專家系統(tǒng)在三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用

田　齊

摘要：對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的故障形式進(jìn)行了分析，針對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)中的故障原因多，判斷復(fù)雜，無法用數(shù)學(xué)模型精確表示等問題，提出了以序分量為基礎(chǔ)的電流保護(hù)方法。并在此基礎(chǔ)上引入專家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，通過建立和改進(jìn)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)制，為三相異步電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)裝置的軟硬件設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)保護(hù) 專家系統(tǒng) 故障診斷

1 三相異步電動(dòng)機(jī)故障情況分析

三相異步電動(dòng)機(jī)的故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行智能保護(hù)主要通過測(cè)量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，因此面對(duì)的主要是繞組故障。三相異步電動(dòng)機(jī)常見故障的過流、負(fù)序和零序電流的分布情況如表1所示，單相故障設(shè)A相為故障相，二相故障設(shè)B、C為故障相，Ip表示故障前相電流幅值。

根據(jù)對(duì)稱分量法，發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流可分解為正序、負(fù)序和零序分量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱時(shí)，負(fù)序和零序電流為零，而發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)則會(huì)顯著增加。因此可以在檢測(cè)電動(dòng)機(jī)過流程度的同時(shí)，以序分量為基礎(chǔ)，檢測(cè)負(fù)序、零序電流的大小。這樣不但能更好地反映電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，還可以大大提高保護(hù)的靈敏度和可靠性。從表1中常見的故障信息可知，若以過流信息反映短路和堵轉(zhuǎn)故障，以負(fù)序和零序電流反映各類不對(duì)稱短路和接地短路等不對(duì)稱故障，可以實(shí)施比較全面的電流保護(hù)。

2 基于專家系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)故障診斷

2.1 專家系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)是人工智能研究的一個(gè)領(lǐng)域，其技術(shù)本質(zhì)是以領(lǐng)域知識(shí)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)程序，模擬人類領(lǐng)域?qū)＜业暮暧^推理活動(dòng)，以得到與人類專家對(duì)某些特定領(lǐng)域問題相同的解答結(jié)論。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)于符號(hào)模型描述的領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行符號(hào)推理技術(shù)。

一個(gè)完整的專家系統(tǒng)通常由六個(gè)部分組成：知識(shí)庫(kù)、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取機(jī)制、解釋機(jī)制和人機(jī)接口。

2.2 故障診斷專家系統(tǒng)的建立

2.2.1 設(shè)計(jì)初始知識(shí)庫(kù) 專家對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行診斷主要是根據(jù)零序、負(fù)序、過流、電壓、溫度以及電流之間的相互關(guān)系來診斷的。這里對(duì)專家的經(jīng)驗(yàn)采用產(chǎn)生式表示法，將這些因素以及故障原因以一定的標(biāo)識(shí)符表示，然后依據(jù)這些標(biāo)識(shí)符形成規(guī)則集合，其中每一條產(chǎn)生式就對(duì)應(yīng)一個(gè)知識(shí)模塊的一條規(guī)則，一般寫成：如果……則……的形式，即IF a THEN b，其中a為前提，b為結(jié)論。這種產(chǎn)生式知識(shí)表示法與人的思維接近，易于理解，同時(shí)，由于規(guī)則的格式相同，所以規(guī)則的修改、擴(kuò)充或刪除都比較容易，對(duì)其余部分的影響也很小。

2.2.2 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī) 專家系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)由不斷檢測(cè)得到的各種電流、電壓、溫度值和匹配的中間結(jié)論組成。

推理機(jī)包括推理方向、面向?qū)ο笸评砗屯评砜刂啤?/p>

推理方向可分為正向推理、反向推理和雙向推理三種方式。在這里，根據(jù)具體情況采用不同的推理方向進(jìn)行推理。例如：對(duì)于發(fā)生次數(shù)較少或完全不能確定故障源的故障采用正向推理。對(duì)于重復(fù)發(fā)生或大致能確定出故障源的故障采用反向推理。對(duì)介于兩者之間的一類故障則采用雙向推理。

面向?qū)ο笸评?。這里采用了面向?qū)ο蟮墓收显\斷專家系統(tǒng)，一個(gè)對(duì)象類既容納了相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，又能通過方法進(jìn)行推理，在推理過程中，既有對(duì)象內(nèi)部，又有對(duì)象外部的推理。

推理控制。當(dāng)推理機(jī)發(fā)現(xiàn)不止一條規(guī)則被激活時(shí)，必須作出唯一選擇，即消除沖突。若謂詞帶有變?cè)?，則根據(jù)變?cè)祦泶_定；若謂詞不帶變?cè)?，則按照子句的順序匹配。沖突解決規(guī)則可在基類中定義，其他子類既可直接繼承使用又可根據(jù)實(shí)際情況加以重載。

2.2.3 知識(shí)庫(kù)的改進(jìn)與歸納 反復(fù)對(duì)知識(shí)庫(kù)及推理規(guī)則進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，如圖2，歸納出更完善的結(jié)果。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)各種故障成因的分析，在保護(hù)原理上，拋棄了傳統(tǒng)的檢測(cè)三相電流(電壓)的方法，采用了檢測(cè)過流幅值、零序、負(fù)序電流的方法，得出了三相異步電動(dòng)機(jī)故障的準(zhǔn)確判據(jù)，進(jìn)一步確定了各種保護(hù)措施的實(shí)現(xiàn)方法。引入了異步電動(dòng)機(jī)故障診斷的專家系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了初始的知識(shí)庫(kù)，改進(jìn)與歸納了知識(shí)庫(kù)與推理規(guī)則，完善了知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)，更好的對(duì)各種故障做出預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了故障信息的實(shí)時(shí)處理。

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