內(nèi)迅速的鎖定故障位置，判斷好故障是在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的區(qū)域。除此之外還需要確定此時(shí)鐵路電力系統(tǒng)中故障發(fā)生的類型，這樣就可以更好、更快地探明故障發(fā)生原因。只有在判斷了故障發(fā)生原因之后才可以為未來(lái)提供經(jīng)驗(yàn)，盡可能小地減少故障對(duì)系統(tǒng)造成的損失和影響，減小故障帶來(lái)的危害，同時(shí)還可以派專家對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)。

1 通常情況下常用的故障診斷法

目前我國(guó)的電網(wǎng)變得更加復(fù)雜，對(duì)于這樣一個(gè)大型且繁雜的系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和判別，是一個(gè)非常重要的研究方向，許多專家也探索出了多種方法，希望利用這些方法致力于準(zhǔn)確地進(jìn)行電力系統(tǒng)的故障判別。這些方法主要包括專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)的故障診斷法、基于解析模型的故障診斷法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等，各種判別方法層出不窮[4-6]。

1.1 電力系統(tǒng)故障診斷法——基于專家系統(tǒng)

在進(jìn)行電力系統(tǒng)的故障判別時(shí)，所謂基于專家系統(tǒng)，也就是指將專家所有的推理邏輯或者是原理儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣的話，如果系統(tǒng)一旦發(fā)生了故障，或者發(fā)生了其他問(wèn)題時(shí)，就可以進(jìn)行調(diào)用，通過(guò)該計(jì)算機(jī)模型就可以用來(lái)進(jìn)行判斷。在判斷了發(fā)生的故障類型后，進(jìn)行相關(guān)處理就可以解決該故障。

對(duì)于一個(gè)完善的專家系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其建立的基礎(chǔ)就是知識(shí)庫(kù)。專家系統(tǒng)可以說(shuō)是一種特殊的計(jì)算系統(tǒng)，如果發(fā)生了某種類型的故障，在處于這一特定工況的情況下，其主要的操作就是模擬出該專家對(duì)于該類型故障的想法。通過(guò)這一想法對(duì)故障發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行判斷和處理，就可以較高、較準(zhǔn)確地判斷出故障的類型，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的結(jié)論。這樣就可以方便進(jìn)行下一步的處理，解決故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常的運(yùn)行。下頁(yè)圖1 就是對(duì)于該原理的一個(gè)基本診斷方法流程圖，通過(guò)該原理圖可以清晰可見(jiàn)，基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法是如何實(shí)現(xiàn)的[7]。

1.2 電力系統(tǒng)故障診斷法——基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一概念我們并不陌生，我們可以將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于對(duì)電力系統(tǒng)的故障進(jìn)行判斷，這樣處理和操作的好處就是可以忽略專業(yè)知識(shí)，將復(fù)雜的問(wèn)題，復(fù)雜的工作進(jìn)行簡(jiǎn)化和省略，比如說(shuō)就不需要考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換等相關(guān)問(wèn)題，忽略了這些復(fù)雜操作。對(duì)于該系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)起到的主要作用就是電力系統(tǒng)的故障發(fā)生時(shí)，將其典型的案例進(jìn)行采集，將案例放置在特定的訓(xùn)練集，這樣就可以形成了一個(gè)故障樣本。經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自我學(xué)習(xí)發(fā)展，如果電力系統(tǒng)一旦發(fā)生了某種類型的故障，就可以通過(guò)這一集合，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障的判別和監(jiān)測(cè)，所得的結(jié)論和結(jié)果較為可靠。對(duì)于該方法來(lái)說(shuō)，如果應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)進(jìn)行故障判別這一方法判斷的效率是極高的，而且除此以外它還具有的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是抗干擾能力極強(qiáng)。

1.3 電力系統(tǒng)故障診斷法——基于解析模型

這種方法主要的操作步驟就是首先將一部分停電區(qū)域作為可疑設(shè)備，然后需要進(jìn)行的操作就是設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)，通過(guò)這一邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)置目標(biāo)函數(shù)。該目標(biāo)函數(shù)的要求就是需要與故障電路的狀態(tài)進(jìn)行擬合，以此尋找一個(gè)最優(yōu)解的存在，方便進(jìn)行故障診斷和判別[8]。

2 對(duì)于電路故障監(jiān)控與診斷的系統(tǒng)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)——基于貝葉斯算法

對(duì)于本文來(lái)說(shuō)主要研究的算法就是貝葉斯算法，它是一種計(jì)算概率的方法。其主要的基本原理就是利用矢量圖像進(jìn)行不同變量之間的關(guān)系描述，列出不同變量之間的因果關(guān)系，并且通過(guò)貝葉斯條件概率進(jìn)行一個(gè)直的擬合，將這種關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化。通過(guò)相關(guān)的計(jì)算可知，由于系統(tǒng)發(fā)生了故障，就會(huì)引起系統(tǒng)中某些固有屬性值的改變。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，在系統(tǒng)中起到監(jiān)視作用的部件主要包括變壓器或者是斷路器等。電路故障保護(hù)可以分為多種類型，如線路保護(hù)或者是母線保護(hù)等，還可以分為變壓器保護(hù)。

對(duì)于本文來(lái)說(shuō)，由于本文設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)的主要?dú)夂驐l件為冰凍災(zāi)害，所以說(shuō)對(duì)于電路一系統(tǒng)發(fā)生故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷時(shí)，主要針對(duì)的也是該條件下的運(yùn)行。所以針對(duì)這種惡劣條件下冰凍災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷的部分，必須包括數(shù)據(jù)采集的相應(yīng)模塊。除此之外，其應(yīng)該含有遠(yuǎn)程的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，還有進(jìn)行故障診斷時(shí)，基于貝葉斯理論的模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)等，具體的操作以及原理圖如圖2 所示。

通過(guò)圖2 可以清晰顯示對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)生故障，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判別時(shí)，可以利用貝葉斯理論模型進(jìn)行故障診斷，其中診斷模塊與采集模塊之間傳遞信息，這些信息主要包括了電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，以及斷路器或者是相關(guān)診斷信息等都涵蓋在內(nèi)。

3 如果發(fā)生冰凍災(zāi)害其電力系統(tǒng)的故障監(jiān)控流程的分析

3.1 首先可以判別可疑的元件

如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，比如說(shuō)出現(xiàn)斷電等相關(guān)問(wèn)題，首先可以通過(guò)判斷斷路器的跳閘信息確定故障原件是否處與其中。而且由于電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)浞治鰰r(shí)，與實(shí)際情況下相比會(huì)存在不同和問(wèn)題。比如說(shuō)有可能出現(xiàn)信息的丟失，或者說(shuō)信息發(fā)生了畸變，這樣的話對(duì)于該停電區(qū)域來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有辦法準(zhǔn)確判斷精確位置，就可以擴(kuò)大故障區(qū)域，增加可疑元件的個(gè)數(shù)進(jìn)行分析判斷。

3.2 進(jìn)行時(shí)序分析

所謂時(shí)序分析，其實(shí)主要就是根據(jù)保護(hù)時(shí)間的參數(shù)，進(jìn)行不同保護(hù)發(fā)生時(shí)刻的相關(guān)，比較以此進(jìn)行排除。

3.3 排查

通過(guò)上一步的操作之后，就可以初步鎖定故障的位置。這樣的話經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程操作就可以確定停電區(qū)域，進(jìn)行相關(guān)的排查。

3.4 確定故障節(jié)點(diǎn)

對(duì)剩余的可疑元件進(jìn)行貝葉斯模型建立，將斷路器的信息帶入相關(guān)模型，通過(guò)反向推理進(jìn)而判斷產(chǎn)生故障的元件。本文正是基于各種診斷數(shù)據(jù)，得到了基于貝葉斯理論的診斷方法和傳統(tǒng)方法的相關(guān)對(duì)比，得到的失誤率對(duì)比曲線如下頁(yè)圖3 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果發(fā)生了冰凍災(zāi)害，就極其容易面對(duì)低溫失效或者是線路覆冰導(dǎo)致故障等相關(guān)危害，此時(shí)為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，減少經(jīng)濟(jì)損失，就必須提高診斷和判別技術(shù)。本文研究的主要思路就是首先對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后通過(guò)貝葉斯理論設(shè)計(jì)了一種基于該理論的診斷和判別方法。并且利用大量的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明該模型精確度更高，可以使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，適用于鐵路電力系統(tǒng)。