智能化供電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　智能化供電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：隨著電力企業(yè)向市場(chǎng)化邁進(jìn)，供電設(shè)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(shè)計(jì)了供電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有供電設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、故障診斷、檢修決策、制定檢修計(jì)劃、自學(xué)習(xí)和企業(yè)網(wǎng)站檢修信息發(fā)布功能。并且重點(diǎn)介紹了故障診斷的兩個(gè)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(luò)的綜合診斷模塊。

2、 </p><p>　　關(guān)鍵詞：[HTSS]供電設(shè)備；狀態(tài)檢修；專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　狀態(tài)檢修方式以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù)，它通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷手段、可靠性評(píng)價(jià)手段以及壽命預(yù)測(cè)手段，判斷設(shè)備的狀態(tài)，識(shí)別故障的早期征兆，對(duì)故障部位其及嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢(shì)做出判斷，并根據(jù)分析診斷結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動(dòng)實(shí)施維修［1］。它為電

3、氣設(shè)備安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。</p><p>　　作到狀態(tài)檢修的關(guān)鍵是對(duì)設(shè)備狀態(tài)的判斷，不僅要識(shí)別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的故障。解決這些問題，一些常規(guī)的計(jì)算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因?yàn)樵谶@些問題中，人類專家的經(jīng)驗(yàn)起著主導(dǎo)作用。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到電力設(shè)備狀態(tài)檢修中，特別是發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)檢修。而專家系統(tǒng)技術(shù)用于供電設(shè)備的狀態(tài)檢修還不多見。原

4、因在于供電設(shè)備的狀態(tài)檢修起步比較晚，這與早年實(shí)行“重發(fā)輕供不管用”的政策有關(guān)。當(dāng)前電力企業(yè)深化改革，以利潤(rùn)為中心，實(shí)行內(nèi)部模擬電力市場(chǎng)，促使供電企業(yè)努力提高供電可靠率和檢修的經(jīng)濟(jì)性。因此供電設(shè)備的狀態(tài)檢修勢(shì)在必行。</p><p>　　狀態(tài)檢修能夠使檢修和管理效率提高，設(shè)備大修間隔延長(zhǎng)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(shè)備的可用系數(shù)，從而降低了企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本。</p>

5、<p>　　1、配電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　隨著傳感技術(shù)、微電子、數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論等綜合智能技術(shù)在狀態(tài)識(shí)別和故障診斷中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢修得以實(shí)現(xiàn)［2，3］。</p><p>　　本系統(tǒng)根據(jù)在線和離線監(jiān)測(cè)診斷數(shù)據(jù)、設(shè)備壽命預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、可靠性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)

6、、檢修歷史數(shù)據(jù)、同類設(shè)備統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，并利用狀態(tài)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則體系對(duì)設(shè)備狀態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，運(yùn)用決策模型給出檢修什么和何時(shí)檢修的建議，并制定檢修計(jì)劃，發(fā)布到企業(yè)網(wǎng)站?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。</p><p>　　1.1設(shè)備綜合管理模塊</p><p>　　狀態(tài)檢修需要大量描述設(shè)備狀態(tài)及其演變過程的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設(shè)備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理、存儲(chǔ)所有設(shè)

7、備資產(chǎn)清單，設(shè)備臺(tái)帳圖紙、設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備變更與維修記錄、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測(cè)點(diǎn)設(shè)置、設(shè)備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計(jì)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(luò)結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。既能對(duì)單一試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，也能對(duì)多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合診斷。單一診斷用產(chǎn)生式專家系統(tǒng)，將規(guī)程規(guī)

8、定和專家知識(shí)存儲(chǔ)在知識(shí)庫，可以隨時(shí)更新、修改。綜合診斷用人工神經(jīng)元BP網(wǎng)絡(luò)。功能模塊之間用狀態(tài)驅(qū)動(dòng)。每一個(gè)層次的數(shù)據(jù)可以維護(hù)、查詢，有利于程序的模塊化設(shè)計(jì)［4，5］。</p><p>　　1.3檢修決策模塊</p><p>　　對(duì)單一設(shè)備，根據(jù)不同運(yùn)行方式和檢修方式，運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法，對(duì)檢修費(fèi)用、效益進(jìn)行評(píng)估，給出對(duì)該設(shè)備來說最佳檢修時(shí)間、檢修措施和檢修項(xiàng)目，并形成檢修決策報(bào)告。

9、</p><p>　　1.4編制檢修計(jì)劃模塊</p><p>　　狀態(tài)檢修并不排斥檢修計(jì)劃的作用，恰恰相反，狀態(tài)檢修體制還要利用一些先進(jìn)的技術(shù)手段來動(dòng)態(tài)地制訂和優(yōu)化供電設(shè)備檢修計(jì)劃，以充分發(fā)揮檢修計(jì)劃的指導(dǎo)作用。在狀態(tài)檢修體制下，面對(duì)眾多需要檢修的設(shè)備，檢修計(jì)劃的編制根據(jù)檢修決策的結(jié)果，負(fù)荷預(yù)測(cè)、趨勢(shì)分析、動(dòng)態(tài)規(guī)則等手段考慮配網(wǎng)的運(yùn)行方式、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性等要求，使檢修計(jì)劃既具有可行性

10、，又具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)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(jì)劃發(fā)布在供電企業(yè)網(wǎng)站上，供生產(chǎn)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(chǎn)，減少供電設(shè)備檢修帶來的損失。這能提供服務(wù)質(zhì)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(duì)一種檢測(cè)方法所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，得出故障征兆或有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的初步結(jié)論。這些檢測(cè)方法指：油中氣體色譜檢測(cè)、繞組直流電阻檢測(cè)、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測(cè)、絕緣介質(zhì)損耗檢測(cè)、油質(zhì)檢測(cè)和絕緣老化的檢測(cè)等等。檢測(cè)的數(shù)據(jù)與規(guī)程比、與歷史比、與同類設(shè)備比，并考慮當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將這些知識(shí)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(cè)到的數(shù)據(jù)，或通過檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，并不能說明當(dāng)前設(shè)備的狀況，只有與標(biāo)準(zhǔn)值比較，才能得到設(shè)備可能故障的征兆。如在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)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(duì)單項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行

13、診斷。該方法簡(jiǎn)單、宜于實(shí)現(xiàn)，有時(shí)可直接定位故障。但更多時(shí)給的結(jié)論不夠清晰，或結(jié)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(jié)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(guān)的故障；</p><p>

14、　　3）不確定故障是否存在；</p><p>　　4）故障確實(shí)存在，但不能定位。后兩種情況給出的結(jié)果不明確，需要更多的信息進(jìn)行明確判斷，由綜合診斷來完成。但單一診斷的所有診斷結(jié)果都送到綜合數(shù)據(jù)庫里。在綜合診斷中，對(duì)四種結(jié)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(yàn)數(shù)據(jù)；</p><p>　?。?）參數(shù)計(jì)算：有些參數(shù)據(jù)不能直接測(cè)得，需要用試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到。</p><p>　　（3）參數(shù)換算：有時(shí)要把試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)或換算后的數(shù)據(jù)與規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，與設(shè)備原始數(shù)據(jù)比較；</p><p>　?。?）得出結(jié)論：?jiǎn)我辉\

16、斷的結(jié)論是上述的四種結(jié)論。如果不需綜合診斷，則可以直接生成診斷報(bào)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(shí)現(xiàn)，該專家系統(tǒng)的模塊如下：</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)來源于設(shè)備綜合管理模塊。該庫需要的數(shù)據(jù)有：設(shè)備工況數(shù)據(jù)，設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)備缺陷與檢修歷史數(shù)據(jù)，事故記錄，同類設(shè)備統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；</

17、p><p>　　（2）知識(shí)庫：該庫包括故障診斷知識(shí)和設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)知識(shí)。包含有設(shè)備的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、導(dǎo)則和有關(guān)設(shè)備性能指標(biāo)的資料，以及收集的國(guó)內(nèi)外諸多專家分析判斷設(shè)備故障的權(quán)威經(jīng)驗(yàn)，用產(chǎn)生式知識(shí)表示法表示知識(shí)；</p><p>　?。?）推理機(jī)：能進(jìn)行故障診斷和設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)，并設(shè)置監(jiān)控預(yù)警功能，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，向運(yùn)行值班和檢修負(fù)責(zé)人發(fā)出警報(bào)?？紤]到供電設(shè)備故障的特點(diǎn)：有時(shí)是一種故障引起多個(gè)征兆；

18、有時(shí)是一種征兆是由多個(gè)故障引起的，因此推理方式采用混合推理；</p><p>　　（4）學(xué)習(xí)機(jī)：隨著標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程及導(dǎo)則中有關(guān)內(nèi)容的變化，經(jīng)驗(yàn)不斷積累和增加。診斷知識(shí)庫要隨時(shí)擴(kuò)充、修改、更新，增強(qiáng)專家系統(tǒng)的診斷、決策能力。因此，要求學(xué)習(xí)機(jī)有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)功能。自學(xué)習(xí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：</p><p>　?、倬驮\斷對(duì)象的功能狀態(tài)去識(shí)別系統(tǒng)未曾掌握的征兆，并形成新的知識(shí)；</p>

19、<p>　　②有新的設(shè)備時(shí)，能夠?qū)W習(xí)新設(shè)備的故障征兆和判斷設(shè)備狀態(tài)的規(guī)則；</p><p>　　③對(duì)知識(shí)的自行校正，如一致性檢驗(yàn)、冗余檢驗(yàn)等。</p><p>　　3、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的綜合診斷模塊</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)人腦神經(jīng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模擬，其目的是學(xué)習(xí)和模仿人腦的信息處理方式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把知識(shí)變成網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值，并分布存儲(chǔ)在整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之

20、中。在確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、神經(jīng)元特性和學(xué)習(xí)算法之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表達(dá)是與它的知識(shí)獲取過程同時(shí)進(jìn)行、同時(shí)完成的。當(dāng)訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所獲取的知識(shí)就表達(dá)為網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矩陣和閥值矩陣。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有知識(shí)容量大，處理的問題范圍廣，推理速度快等優(yōu)勢(shì)。所以綜合診斷是運(yùn)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在故障征兆與故障位置之間建立起數(shù)學(xué)模型，將綜合診斷知識(shí)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值里。采用BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jié)論。</p><p><b>　　4、結(jié)束語</b></p><p>　　供電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)診斷是關(guān)鍵，不僅能對(duì)已經(jīng)發(fā)生的故障做出診斷，還能對(duì)將要發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，這樣才能根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行檢修。自學(xué)習(xí)功能，增加了該系統(tǒng)的靈活性，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，知識(shí)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(cè)技術(shù)，供電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)已經(jīng)有許多的方法，如直流電阻測(cè)量，油色譜分析，絕緣性能測(cè)試，遠(yuǎn)紅外測(cè)溫，有載調(diào)壓開關(guān)特性測(cè)試等。隨著這些監(jiān)測(cè)手段的日益完善，監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐漸增多，監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能強(qiáng)大，通過先進(jìn)的通訊手段和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備狀態(tài)檢修代替定期檢修是必然的，但要有一段很長(zhǎng)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(shù)支持系統(tǒng)是不夠的，還需要管理工作的配合、加強(qiáng)檢修人員的培訓(xùn)等。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］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(xué)出版社，1990.</p><p>　?。?］許婧，王晶，高峰，束洪春。電力設(shè)備狀態(tài)檢

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