智能化供電設備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)設計

1、<p>　　智能化供電設備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)設計</p><p>　　摘 要：隨著電力企業(yè)向市場化邁進，供電設備的檢修工作，由狀態(tài)檢修代替定期檢修是必然的。采用人工智能的思想設計了供電設備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有供電設備狀態(tài)評估、故障診斷、檢修決策、制定檢修計劃、自學習和企業(yè)網(wǎng)站檢修信息發(fā)布功能。并且重點介紹了故障診斷的兩個診斷模塊：基于專家系統(tǒng)的單一診斷模塊和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的綜合診斷模塊。

2、 </p><p>　　關鍵詞：[HTSS]供電設備；狀態(tài)檢修；專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡</p><p>　　狀態(tài)檢修方式以設備當前的實際工作狀況為依據(jù)，它通過先進的狀態(tài)監(jiān)測和診斷手段、可靠性評價手段以及壽命預測手段，判斷設備的狀態(tài)，識別故障的早期征兆，對故障部位其及嚴重程度、故障發(fā)展趨勢做出判斷，并根據(jù)分析診斷結果，在設備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動實施維修［1］。它為電

3、氣設備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質運行提供了可靠的技術和管理保障。</p><p>　　作到狀態(tài)檢修的關鍵是對設備狀態(tài)的判斷，不僅要識別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且預測未來可能發(fā)生的故障。解決這些問題，一些常規(guī)的計算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因為在這些問題中，人類專家的經(jīng)驗起著主導作用。因此，專家系統(tǒng)技術已經(jīng)運用到電力設備狀態(tài)檢修中，特別是發(fā)電設備的狀態(tài)檢修。而專家系統(tǒng)技術用于供電設備的狀態(tài)檢修還不多見。原

4、因在于供電設備的狀態(tài)檢修起步比較晚，這與早年實行“重發(fā)輕供不管用”的政策有關。當前電力企業(yè)深化改革，以利潤為中心，實行內部模擬電力市場，促使供電企業(yè)努力提高供電可靠率和檢修的經(jīng)濟性。因此供電設備的狀態(tài)檢修勢在必行。</p><p>　　狀態(tài)檢修能夠使檢修和管理效率提高，設備大修間隔延長和小修頻率降低，杜絕不足維修和過剩維修，減少重大事故的發(fā)生，提高了設備的可用系數(shù)，從而降低了企業(yè)經(jīng)營成本。</p>

5、<p>　　1、配電設備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)的總體結構</p><p>　　隨著傳感技術、微電子、數(shù)字信號處理和計算機網(wǎng)絡技術在狀態(tài)監(jiān)測中的應用，使狀態(tài)檢修成為可能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、模糊集理論等綜合智能技術在狀態(tài)識別和故障診斷中的應用，使狀態(tài)檢修得以實現(xiàn)［2，3］。</p><p>　　本系統(tǒng)根據(jù)在線和離線監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)、設備壽命預測數(shù)據(jù)、可靠性評價數(shù)據(jù)、設計參數(shù)

6、、檢修歷史數(shù)據(jù)、同類設備統(tǒng)計數(shù)據(jù)等進行綜合分析，并利用狀態(tài)評價準則體系對設備狀態(tài)變化趨勢進行預測，運用決策模型給出檢修什么和何時檢修的建議，并制定檢修計劃，發(fā)布到企業(yè)網(wǎng)站?？傮w結構如圖1所示。</p><p>　　1.1設備綜合管理模塊</p><p>　　狀態(tài)檢修需要大量描述設備狀態(tài)及其演變過程的準確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理、存儲所有設

7、備資產清單，設備臺帳圖紙、設備設計數(shù)據(jù)、設備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設備變更與維修記錄、設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測點設置、設備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)等等。</p><p>　　1.2智能化診斷模塊</p><p>　　該模塊用專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡結合的方法實現(xiàn)。既能對單一試驗數(shù)據(jù)進行故障診斷，也能對多種試驗數(shù)據(jù)進行綜合診斷。單一診斷用產生式專家系統(tǒng)，將規(guī)程規(guī)

8、定和專家知識存儲在知識庫，可以隨時更新、修改。綜合診斷用人工神經(jīng)元BP網(wǎng)絡。功能模塊之間用狀態(tài)驅動。每一個層次的數(shù)據(jù)可以維護、查詢，有利于程序的模塊化設計［4，5］。</p><p>　　1.3檢修決策模塊</p><p>　　對單一設備，根據(jù)不同運行方式和檢修方式，運用技術經(jīng)濟分析方法，對檢修費用、效益進行評估，給出對該設備來說最佳檢修時間、檢修措施和檢修項目，并形成檢修決策報告。

9、</p><p>　　1.4編制檢修計劃模塊</p><p>　　狀態(tài)檢修并不排斥檢修計劃的作用，恰恰相反，狀態(tài)檢修體制還要利用一些先進的技術手段來動態(tài)地制訂和優(yōu)化供電設備檢修計劃，以充分發(fā)揮檢修計劃的指導作用。在狀態(tài)檢修體制下，面對眾多需要檢修的設備，檢修計劃的編制根據(jù)檢修決策的結果，負荷預測、趨勢分析、動態(tài)規(guī)則等手段考慮配網(wǎng)的運行方式、供電可靠性、經(jīng)濟性等要求，使檢修計劃既具有可行性

10、，又具有科學性和經(jīng)濟性。</p><p>　　1.5企業(yè)網(wǎng)站檢修信息發(fā)布模塊</p><p>　　將排定的檢修計劃發(fā)布在供電企業(yè)網(wǎng)站上，供生產單位執(zhí)行，也為用戶提供了檢修信息，大用戶據(jù)此安排生產，減少供電設備檢修帶來的損失。這能提供服務質量，增加供電工作的透明度。</p><p>　　2、基于專家系統(tǒng)的單一診斷模塊</p><p>　　

11、2.1單一診斷功能</p><p>　　單一診斷是指對一種檢測方法所取得的數(shù)據(jù)進行處理和判斷，得出故障征兆或有關設備狀態(tài)的初步結論。這些檢測方法指：油中氣體色譜檢測、繞組直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測、絕緣介質損耗檢測、油質檢測和絕緣老化的檢測等等。檢測的數(shù)據(jù)與規(guī)程比、與歷史比、與同類設備比，并考慮當前系統(tǒng)的運行狀況，將這些知識保存在專家系統(tǒng)的規(guī)則庫中。</p><p>&

12、lt;b>　　 </b></p><p>　　通過各種方法檢測到的數(shù)據(jù)，或通過檢測數(shù)據(jù)計算出的數(shù)據(jù)，并不能說明當前設備的狀況，只有與標準值比較，才能得到設備可能故障的征兆。如在變壓器預防性試驗中，繞組直流電阻MVA以下的變壓器，相間差別是5%，與規(guī)程比較，規(guī)程規(guī)定一般不超過4%，所以得出繞組直流電阻相間差別過高的征兆。</p><p>　　單一診斷是對單項試驗數(shù)據(jù)進行

13、診斷。該方法簡單、宜于實現(xiàn)，有時可直接定位故障。但更多時給的結論不夠清晰，或結論片面。因此，該過程可以看作綜合診斷的前期數(shù)據(jù)處理［6］。</p><p>　　單一診斷的結果可能有四種：</p><p><b>　　1）明確定位故障；</b></p><p>　　2）參數(shù)正常，不存在與此參數(shù)有關的故障；</p><p>

14、　　3）不確定故障是否存在；</p><p>　　4）故障確實存在，但不能定位。后兩種情況給出的結果不明確，需要更多的信息進行明確判斷，由綜合診斷來完成。但單一診斷的所有診斷結果都送到綜合數(shù)據(jù)庫里。在綜合診斷中，對四種結論的處理各不相同。</p><p><b>　　單一診斷的過程是：</b></p><p>　?。?）數(shù)據(jù)采集：采集定期或不定

15、期的試驗數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）參數(shù)計算：有些參數(shù)據(jù)不能直接測得，需要用試驗數(shù)據(jù)計算得到。</p><p>　?。?）參數(shù)換算：有時要把試驗數(shù)據(jù)或參數(shù)換算成某一環(huán)境下的數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)比較：試驗數(shù)據(jù)或換算后的數(shù)據(jù)與規(guī)程規(guī)定的標準試驗數(shù)據(jù)比較，與設備原始數(shù)據(jù)比較；</p><p>　　（5）得出結論：單一診

16、斷的結論是上述的四種結論。如果不需綜合診斷，則可以直接生成診斷報告。</p><p>　　2.2專家系統(tǒng)各模塊的功能</p><p>　　單一診斷功能由專家系統(tǒng)實現(xiàn)，該專家系統(tǒng)的模塊如下：</p><p>　　（1）數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)來源于設備綜合管理模塊。該庫需要的數(shù)據(jù)有：設備工況數(shù)據(jù)，設備設計參數(shù)，設備缺陷與檢修歷史數(shù)據(jù)，事故記錄，同類設備統(tǒng)計數(shù)據(jù)；</

17、p><p>　?。?）知識庫：該庫包括故障診斷知識和設備狀態(tài)預測知識。包含有設備的有關標準、規(guī)程、導則和有關設備性能指標的資料，以及收集的國內外諸多專家分析判斷設備故障的權威經(jīng)驗，用產生式知識表示法表示知識；</p><p>　?。?）推理機：能進行故障診斷和設備狀態(tài)預測，并設置監(jiān)控預警功能，發(fā)現(xiàn)設備缺陷，向運行值班和檢修負責人發(fā)出警報?？紤]到供電設備故障的特點：有時是一種故障引起多個征兆；

18、有時是一種征兆是由多個故障引起的，因此推理方式采用混合推理；</p><p>　?。?）學習機：隨著標準、規(guī)程及導則中有關內容的變化，經(jīng)驗不斷積累和增加。診斷知識庫要隨時擴充、修改、更新，增強專家系統(tǒng)的診斷、決策能力。因此，要求學習機有很強的自學習功能。自學習包括三個方面的內容：</p><p>　?、倬驮\斷對象的功能狀態(tài)去識別系統(tǒng)未曾掌握的征兆，并形成新的知識；</p>

19、<p>　?、谟行碌脑O備時，能夠學習新設備的故障征兆和判斷設備狀態(tài)的規(guī)則；</p><p>　?、蹖χR的自行校正，如一致性檢驗、冗余檢驗等。</p><p>　　3、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡的綜合診斷模塊</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡是對人腦神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)學模擬，其目的是學習和模仿人腦的信息處理方式。神經(jīng)網(wǎng)絡把知識變成網(wǎng)絡的權值和閥值，并分布存儲在整個神經(jīng)網(wǎng)絡之

20、中。在確定了神經(jīng)網(wǎng)絡的結構參數(shù)、神經(jīng)元特性和學習算法之后，神經(jīng)網(wǎng)絡的知識表達是與它的知識獲取過程同時進行、同時完成的。當訓練結束時，神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)所獲取的知識就表達為網(wǎng)絡權值矩陣和閥值矩陣。神經(jīng)網(wǎng)絡具有知識容量大，處理的問題范圍廣，推理速度快等優(yōu)勢。所以綜合診斷是運用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡在故障征兆與故障位置之間建立起數(shù)學模型，將綜合診斷知識存儲在網(wǎng)絡的權值和閥值里。采用BP網(wǎng)絡進行模型。故障征兆是輸入層的X1，X2，X3，XL；輸出層的Y1，Y

21、2，Y3，YN是具體的故障。這里的故障征兆就是單一診斷的結論。</p><p><b>　　4、結束語</b></p><p>　　供電設備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)中設備狀態(tài)診斷是關鍵，不僅能對已經(jīng)發(fā)生的故障做出診斷，還能對將要發(fā)生的故障進行預測，這樣才能根據(jù)狀態(tài)進行檢修。自學習功能，增加了該系統(tǒng)的靈活性，隨著經(jīng)驗的積累，知識庫的日益豐富，狀態(tài)診斷的可靠性將日益提高。&

22、lt;/p><p>　　狀態(tài)檢修離不開狀態(tài)檢測技術，供電設備的狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)有許多的方法，如直流電阻測量，油色譜分析，絕緣性能測試，遠紅外測溫，有載調壓開關特性測試等。隨著這些監(jiān)測手段的日益完善，監(jiān)測點逐漸增多，監(jiān)測設備的功能強大，通過先進的通訊手段和計算機網(wǎng)絡化管理，狀態(tài)檢修系統(tǒng)就更為健全。</p><p>　　從電力行業(yè)發(fā)展看，供電設備狀態(tài)檢修代替定期檢修是必然的，但要有一段很長的過渡過程

23、，在這期間，可能兩種檢修方式并存。做到真正的狀態(tài)檢修，僅有技術支持系統(tǒng)是不夠的，還需要管理工作的配合、加強檢修人員的培訓等。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　［1］楊叔子，鄭曉軍。人工職能與診斷專家系統(tǒng)［M］。西安交通大學出版社，1990.</p><p>　?。?］許婧，王晶，高峰，束洪春。電力設備狀態(tài)檢

24、修技術研究綜述［J］。電網(wǎng)技術，2000（8）。</p><p>　　［3］白建青。供電設備從定期維修制向狀態(tài)檢修制過渡［J］。青海電力，1998（4）。</p><p>　　［4］尤鐘曉，盧章輝，岑文輝。面向對象的電力系統(tǒng)調度操作專家系統(tǒng)［J］。電力系統(tǒng)自動化，1999（1）。</p><p>　　［5］邵勝利。開展狀態(tài)檢修實現(xiàn)可靠性和經(jīng)濟性相統(tǒng)一［J］。電