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基于神经网络和层次分析法的断路器状态诊断

发布时间:2018-09-14 22:05:23 文章来源:未来智库    

喻晓杰++周永强++李伟++李和铮++李军军

[摘 要]针对目前断路器的维修现状,将神经网络与层次分析法相结合,采集断路器机械故障状态特征参数,利用神经网络初步判断其工作状态,然后由层次分析法综合断路器位置信息,建立综合评判矩阵,计算综合权重值,得到断路器综合状态评估,根据计算结果进行断路器维修排序,实现断路器的按需检修。实例证明方法有效可行,提高了断路器的工作效率和可靠性,对电力系统的安全运行有重要的作用。

[关键词]神经网络;层次分析法;断路器;状态诊断

中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)47-0229-01

引言

现代大型设备随着功能的逐步完善,自动化程度加深,其内部结构也越来越复杂。在运行过程中,某一个地方出现故障,就会发生其他连锁反应,进而导致设备停运,甚至会酿成严重的后果。设备中断路器起到线路的开通使用、关断退出、检测排除故障线路等主要的监控和保护作用,负责系统的稳定运行。因此,断路器的故障诊断也显得极其重要。

断路器是电力系统中重要的电器设备之一,其运行状态对电力系统的可靠运行有着重要的影响。根据国内外的统计,断路器的故障多为机械故障(操作机构及其控制回路),对断路器的维修仍然停留在定期维修上,但是不正确的维修会引起断路器很多新的故障。随着计算机技术和检测控制技术的发展,断路器逐步实现智能化,为断路器的早期故障诊断、实现状态检修以及多台断路器的维修排序奠定基础。

目前对断路器工作状态监测与研究的方法主要有小波分析法、短时能量法、奇异性或动态时间规整法等,这些方法需要建立多种规则和判决,比较复杂不易实现,且只能实现对单台断路器的状态诊断。本文将神经网络与层次分析法有机融合,建立神经网络对断路器机械工作状态进行诊断;利用层次分析法(AHP)建立断路器的多级综合评判矩阵,并根据神经网络对断路器状态诊断结果,按照各个回路断路器的重要性,对不同回路的断路器进行维修排序。本方法既可实现单台断路器状态的综合评判,又可对多台断路器的状态进行诊断并进行维修排序。

1 断路器状态诊断模型的建立

针对真空断路器操作机构的机械故障,首先应用AHP法,分析影响断路器运行状态的因素,建立因素影响分层结构,得到不同影响因素的重要性权值;利用神经网络对断路器的运行状态进行诊断,得到断路器的初步工作状态诊断,结合断路器工作位置信息,由AHP法计算断路器的综合工作状态。

1.1 断路器状态诊断指标选取与AHP结构图

影响断路器工作状态的因素很多,应选取其中对断路器运行产生重要作用的因素作为判断要素,再分析每个影响要素的不同分类方法,选取不同的判断指标。

断路器的机械故障主要表现为5种工作状态:操作电压过低(GD)、合闸铁芯开始阶段有卡涩(HKS)、操作机构有卡涩(CKS)、合闸铁芯空行程太大(TD)、辅助开关动作接触不良(FK)。再考虑正常工作状态(ZC),由此可以得到断路器的实际工作状态为6种不同的状态。

按断路器所在回路位置的重要性不同,断路器可分为4种:Ⅲ类负荷出线回路断路器,Ⅱ类负荷出线回路断路器,Ⅰ类负荷出线回路断路器,电源进线回路断路器。

1.2 确定各层指标权重值

根据AHP法,建立各层判断矩阵,计算各层指标值的,定量表示本层所有元素对上一层的重要性,从而将各元素重要性定性地比较转换为定量的权重值比较。

由于判断矩阵中的每个因素的重要性比值是根据资料数据、专家的意见和系统分析人员的经验经过反复研究后确定的,难免有一定的主观性,而应用层次分析法保持各个因素比较准确的一致性是非常重要的,所以需要对建立的判断矩阵进行一致性检验。若不满意的一致性指标需重新调整判断矩阵。

1.3 建立神经网络对断路器工作状态进行诊断

人工神经网络由很多种模型,如感知器网络、线性网络、BP网络、径向基函数神经网络(RBF)等,各种不同的网络有不同的应用特点。径向基函数神经网络在逼近能力、分类能力、学习速度方面都优于其他类型的神经网络,故本文选用径向基函数神经网络。

径向基函数神经网络是具有单稳态的3层前馈网络。输入层节点只起信号传递作用,隐含层节点(也称RBF节点)由像高斯核函数那样的辐射状作用函数构成,输出层节点通常是简单的线性函数。

1.4 设置断路器工作位置向量

为了便于系统进行判断,并与神经网络的输出保持一致,需要对断路器不同的位置状态进行编码处理,对具有4种不同工作位置的断路器,建立一个4维的向量表示位置信息。

1.5 断路器状态综合诊断

利用数据采集系统采集断路器合/分闸时线圈电流特性曲线实时数据(共8个),进行数据归一化处理,送入神经网络进行初步判断输出断路器状态诊断向量yi,同时,利用遥信信息得到断路器所在回路信息向量zj,利用层次分析法得到的各层权重向量进行层次单排序及层次总排序。

2 结语

本文采用神经网络与层次分析法进行断路器状态综合诊断,利用神经网络进行初步的断路器工作状态判断,然后由层次分析法建立多次判断矩阵,计算各影响因素对断路器状态的影响权重,利用神经网络的判断结果,实现断路器工作状态的综合诊断及断路器维修排序。

参考文献

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中国科技博览 2017年48期

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