CN109061361B - Zpw-2000补偿电容开路故障预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了ZPW‑2000补偿电容开路故障预警方法，方法包括如下步骤：步骤S1：采集轨出电压数据；步骤S2：对采集的轨出电压数据进行预处理；步骤S3：如果对轨出电压进行包络提取，则进入步骤S4；如果对轨出电压进行相位偏移处理则进入步骤S5；步骤S5：判断轨出电压是否出现相位偏移，若是则定位补偿电容发生了故障的位置，进入步骤S6；若否，则表示正常，结束程序；解决了补偿电容开路故障检测成本高、检测周期长、检测时效性低，不能及时发现补偿电容故障的问题。

Description

ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法
技术领域
本发明涉及补偿电容开路故障预警领域，特别是ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法。
背景技术
在现有技术中，针对ZPW-2000补偿电容开路故障，主要的诊断方法分为两种：
1.定期检测方法：定期检测由电务检测车完成，电务检测车在被测轨道上运行时，相应车载设备不断向轨道发送并接收测试信号，电务人员通过观察测量发送和接收信号差异，来检验补偿电容是否发生故障。该故障检测方法需由定期开行的专用电务检测车完成，检测成本高、检测周期长、检测时效性低，不能及时发现补偿电容故障。
2.现有智能诊断研究：列车在轨道上运行时，通过车载天线TCR实时感应轨面移频信息，并由车载设备将移频信息传送给地面客户端进行分析。地面客户端结合人工经验和故障诊断算法，对移频信息进行分析处理，实现对补偿电容故障的诊断和定位。然而，该方法必须在轨道上有列车运行的情况下，才能对ZPW-2000轨道电路补偿电容故障进行识别诊断，当轨道上没有列车运行时，则不能检测补偿电容故障，因此这类方法的检测实效性不足，也无法实现故障预警。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，解决了检测成本高、检测周期长、检测时效性低，不能及时发现补偿电容故障的问题。
本发明采用的技术方案是，ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，方法包括如下步骤：
步骤S1：采集轨出电压数据；
步骤S2：对采集的轨出电压数据进行预处理；
步骤S3：如果对轨出电压进行包络提取，则进入步骤S4；如果对轨出电压进行相位偏移处理则进入步骤S5；
步骤S4：判断提取出的轨出电压包络信号是否出现暂态过程，若是，则补偿电容发生了开路故障进入步骤S6，若否则表示正常，结束程序；
步骤S5：判断轨出电压是否出现相位偏移，若是则定位补偿电容发生了故障的位置，进入步骤S6；若否，则表示正常，结束程序；
步骤S6：发出故障预警信息,结束程序。
优选地，步骤S2的预处理包括滤除谐波、降噪和归一化。
优选地，步骤S4的轨出电压包络信号是否出现暂态过程为当区域段轨出电压包络出现先下降再上升暂态过程，且暂态过程后轨出电压稳态峰值较暂态过程前低，则判定该区域段发生补偿电容开路故障，向监测***提出预警信息。
优选地，步骤S3对轨出电压进行相位偏移处理的具体步骤为：
步骤S31：对地面集中监测***的轨出电压Ure(t)进行Hilbert变换，得到电压Ure(t)；
步骤S32：将Ure(t)整理为复数形式
Ure(t)＝Im(Ure(t))+i.Re(Ure(t))
式中，Im(Ure(t))表示Ure(t)的实部，Re(Ure(t))为Ure(t)的虚部；
步骤S33：求出轨出电压Ure(t)的瞬时相位θre(t)可以表示为
步骤S34:当发生补偿电容开路故障后，在暂态过渡到稳态过程中，轨出电压Ure(t)的相位会发生一定程度的偏移，且不同位置补偿电容开路，引起的相位偏移不同，根据补偿电容开路故障引发的轨出电压相位变化情况，制定故障依据。
步骤S35：通过实时检测电压Ure(t)的暂态过程前后的相位变化Δθre(t)，根据制定的定位依据，实现ZPW-2000轨道电路无车情形下，对补偿电容开路故障的定位功能，从而指导工程维修。
本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的有益效果如下：
1.实现无车条件下的故障检测：传统的补偿电容故障检测需要专用的轨检车或运行列车的车载监测信息，当轨道区段无车时，不能检测补偿电容故障。本发明在有车和无车条件下，均可实现轨道区段的补偿电容故障检测和定位，达到补偿电容开路故障的实时检测。
2.实现补偿电容开路故障的低成本检测：本发明不需要增加轨道电路监测采集设备，充分利用既有的地面集中监测***的轨道电路轨出电压监测信息，对其进行暂态分析处理后实现补偿电容开路故障诊断，既便利又节约成本。
3.实现补偿电容开路故障的预警功能：本发明可利用集中监测***的24小时实时轨出电压监测信息，通过暂态分析，在无车经过轨道区段时也能进行该区段补偿电容的开路故障诊断，从而在列车到来前为运营维护人员提前掌握补偿电容工作状态提供分析诊断信息，实现补偿电容的故障预警。
附图说明
图1为本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的总流程图。
图2为本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的相位偏移处理流程图。
图3为本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的轨道电路未发生故障情况下轨出电压暂态波形。
图4为本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的第五个补偿电容C5在10ms发生开路故障情况下轨出电压暂态波形。
图5为本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的补偿电容C5在10ms发生开路引起的轨出电压相位变化图。
图6为本发明ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法的补偿电容C5、C8、C10在10ms发生开路引起的轨出电压相位变化图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
基于对集中监测***中轨出电压处理分析的ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S1：对集中监测***中轨出电压数据进行实时采集；
步骤S2：对采集的轨出电压数据进行预处理，包括降噪，归一化；
步骤S3：如果对轨出电压进行包络提取，则进入步骤S4；如果对轨出电压进行相位偏移处理则进入步骤S5；
步骤S4：判断提取出的轨出电压包络信号是否出现暂态过程，若是，则补偿电容发生了开路故障进入步骤S6，若否则表示正常，结束程序；
步骤S5：判断轨出电压是否出现相位偏移，若是则定位补偿电容发生了故障的位置，进入步骤S6；若否，则表示正常，结束程序；
步骤S6：将轨出电压包络和相位偏移信息发送至专家***，根据专家***知识库中诊断依据，给出补偿电容开路故障预警信息,结束程序。
本方案的步骤S2的预处理包括滤除谐波、降噪和归一化。
本方案的步骤S4的轨出电压包络信号是否出现暂态过程为当区域段轨出电压包络出现先下降再上升暂态过程，且暂态过程后轨出电压稳态峰值较暂态过程前低，则判定该区域段发生补偿电容开路故障，向监测***提出预警信息。
如图2至图5所示,本方案的步骤S3对轨出电压进行相位偏移处理的具体步骤为：
步骤S31：对地面集中监测***的轨出电压Ure(t)进行Hilbert变换，得到电压Ure(t)；
步骤S32：将Ure(t)整理为复数形式
Ure(t)＝Im(Ure(t))+i.Re(Ure(t))
式中，Im(Ure(t))表示Ure(t)的实部，Re(Ure(t))为Ure(t)的虚部；
步骤S33：求出轨出电压Ure(t)的瞬时相位θre(t)可以表示为
步骤S34:当发生补偿电容开路故障后，在暂态过渡到稳态过程中，轨出电压Ure(t)的相位会发生一定程度的偏移，且不同位置补偿电容开路，引起的相位偏移不同，根据补偿电容开路故障引发的轨出电压相位变化情况，制定故障依据。
步骤S35：将实时检测电压Ure(t)的暂态过程前后的相位变化Δθre(t)输入专家***，根据专家***中故障诊断依据，实现ZPW-2000轨道电路无车情形下，对补偿电容开路故障的定位功能，从而指导工程维修。
本实施方案在实施时，ZPW-2000补偿电容发生开路故障，其实质是轨道电路参数的突变，从而引发受电端轨道信号幅值由暂态过渡到稳态的过程。若能基于集中监测***对采集的轨出电压信号进行暂态分析，探究其暂态特性与补偿电容故障的关系，实现补偿电容故障地面检测，可大大提高诊断的便利性和时效性。
本发明以ZPW-2000无绝缘轨道电路为研究对象，通过实时采集地面集中监测***中轨出电压数据，经预处理后，提取和观测轨出电压的相位和包络变化情况，制定补偿电容开路故障诊断依据，并根据诊断依据，实现对补偿电容开路故障的暂态预警和定位功能，具体实施步骤如下：
第一步：对轨出电压信号进行预处理，采集集中监测***轨出电压信号，并进行预处理，包括对信号进行滤除谐波、降噪、归一化。
第二步：如图3所示，提取轨出电压峰值包络，实时监测轨出电压暂态变化情况，提取并实时监测Ure(t)的峰值包络。当某区段轨出电压包络出现先下降再上升暂态过程，且暂态过程后轨出电压稳态峰值较暂态过程前低，则判定该区段可能发生补偿电容开路故障，向监测***提出预警信息。
第三步：实时提取轨出电压相位信息
对地面集中监测***的轨出电压Ure(t)进行Hilbert变换，得到电压Ure(t)；
将Ure(t)整理为复数形式
Ure(t)＝Im(Ure(t))+i.Re(Ure(t))
式中，Im(Ure(t))表示Ure(t)的实部，Re(Ure(t))为Ure(t)的虚部；
步骤S33：求出轨出电压Ure(t)的瞬时相位θre(t)可以表示为
步骤S34:如图4所示,当发生补偿电容开路故障后，在暂态过渡到稳态过程中，轨出电压Ure(t)的相位会发生一定程度的偏移，且不同位置补偿电容开路，引起的相位偏移不同，根据补偿电容开路故障引发的轨出电压相位变化情况，制定故障依据。
步骤S35：将实时检测电压Ure(t)的暂态过程前后的相位变化Δθre(t)输入专家***，根据制定的诊断依据，实现ZPW-2000轨道电路无车情形下，对补偿电容开路故障的诊断和定位功能，从而指导工程维修。
对比图3和图4可以发现，第五个补偿电容C5发生开路故障时，轨出电压包络会出现先上升后下降的暂态过程。根据图5可以发现，当第五个补偿电容C5发生补偿电容开路故障后，在暂态过渡到稳态过程中，轨出电压Ure(t)的相位会发生一定程度的偏移。根据图6可以发现，不同位置补偿电容发生开路故障时，引发的相位偏移不同。
由此根据轨出电压包络变化和相位偏移情况，可制定补偿电容开路故障的诊断依据。通过实时监测轨出电压Ure(t)包络的暂态过程和相位变化情况Δθre(t)，可实现ZPW-2000轨道电路无车情形下，对补偿电容开路故障诊断和定位功能，从而提出补偿电容预警信息，指导工程维修。

Claims (4)

1.ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，基于无车条件下集中监测***的轨出电压处理分析，得出ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
步骤S1：采集轨出电压数据；
步骤S2：对采集的轨出电压数据进行预处理；
步骤S3：如果对轨出电压进行包络提取，则进入步骤S4；如果对轨出电压进行相位偏移处理则进入步骤S5；
步骤S4：判断提取出的轨出电压包络信号是否出现暂态过程，若是，则补偿电容发生了开路故障进入步骤S6，若否则表示正常，结束程序；
步骤S5：判断轨出电压是否出现相位偏移，若是则定位补偿电容发生了故障的位置，进入步骤S6；若否，则表示正常，结束程序；
步骤S6：将轨出电压包络和相位偏移信息发送至专家***，根据专家***知识库中诊断依据，给出补偿电容开路故障预警信息，结束程序。
2.根据权利要求1所述的ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，其特征在于，所述步骤S2的预处理包括滤除谐波、降噪和归一化。
3.根据权利要求1所述的ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，其特征在于，所述步骤S4的轨出电压包络信号是否出现暂态过程为当区域段轨出电压包络出现先下降再上升暂态过程，且暂态过程后轨出电压稳态峰值较暂态过程前低，则判定该区域段发生补偿电容开路故障，向监测***提出预警信息。
4.根据权利要求1所述的ZPW-2000补偿电容开路故障预警方法，其特征在于，所述步骤S3对轨出电压进行相位偏移处理的具体步骤为：
步骤S31：对地面集中监测***的轨出电压Ure(t)进行Hilbert变换，得到电压Ure(t)；
步骤S32：将Ure(t)整理为复数形式
Ure(t)＝Im(Ure(t))+i.Re(Ure(t))
式中，Im(Ure(t))表示Ure(t)的实部，Re(Ure(t))为Ure(t)的虚部；
步骤S33：求出轨出电压Ure(t)的瞬时相位θre(t)可以表示为
步骤S34：当发生补偿电容开路故障后，在暂态过渡到稳态过程中，轨出电压Ure(t)的相位会发生一定程度的偏移，且不同位置补偿电容开路，引起的相位偏移不同，根据补偿电容开路故障引发的轨出电压相位变化情况，制定故障依据，并输入专家***；
步骤S35：将实时检测电压Ure(t)的暂态过程前后的相位变化Δθre(t)输入专家***，根据专家***中故障诊断依据，实现ZPW-2000轨道电路无车情形下，对补偿电容开路故障的诊断和定位功能，提出故障预警信息和工程维修建议。
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