計及不確定性的牽引供電系統(tǒng)健康診斷及風(fēng)險評估方法研究.pdf

1、牽引供電系統(tǒng)的安全可靠對保證高速鐵路的正常運(yùn)行具有重要意義，隨著高速鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，我國鐵路牽引供電系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)的壓力將逐步增加。對牽引供電系統(tǒng)已發(fā)生的故障進(jìn)行快速準(zhǔn)確的故障診斷，能縮短故障處理時間，減小故障影響;對牽引供電系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行健康評估，能幫助運(yùn)營人員對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的認(rèn)識和把握，為牽引供電系統(tǒng)的狀態(tài)檢修提供依據(jù);對牽引供電系統(tǒng)未來的狀態(tài)進(jìn)行估計和預(yù)測，能反映牽引供電系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，為預(yù)防性維修提供依據(jù)，減少

2、甚至避免故障的發(fā)生。因此，對牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行健康診斷和風(fēng)險評估有利于提高牽引供電系統(tǒng)的故障處理水平，促進(jìn)狀態(tài)檢修的實(shí)際應(yīng)用，為牽引供電系統(tǒng)的故障預(yù)防提供條件。
　　牽引供電系統(tǒng)健康診斷和風(fēng)險評估過程中存在著很多的不確定性因素，進(jìn)行健康診斷和風(fēng)險評估時必須對這些不確定性因素加以考慮。
　　論文分析了牽引供電系統(tǒng)健康診斷與風(fēng)險評估的具體實(shí)現(xiàn)方法，包括異常狀態(tài)時的故障診斷方法、正常運(yùn)行時的健康評估方法以及長期運(yùn)行時的可靠性預(yù)測與風(fēng)

3、險評估方法，涵蓋了牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的多個階段，以期實(shí)現(xiàn)對牽引供電系統(tǒng)的全過程管理。采用不確定數(shù)學(xué)方法對故障診斷、健康評估、可靠性預(yù)測以及風(fēng)險評估過程中的不確定因素進(jìn)行處理，分別利用隨機(jī)數(shù)學(xué)、模糊數(shù)學(xué)以及區(qū)間數(shù)學(xué)的方法解決健康診斷和風(fēng)險評估過程中存在的不確定性問題。
　　論文首先對牽引供電系統(tǒng)健康診斷和風(fēng)險評估過程中存在的不確定性因素進(jìn)行了分析，并將其歸納為信息獲取的不確定、健康認(rèn)知的不確定以及牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的不確定三個方

4、面。
　　針對牽引供電系統(tǒng)故障診斷中信息獲取的不確定性，提出考慮信源設(shè)備服役特性的Petri網(wǎng)故障診斷方法，采用隨機(jī)數(shù)學(xué)中的Weibull分布對牽引供電系統(tǒng)保護(hù)裝置及斷路器的可靠性進(jìn)行建模，利用最小二乘法對Weibull分布參數(shù)進(jìn)行估計，得到保護(hù)裝置及斷路器的可靠性函數(shù)，根據(jù)設(shè)備的服役時間得到設(shè)備的可靠性。將保護(hù)裝置和斷路器的可靠性與故障診斷時模糊Petri網(wǎng)初始庫所的可信度聯(lián)系起來，使得初始庫所置信度的確定更符合實(shí)際情況，更有現(xiàn)

5、實(shí)依據(jù);利用相互之間的可靠性關(guān)系作為確定庫所權(quán)重的依據(jù)，使得可靠性高的設(shè)備提供的信息可信度高，推理時的權(quán)重大，從而減小信息不確定對故障診斷結(jié)果的影響。利用某段實(shí)際的牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了故障診斷分析，結(jié)果表明診斷結(jié)果的置信度與信源設(shè)備的服役時間相關(guān)聯(lián)，對現(xiàn)實(shí)的解釋能力更強(qiáng)。
　　針對牽引供電系統(tǒng)健康評估過程中健康認(rèn)知的不確定性，提出利用模糊綜合推理對健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評價的方法，建立了牽引供電系統(tǒng)健康狀態(tài)的模糊綜合評價模型，分析了其評價

6、因素集、評價集及權(quán)重集，分析了綜合評價時權(quán)重的確定方法，分別采用層次分析法及熵權(quán)法作為牽引變電所及接觸網(wǎng)健康狀態(tài)評價過程中指標(biāo)權(quán)重的確定方法，并將二者結(jié)合對牽引供電系統(tǒng)的健康狀態(tài)進(jìn)行了綜合評估。以某段牽引供電系統(tǒng)為例，通過模糊變換將評價指標(biāo)轉(zhuǎn)化為隸屬度進(jìn)行描述，分別對牽引變電所及接觸網(wǎng)的健康狀態(tài)進(jìn)行了綜合評估，并在此基礎(chǔ)上得到該段牽引供電系統(tǒng)的整體健康狀態(tài)。評價結(jié)果簡單清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)，特別是可以實(shí)現(xiàn)健康狀態(tài)的數(shù)值量化，能讓現(xiàn)場運(yùn)營維護(hù)人

7、員更直觀的掌握牽引供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)并了解其發(fā)展變化趨勢。
　　針對牽引供電系統(tǒng)可靠性預(yù)測過程中環(huán)境的不確定性，通過統(tǒng)計和概率的方法，挖掘歷史故障數(shù)據(jù)所體現(xiàn)出的規(guī)律，對牽引供電系統(tǒng)可能的故障情況及可靠性進(jìn)行預(yù)測。利用逐步回歸選元，確定影響牽引供電系統(tǒng)工作狀態(tài)的外部氣象因素，通過回歸分析建立牽引供電系統(tǒng)故障次數(shù)與外部氣象因素之間的關(guān)聯(lián)模型，利用此模型對未來特定條件下可能的故障情況進(jìn)行預(yù)測;針對牽引供電系統(tǒng)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用Weib

8、ull分布對牽引供電系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行描述，對比了水平殘差平方和最小及垂直殘差平方和最小兩種方法的估計效果，利用歷史故障信息擬合得到牽引供電系統(tǒng)的可靠性函數(shù)，利用此函數(shù)對牽引供電系統(tǒng)未來特定時間下的可靠性進(jìn)行估計?？煽啃灶A(yù)測的結(jié)果可為牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)營管理提供參考，為預(yù)防性管理提供依據(jù)，對避免故障發(fā)生，減小故障影響具有重要意義。
　　針對牽引供電系統(tǒng)風(fēng)險評估過程中環(huán)境條件的不確定性，利用區(qū)間數(shù)學(xué)的方法，在回歸統(tǒng)計分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，重

9、點(diǎn)對影響最大的雷擊災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險評估。分析了影響牽引供電系統(tǒng)雷擊風(fēng)險的組成因素，建立了牽引供電系統(tǒng)雷擊災(zāi)害風(fēng)險評估模型。采用區(qū)間數(shù)取代確定數(shù)值，對雷擊風(fēng)險評估過程中的年落雷密度、雷擊危險區(qū)的面積、雷擊可能造成的損失進(jìn)行描述。針對某段牽引供電系統(tǒng)雷擊風(fēng)險的評估結(jié)果表明，區(qū)間數(shù)方法能反映不確定性對風(fēng)險評估結(jié)果的影響，可對牽引供電系統(tǒng)遭受雷擊損害的風(fēng)險程度進(jìn)行區(qū)間量化，確定出雷擊損害風(fēng)險較高的系統(tǒng)和設(shè)備，從而為牽引供電系統(tǒng)的差異化防雷措施提供