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

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</p><p>　　摘 要：隨著電力企業(yè)向市場化邁進，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(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(yù)測手段，判斷設(shè)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(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動實施維修［1］。它為電

3、氣設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運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)鍵是對設(shè)備狀態(tài)的判斷，不僅要識別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且預(yù)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(dǎo)作用。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)運用到電力設(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，這與早年實行“重發(fā)輕供不管用”的政策有關(guān)。當前電力企業(yè)深化改革，以利潤為中心，實行內(nèi)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(shè)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(shè)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(shè)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(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)字信號處理和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，使狀態(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)識別和故障診斷中的應(yīng)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(shè)備壽命預(yù)測數(shù)據(jù)、可靠性評價數(shù)據(jù)、設(shè)計參數(shù)

6、、檢修歷史數(shù)據(jù)、同類設(shè)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(shè)備狀態(tài)變化趨勢進行預(yù)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(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、存儲所有設(shè)

7、備資產(chǎn)清單，設(shè)備臺帳圖紙、設(shè)備設(shè)計數(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)測與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測點設(shè)置、設(shè)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(luò)結(jié)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(chǎn)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(luò)。功能模塊之間用狀態(tài)驅(qū)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(shè)計［4，5］。</p><p>　　1.3檢修決策模塊</p><p>　　對單一設(shè)備，根據(jù)不同運行方式和檢修方式，運用技術(shù)經(jīng)濟分析方法，對檢修費用、效益進行評估，給出對該設(shè)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(shù)手段來動態(tài)地制訂和優(yōu)化供電設(shè)備檢修計劃，以充分發(fā)揮檢修計劃的指導(dǎo)作用。在狀態(tài)檢修體制下，面對眾多需要檢修的設(shè)備，檢修計劃的編制根據(jù)檢修決策的結(jié)果，負荷預(yù)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(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(guān)設(shè)備狀態(tài)的初步結(jié)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(zhì)損耗檢測、油質(zhì)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(shè)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(shè)備的狀況，只有與標準值比較，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(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、期的試驗數(shù)據(jù)；</p><p>　　（2）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(shè)備原始數(shù)據(jù)比較；</p><p>　?。?）得出結(jié)論：單一診

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>　?。?）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)計數(shù)據(jù)；</

17、p><p>　　（2）知識庫：該庫包括故障診斷知識和設(shè)備狀態(tài)預(yù)測知識。包含有設(shè)備的有關(guān)標準、規(guī)程、導(dǎo)則和有關(guān)設(shè)備性能指標的資料，以及收集的國內(nèi)外諸多專家分析判斷設(shè)備故障的權(quán)威經(jīng)驗，用產(chǎn)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(shè)備狀態(tài)預(yù)測，并設(shè)置監(jiān)控預(yù)警功能，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，向運行值班和檢修負責人發(fā)出警報?？紤]到供電設(shè)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(dǎo)則中有關(guān)內(nèi)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(nèi)容：</p><p>　　①就診斷對象的功能狀態(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(shè)備時，能夠?qū)W習新設(shè)備的故障征兆和判斷設(shè)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(luò)的綜合診斷模塊</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)把知識變成網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值，并分布存儲在整個神經(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)元特性和學習算法之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)束時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所獲取的知識就表達為網(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(luò)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(luò)的權(quán)值和閥值里。采用BP網(wǎng)絡(luò)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(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(yù)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(shù)，供電設(shè)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(diào)壓開關(guān)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(shè)備的功能強大，通過先進的通訊手段和計算機網(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、加強檢修人員的培訓等。</p><p><b>　　參考文獻</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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