CN111678557A - 一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统及方法，利用云诊断中心采集接收牵引变压器的实时状态参量、牵引变压器的制造参数及指标，然后通过建模单元利用数据孪生理论建立信息系统模型，再通过评估诊断模块，对牵引变压器实时状态参量进行计算得到信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位，最后通过用户端将云诊断中心生成的监测结果可视化呈现，从而解决无法远程监测牵引变压器各项运行状态的问题。
Description
技术领域
本申请涉及牵引变压器技术领域，尤其涉及一种电气化铁道牵引变压器的监测系统和方法。
背景技术
牵引变压器是高铁牵引电力系统中的重要设备，牵引电力系统在运行过程中牵引负荷季度不稳定、短路故障多、谐波含量大，运行环境十分恶劣。在这种运行环境下牵引变压器一旦出现供电故障，将对整辆高铁的运行造成重大影响。所以针对牵引变压器运行状态的智能监测就变得十分重要。
现有的监测技术可以采用牵引变压器铁芯接地的监测系统对牵引变压器运行状态进行监测。这种系统通过将传感器输出的电压信号传入环流数据采集器，在经过AD芯片得到采样结果，采样结果再通过软件FIR(Finite Impulse Response)滤波以及有效值计算，得到检测数据。最终通过网络传输至目的地。
这种监测系统虽然可以将牵引电力系统中异常段进行存储，并以图形的方式呈现给用户，可以降低工作量提高工作效率。然而这种检测系统并不能全面准确地对牵引变压器的运行状态进行评估，出现误报的概率较大。而且这种系统仅支持现场检测和预警，无法实现牵引变压器的远程智能检测预警。
发明内容
本申请提供了一种电气化铁道牵引变压器的监测系统和方法，以解决无法远程监测牵引变压器各项运行状态的问题。
一方面，本申请提供了一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，包括：云诊断中心，多个现场感知单元，多个用户端以及多个制造云平台；
所述多个现场感知单元通讯连接所述云诊断中心，用于实时采集牵引变压器的实时状态参量；
所述多个用户端通讯连接所述云诊断中心，用于接收所述云诊断中心生成的监测结果；
所述多个制造云平台通讯连接所述云诊断中心，用于提供所述牵引变压器的制造参数以及技术指标；
其中，所述云诊断中心包括：存储单元，建模单元，评估诊断模块以及制造厂家交互模块；
所述存储单元，用于存储所述牵引变压器的实时状态参量以及历史状态参量；
所述建模单元，用于根据所述历史状态参量，利用数据孪生理论建立信息系统模型；
所述评估诊断模块，用于根据所述实时状态参量计算相应所述信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识所述牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位；
所述制造厂家交互模块通讯连接所述多个制造云平台，用于获取所述牵引变压器的制造参数以及技术指标。
可选地，所述现场感知单元，还包括：合并单元以及多种状态监测IED；
所述合并单元以及所述多种状态监测IED共同设置于所述牵引变压器上。
可选地，所述多种状态监测IED，包括：油中溶解气体监测IED，局部放电监测IED，绕组温度检测IED，高压套管检测IED，非电量保护IED、有载分接开关控制IED以及冷却装置控制IED。
可选地，所述制造云平台通过所述云诊断中心获取以及备份所述牵引变压器的实时状态参量以及所述监测结果。
可选地，所述存储单元包括：云存储模块，云数据管理模块以及权限管理模块；
所述云数据管理模块以及所述权限管理模块通讯联系所述云存储模块
可选地，所述云诊断中心为监测范围内的每一台牵引变压器分配唯一标识符，所述牵引变压器上的现场感知单元通过所述标识符通讯连接所述云诊断中心。
可选地，所述用户端被配置为显示模块。
另一方面，本申请提供了一种电气化铁道牵引变压器智能监测方法，包括：
多个现场感知单元采集牵引变压器的实时状态参量，以及将所述实时状态参量发送至云诊断中心；
云制造平台将预置的牵引变压器制造参量以及技术指标发送至所述云诊断中心；
所述云诊断中心分析所述牵引变压器的实时状态参量得到监测结果，以及将所述监测结果发送至用户端；
其中，所述云诊断中心包括：存储单元，建模单元，评估诊断模块以及制造厂家交互模块；
所述存储单元将所述牵引变压器历史状态参量发送至所述建模单元，以及将所述实时状态参量发送至所述评估诊断模块；
所述建模单元根据所述历史状态参量，利用数据孪生理论建立信息系统模型；
所述评估诊断模块根据所述实时状态参量计算相应所述信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识所述牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位；
所述制造厂家交互模块获取所述牵引变压器的制造参数以及技术指标。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统及方法，利用云诊断中心采集接收牵引变压器的实时状态参量、牵引变压器的制造参数及指标，然后通过建模单元利用数据孪生理论建立信息系统模型，再通过评估诊断模块，对牵引变压器实时状态参量进行计算得到信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位，最后通过用户端将云诊断中心生成的监测结果可视化呈现，从而解决无法远程监测牵引变压器各项运行状态的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统的框架图；
图2为一种电气化铁道牵引变压器智能监测方法的流程图；
图3为云诊断中心数据处理流程图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
本申请提供的技术方案，请参见图1，为一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统框架图，由图1可知，本系统包括：云诊断中心，多个现场感知单元，多个用户端以及多个制造云平台。
所述多个现场感知单元通讯连接所述云诊断中心，用于实时采集牵引变压器的实时状态参量；所述多个用户端通讯连接所述云诊断中心，用于接收所述云诊断中心生成的监测结果；所述多个制造云平台通讯连接所述云诊断中心，用于提供所述牵引变压器的制造参数以及技术指标。
在实际应用中，云诊断中心为每一台所监测的牵引变压器分配一个唯一标识符，多个现场感知单元、多个用户端以及多个制造云平台凭借该标识符与云诊断中心进行通讯连接，互相交互。采用此种设计方式在于，在本系统监测范围内存在多个牵引变压器，为监测范围内的每一台牵引变压器分配唯一标识符就可以保证监测范围内的各个牵引变压器的唯一性，在针对监测范围内指定牵引器进行监测时便可以通过识别符快速读取被测牵引变压器的历史状态参量以及制造参数和技术指标，保证了对监测范围内的牵引变压器准确高效地进行监测，避免了在没有识别符的情况下对监测范围内牵引变压器的监测易出现数据与牵引变压器型号不符的问题。
进一步地，请参见图2，为一种电气化铁道牵引变压器智能监测方法的流程图，由图2可知，本方法包括以下步骤：
S1：多个现场感知单元采集牵引变压器的实时状态参量，以及将所述实时状态参量发送至云诊断中心。
S2：云制造平台将预置的牵引变压器制造参量以及技术指标发送至所述云诊断中心。
S3：所述云诊断中心分析所述牵引变压器的实时状态参量得到监测结果，以及将所述监测结果发送至用户端。
在实际应用中，云诊断中心用于接收现场感知单元的监测结果并对所监测牵引变压器进行实时评估与诊断，然后再将评估和诊断结果发送到对应的用户端；用户端接收云诊断中心发送的评估和诊断结果并可视化显示。其中，当云诊断中心对某一台所监测牵引变压器诊断出异常缺陷时同时对授权的用户端进行实时预警；制造厂家云平台为云诊断中心提供所监测的牵引变压器的生产制造信息，并从云诊断中心接收对应所监测牵引变压器的缺陷信息。
在本申请提供的技术方案中，现场感知单元包括：合并单元以及多种状态监测IED。
进一步地，多种状态监测IED包括：油中溶解气体监测IED，局部放电监测IED，绕组温度检测IED，高压套管检测IED，非电量保护IED、有载分接开关控制IED以及冷却装置控制IED。
合并单元用于将所监测的牵引变压器上的测量电压，电流互感器，油温，环境温度，湿度，油位以及气体聚集量的常规传感器输出的各类模拟信号进行采集，处理，并加以合并编码。在实际应用中，多种状态监测IED和合并单元并不局限于以上内容，可以根据系统需要扩展功能，本申请中不做具体限定。
在本申请提供的技术方案中，云诊断中心还包括：存储单元，建模单元，评估诊断模块以及制造厂家交互模块。
存储单元，用于存储所述牵引变压器的实时状态参量以及历史状态参量。
建模单元，用于根据所述历史状态参量，利用数据孪生理论建立信息系统模型。
评估诊断模块，用于根据实时状态参量计算相应信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位。
制造厂家交互模块通讯连接多个制造云平台，用于获取牵引变压器的制造参数以及技术指标。
进一步地，请参见图3，为云诊断中心数据处理流程图，由图可知以下步骤：
S31：所述存储单元将所述牵引变压器历史状态参量发送至所述建模单元，以及将所述实时状态参量发送至所述评估诊断模块。
S32：所述建模单元根据所述历史状态参量，利用数据孪生理论建立信息系统模型。
S33：所述评估诊断模块根据所述实时状态参量计算相应所述信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识所述牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位。
S34：所述制造厂家交互模块获取所述牵引变压器的制造参数以及技术指标。
进一步地，在本申请提供的技术方案中，存储单元还包括：云存储模块，云数据管理模块以及权限管理模块。
在实际应用中，云存储模块可以用于存储现场感知单元所采集的各项状态参量以及从制造云平台导入的所监测牵引变压器的制造参数、技术指标；云数据管理模块用于对采集的各项状态参量和从制造云平台导入的制造参数、技术指标进行分类、编号等管理操作；权限管理模块用于设置每个用户端的管理权限，采用这种设计可以避免各个用户端的用户越权操作。
例如：在不同的用户端的管理权限也各有不同，其中有仅提供查看数据的用户端亦有可以设置参数的用户端，当只有查看权限的用户端想要对系统参数进行修改时，由于权限设定，此用户便无法对系统参数进行修改。这样就可以在一定程度上避免由于误碰或其他原因造成的错误操作，所以权限管理模块的设置可以提高系统的运行稳定性，有助于保证系统的稳定运行。
建模单元，基于数字孪生理论，根据每一台所监测的牵引变压器的历史状态参量，建立其信息系统模型。数字孪生理论是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
在实际应用中，建模单元根据所监测的牵引变压器的历史状态参量，通过仿真计算建立起所监测的牵引变压器的全生命周期过程模型，然后将模型数据进行存储，待后续评估诊断模块进行调用。
评估诊断模块根据所采集的所监测牵引变压器的实时状态参量，通过调用信息系统建模模块计算所监测牵引变压器对应的信息系统模型的动态网络标志，然后再根据动态网络标志的计算结果进行评估和诊断，辨识所监测牵引变压器的异常状态，并进行缺陷定位。
制造厂家交互模块用于完成与所监测牵引变压器对应制造厂家的制造云平台信息交互的功能。
在实际应用中，制造厂家交互模块可以从存储单元获取所监测的牵引变压器的实时状态参量，历史状态参量以及缺陷信息，然后通过交互功能将所监测的牵引变压器的缺陷信息交互给制造云平台，制造云平台与所监测的牵引变压器制造厂家产品数据库通过互联网进行数据交互，因此牵引变压器制造厂家便可以通过制造云平台了解自己厂家生产的牵引变压器存在哪些缺陷，有助于制造厂家对本厂生产的牵引变压器进行技术升级，进一步完善牵引变压器的运行功能，有利于厂家更全面的了解本厂生产的产品在实际运行中的各项运行指标，同时可以为厂家节省产品运行反馈周期，提高工作效率。在本申请中，采用一个制造云平台对应一家制造厂家的模式，在实际应用中，可以将多家制造厂家整合为一个制造云平台的模式，本申请中不做具体限定。
在本申请提供的技术方案中，用户端被配置为显示模块。在实际应用中，用户端包括但不限于联网计算机和智能手机，用户端可以分别通过智能手机APP方式和联网计算机web方式实时获取所监测牵引变压器的实时运行状态、预警信息、缺陷提升以及诊断结果信息。采用这种设计的优势在于，不论是在固定的工作地点还是外出环境中都可以对所监测的牵引变压器进行实时监测。
例如：当工作人员外出时又必须对所监测的牵引变压器运行状态进行实时监测，这时就可以登录智能手机的APP客户端，由于系统中配置有权限管理模块，所以当智能手机APP客户端通过账户ID进行登录时，相应的权限同样可以在APP客户端实现。这样便可以随时随地掌握所监测的牵引变压器的运行状态，可以实现牵引变压器的远程实时监控，，不再需要人员进行现场监测。同时还可以解决由于环境因素现场监测不便的问题，可以有效提高工作效率以及监测结果的准确度。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统及方法，通过利用云诊断中心采集接收牵引变压器的实时状态参量、牵引变压器的制造参数及指标，然后通过建模单元利用数据孪生理论建立信息系统模型，再通过评估诊断模块，对牵引变压器实时状态参量进行计算得到信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位，最后通过用户端将云诊断中心生成的监测结果可视化呈现，从而解决牵引变压器无法进行远程监测其各项运行状态的问题。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，包括：云诊断中心，多个现场感知单元，多个用户端以及多个制造云平台；
所述多个现场感知单元通讯连接所述云诊断中心，用于实时采集牵引变压器的实时状态参量；
所述多个用户端通讯连接所述云诊断中心，用于接收所述云诊断中心生成的监测结果；
所述多个制造云平台通讯连接所述云诊断中心，用于提供所述牵引变压器的制造参数以及技术指标；
其中，所述云诊断中心包括：存储单元，建模单元，评估诊断模块以及制造厂家交互模块；
所述存储单元，用于存储所述牵引变压器的实时状态参量以及历史状态参量；
所述建模单元，用于根据所述历史状态参量，利用数据孪生理论建立信息系统模型；
所述评估诊断模块，用于根据所述实时状态参量计算相应所述信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识所述牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位；
所述制造厂家交互模块通讯连接所述多个制造云平台，用于获取所述牵引变压器的制造参数以及技术指标。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，所述现场感知单元，包括：合并单元以及多种状态监测IED；
所述合并单元以及所述多种状态监测IED共同设置于所述牵引变压器上。
3.根据权利要求2所述的一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，所述多种状态监测IED，包括：油中溶解气体监测IED，局部放电监测IED，绕组温度检测IED，高压套管检测IED，非电量保护IED、有载分接开关控制IED以及冷却装置控制IED。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，所述制造云平台通过所述云诊断中心获取以及备份所述牵引变压器的实时状态参量以及所述监测结果。
5.根据权利要求1所述的一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，所述存储单元包括：云存储模块，云数据管理模块以及权限管理模块；
所述云数据管理模块以及所述权限管理模块通讯连接所述云存储模块。
6.根据权利要求1所述的一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，所述云诊断中心为监测范围内的每一台牵引变压器分配唯一标识符，所述牵引变压器上的现场感知单元通过所述标识符通讯连接所述云诊断中心。
7.根据权利要求1所述的一种电气化铁道牵引变压器智能监测系统，其特征在于，所述用户端被配置为显示模块。
8.一种电气化铁道牵引变压器智能监测方法，其特征在于，包括：
多个现场感知单元采集牵引变压器的实时状态参量，以及将所述实时状态参量发送至云诊断中心；
云制造平台将预置的牵引变压器制造参量以及技术指标发送至所述云诊断中心；
所述云诊断中心分析所述牵引变压器的实时状态参量得到监测结果，以及将所述监测结果发送至用户端；
其中，所述云诊断中心包括：存储单元，建模单元，评估诊断模块以及制造厂家交互模块；
所述存储单元将所述牵引变压器历史状态参量发送至所述建模单元，以及将所述实时状态参量发送至所述评估诊断模块；
所述建模单元根据所述历史状态参量，利用数据孪生理论建立信息系统模型；
所述评估诊断模块根据所述实时状态参量计算相应所述信息系统模型的动态网络标志，根据计算结果辨识所述牵引变压器的异常状态以及进行缺陷定位；
所述制造厂家交互模块获取所述牵引变压器的制造参数以及技术指标。
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