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文檔簡介

1、電力設備狀態監測與故障診斷綜合管理系統          80年代以前,因電網電壓等級低,容量小,故障的損失和影響都不大,人們普遍采用預防性維修制. 進入80年代,特別是近十年以來,超高壓和特高壓輸變電技術的迅速發展,電網容量很大,覆蓋面廣, 發生事故的后果越來越嚴重.例如1986年4月前蘇聯切爾諾貝利核電站四號機組發生嚴重事故,致使 2 000多人死亡,直接經濟損失達30億美元.因此設備監測和故障診斷問題引起了越來越多的關注,尋找故障原因的過程包括狀態監測、故障原因分析及劣化趨勢預測等內容,為確診故障點

2、、及早采取維修、防護等補救措施是非常關鍵的.在運行電壓下對電力設備的工作狀態進行監測,不僅可以真實反應設備的運行狀態,而且可以不停電,減少停電所帶來的損失.現在隨著計算機、傳感器、通信及信息處理技術的飛速發展,特別是引入模糊數學、神經網絡、小波分析等先進故障診斷技術,使設備綜合管理系統在電力行業進一步得到推廣.本文提出一種易于現場運行和設備信息管理的系統,該系統針對故障發生的復雜性,對專家系統的知識庫、推理機等部分進行合理設計,取得了較高的診斷率.      1系統的結構整個系統可分為現場控制部分和主控室工控機監控管理部分.系統結構圖如圖1所示

3、.系統的基礎是對電氣設備特征量的在線監測.首先運行人員發送采集命令給現場控制單元,由該單元自動采集各種信息,如開關量:斷路器、隔離開關等;模擬量:電壓、電流、溫度、氣體含量等,它們經濾波,抗干擾等處理后通過CAN總線上傳到工控機.采用CAN總線,是因為它是一種多主結構的總線,具有通信介質可選,短結構傳輸,CRC較驗以及錯誤節點自動關閉功能,因此可保證信號傳輸的可靠性,具有較強的抗干擾能力.本系統硬件主要包括現場控制單元CAN總線模塊和工控機的CAN總線接口模塊.微控制器選用 MCS-96系列的單片機80C196KC,CAN總線接口由控制器SJA1000和控制器接口芯片82C250組成. SJA

4、1000具有完成CAN總線通信協議所要求的全部特性,與獨立CAN總線控制器PCA82C200完全兼容, 并有支持CAN2.0B協議,擴展接收緩沖器,增強錯誤處理能力和驗收濾波功能等新增功能.SJA1000可以直接進行CAN總線互聯,為了增強驅動能力,使用了總線收發器82C250與之配合.現場控制單元節點號由MCU讀取地址選擇撥碼開關決定. 工控機將被測設備的數據實時顯示在屏幕上, 同時保存到數據庫,并與知識庫中的規則及知識橫向分析及比較,若不能得到確切的診斷結論,自動調出臺帳及歷史數據進行縱向分析比較,經診斷模塊分析處理,獲得一些信號的特征數據提供給運行人員來判斷設備的運行狀態.如果縱比時特征

5、量發生了突變或持續增大,則可以基本診斷為設備有某種潛伏性故障,再與同類曾發生故障設備的特征量或三相中的另兩相特征量的變化量變化規律相比(要注意三相間電磁干擾導致三相監測數據的客觀差異),提示有關部門的人員是否有必要停電檢修或采取其它預防措施.      2綜合管理系統設計      2.1運行操作界面具有良好的擴充性和友好的操作性的界面對管理系統非常重要.雖然目前許多單位已開發了多種類型的在線監測系統,并已在部分變電站運行,但大多存在人機界面比較單一的缺陷,多以表格和文本的形式為主來反映監測信息

6、,這給運行人員實時掌握設備的情況帶來了不便.本系統以面向Windows 設計的Delphi6作為基本開發工具之一,利用其面向對象設計特點,把所監測的設備變成各種基本圖元, 利用基本圖元構成類似一次設備接線圖的界面,這樣就能隨時全面監測所有設備的情況,利用鼠標點擊某設備所屬的圖元,即能了解其運行狀態等,這有助于提高了電氣設備自動化管理水平.      2.2信息分析與管理的機理      1)分析診斷模塊(專家系統).      知識庫的構成. 知

7、識庫是存儲完成任務所需要的各種知識,是專家知識和經驗的集合.如何將大量的專家經驗表示成知識,并建立知識庫,是專家系統研究的重點. 依據故障診斷系統的固有特點,我們選用的知識表示方法,是采用基于規則的產生式表示法.規則是表示知識的基本單位,用產生式規則表示的知識所構成的系統稱為產生式系統.它具有模塊性強,易于增加、修改信息,并能有效表達啟發式知識等特點.可根據人的經驗程度、數據可靠程度,給出可信度因子,便于實現不精確推理的優點很適于故障診斷的特性要求.例如,利用油溫來判斷變壓器運行狀況, 其規則簡單表示為:IF變壓器油油溫高于“注意值”,THEN一級報警工作其中,左半部分確定了該規則可應用的先決

8、條件,右半部分描述了應用這條規則所采取的行動或得出的結論.即滿足條件后,就可以對數據庫進行操作,數據轉換等等.為便于知識庫的管理、方便維護,知識庫以外部數據庫的形式存在,而不作為主程序的部分,用戶可視具體情況根據需要進行調用,避免盲目無謂的搜索.整個知識庫是由4大模塊組成:專門存儲專家診斷經驗知識的模塊;存儲設備歷史檔案、原始數據的模塊;存儲設備性能指標、健康狀態的參照標準的模塊;故障集模塊.故障集模塊是將設備較常見的典型的故障組成知識模塊或規則集合.例如變壓器常見的典型故障有:鐵芯多點接地故障、匝間短路、相間短路、進水受潮、引線故障以及漏磁導致過熱性故障等.由于某些知識較為復雜,單一規則難以

9、表述,故而在規則表述上有時需加入“與”、“或”邏輯.另外,變壓器由本體及組件(套管,分接開關,冷卻系統等)等組成,與此相對應,在故障知識庫的建立上也有各自的規則庫.      推理機制選擇. 為了提高診斷的科學性和可靠性,在搜索推理之前,設置了數據檢驗環節,根據故障信息的連續跟蹤記錄,檢查這些數據的合理性,剔除壞數據,因為錯誤數據將會導致錯誤的結論.同時,在推理過程中,必要時需對中間結果進行判斷.考慮到設備故障的特點,我們采用了正反向混合推理.這種推理方式,通常是先根據原始信息,通過正向推理幫助提出不太肯定的結論,然后,再用反向推理尋找支持這個

10、結論的證據,反復這個過程,直到得出結果.例如對變壓器故障特點分析,由于運行中的變壓器始終處在電與熱的雙重效應作用下,在不同部位可形成不同性質的故障,而在故障的發展過程中又可能發生部位的轉移.在實際中,變壓器內部產生的故障往往并非單一的、而是多重的、錯綜復雜的,且故障信息有時也會呈現不確定性.例如,變壓器的某些放電性故障,初始階段的發展較為緩慢,在某些特定條件下,如過電壓,有可能形成一種間斷性的放電現象, 當條件改變時,這種放電有可能熄滅,當條件適合時又會重復放電,進而形成較大或連續的放電現象;又如,一般來說,變壓器無論是過熱性故障,還是放電性故障,當涉及固體絕緣時就會有CO,CO2產生.但實踐

11、表明,用CO和CO2含量來確定固體絕緣材料分解狀況時,有其不確定性.由于油中溶有一定量的 O2,即使是裸金屬故障,也會產生CO,在放電情況下尤為明顯.CO2也有可能在游離狀態下生成CO.因此在處理氣相色譜分析時,只有當各組分含量達到了注意值或產氣率限值,已有理由判斷變壓器內部存在故障時,才能進一步用三比值法,同時結合其它特征量如微水、油溫等來判斷其故障性質.變壓器的信息數據.      動態庫. 用來存放初始數據,推理過程的中間結果等.其中初始數據主要是來自現場的信息,如電流互感器的泄漏電流,變壓器的DGA(油中氣體分析)測試結果,微水含量,油

12、溫等.      支撐庫. 用來存放某些必要的運算方法.整個系統的一般工作過程是,根據初始數據和當前動態數據庫內容,在知識庫中搜索可匹配的產生式,不斷以新的中間結果修改替代數據庫內容.在此期間,若有必要時,還可以詢問用戶,以求獲得其他補充信息,這些從用戶得到的信息,也被記錄在數據庫中,并將參與到后續的推理過程中,專家系統就是如此,搜索、匹配、推理,循環不斷地改變著數據庫的內容,直至求得最終結果.      自學習技術. 對于電氣設備,我們可通過運行實踐,得到診斷處理設備故障的經驗,但是按照專家系

13、統的要求,完整的記錄卻較難得到.因此,一般認為正常設備的數據分布在一定的范圍內,當超過這一范圍時,設備存在不良狀態的可能性大大增加.故在規則運用方面, 構造完善的基于數據挖掘技術的自學習機制,通過實踐,不斷地改進、擴充和反復修改規則庫,從而充分利用有限的特征信息,完成故障的報警和診斷,同時提高規則的有效組織方式;最終使之成為可靠、成熟、完善的高性能的專家系統.      2)數據管理模塊. 本系統不但需要對操作人員提出報警提示和故障推斷,還需為其提供數據操作服務,因此一個完善的數據管理系統必不可少,它將為故障推斷提供數據支持,同時也便于操作人員

14、及時準確地了解設備歷史和當前的狀況.為此我們選用了Oracle 8作后臺數據庫.它是一種面向網絡計算的數據庫 (Database for Network Computing)并支持對象關系模型的數據庫產品,能夠管理巨大數量的數據,并且在線處理吞吐量高,能夠保證系統運行的快速性.Ora- cle數據庫是真正的Client/Server體系數據庫系統, 其核心是Oracle數據庫服務器,它具有多線程多線索的體系結構. 數據管理分為數據修改模塊,數據查詢模塊,系統管理模塊幾部分.      數據修改模塊. 該模塊主要完成對Oracle數據庫中設備的有

15、關數據進行添加、修改、刪除的功能.可以選擇打開在 Oracle數據庫中的任意一個表,但需根據權限添加新的數據,或修改有誤的數據,或刪除已存在的數據.也可以選擇在任意位置添加、修改或刪除數據, 為防止誤操作,修改和刪除數據時,都給出提示.      數據查詢模塊. 該模塊通過菜單及快捷鍵方式實現各種查詢功能.菜單項要包括查詢設定、按設備編號查詢、按屬性參數查詢和任意項查詢,查詢設定主要是對查詢方式進行設定;按查詢方式可以選擇要查詢的地區, 并給出查詢時間范圍,以及對該設備的那些內容進行查詢;按屬性參數查詢方式可以選擇要查詢的屬性參數,查詢時間范圍

16、,以及對那些設備的該內容進行查詢;任意項查詢方式可以查詢Oracle數據庫中的任意一項.按下各個查詢方式的“查詢鍵”,可以在 Oracle數據庫中的數據進行查詢,查詢結果以列表形式顯示;界面設生成報表按鈕,可將查詢結果以標準格式生成報表并設打印功能.      系統管理模塊. 該模塊采用菜單形式實現對設備故障診斷系統的安全管理,提供添加/刪除用戶,修改用戶密碼,用戶使用權限的授予和去除的操作,從而通過對系統使用權限的管理,保證了設備數據的安全性.      3結論隨著我國電網容量的迅速增大和電壓

17、等級的不斷提高,供電系統的可靠性顯得越來越重要,采用電力設備綜合管理系統能有效發現設備的早期隱性故障,為設備檢修維護提供方便.未來設備監測與故障診斷系統的發展趨勢將集中在三點:高速、智能、遠程.因此,對于大型關鍵設備,研究開發采用總線技術、智能診斷技術,基于網絡的設備遠程監測與故障診斷系統,可使企業在數據采集、處理、分析診斷、管理等方面獲得前所未有的技術和決策支持.參考文獻:1周東華,葉銀忠.現代故障診斷與容錯控制M.北京:清華大學出版社,2000.2劉少宇,郭宗軍.專家系統在變電站設備診斷中的應用J.高電壓技術,2001,27(5):17-19.3吳福保,李延滿.ON2000一體化配電網綜合調度自動化系統J.電力系統自動化,2001,26(22):70-73

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