電網(wǎng)設(shè)備查詢、故障診斷及其專家處理一體化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)*

李仁忠,柳 昂

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州, 313000）

電網(wǎng)設(shè)備查詢、故障診斷及其專家處理一體化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)*

李仁忠,柳 昂

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州, 313000）

針對(duì)調(diào)度工作的需求,在PI數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)構(gòu)建的湖州電網(wǎng)潮流基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了具有電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)查詢、故障診斷及缺陷專家處理意見(jiàn)等功能的一體化平臺(tái).該平臺(tái)能顯著提高調(diào)度員的故障處理速度和水平,并能有效防止缺陷重要程度的誤判導(dǎo)致設(shè)備損壞或電網(wǎng)故障擴(kuò)大的可能性.

電網(wǎng)設(shè)備查詢;故障診斷;專家處理;一體化平臺(tái)

0 引言

電網(wǎng)發(fā)生故障或設(shè)備發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)要求調(diào)度員最快、最準(zhǔn)確地掌握設(shè)備的情況,包括設(shè)備歸屬、設(shè)備參數(shù)、保護(hù)配置情況、缺陷及消缺情況等各種數(shù)據(jù),以便調(diào)度員及時(shí)做出準(zhǔn)確的判斷及正確的調(diào)度.

由于近年來(lái)電網(wǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)大,使得設(shè)備數(shù)量成幾何倍數(shù)增長(zhǎng),設(shè)備的相關(guān)資料也大量增加.在實(shí)際的工作中,設(shè)備故障往往需要查閱不同的資料手冊(cè),詢問(wèn)不同的生產(chǎn)專家,由此造成三點(diǎn)不足：一是查詢數(shù)據(jù)的正確性有時(shí)會(huì)不準(zhǔn)確;二是不滿足及時(shí)處理故障的要求;三是想查的數(shù)據(jù)有可能不全.因此需要一個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)參數(shù)平臺(tái)來(lái)收集、整理、抽取對(duì)調(diào)度有用的資料,便于調(diào)度員查詢.另一方面,設(shè)備故障發(fā)生時(shí),根據(jù)故障現(xiàn)象,正確判斷故障原因,才能最優(yōu)化地隔離故障或處理缺陷.但在實(shí)際工作中,由于部分年輕調(diào)度員經(jīng)驗(yàn)不足,可能會(huì)對(duì)故障的判斷失誤,產(chǎn)生漏判或誤判,因此,需要構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的模糊自學(xué)專家系統(tǒng),通過(guò)故障或缺陷情況的人工輸入進(jìn)行故障診斷,得出基于概率的輔助判斷,減輕調(diào)度員的壓力.另外,由于設(shè)備種類的繁多及缺陷重要性的不同,也需要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的處理專家?guī)?根據(jù)不同的設(shè)備情況定義出不同的級(jí)別,給出具體的處理意見(jiàn)和危險(xiǎn)點(diǎn)分析.

本文提出并設(shè)計(jì)一種基于模糊推理機(jī)制的智能專家系統(tǒng),該系統(tǒng)能結(jié)合專家的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)判斷故障的原因,并給出相應(yīng)的處理意見(jiàn),其功能能較好地滿足新形勢(shì)下調(diào)度運(yùn)行工作發(fā)展的需求.

1 電網(wǎng)設(shè)備查詢功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹

PI數(shù)據(jù)庫(kù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,湖州電力局調(diào)度開(kāi)發(fā)的《湖州電網(wǎng)一字型實(shí)時(shí)潮流圖》(圖1）在工作中已實(shí)際應(yīng)用多年,在事故處理時(shí)能清晰地顯示各變間的聯(lián)絡(luò)及潮流數(shù)據(jù).為實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的快速查詢,平臺(tái)決定在老系統(tǒng)的界面基礎(chǔ)上,使用Processbook這個(gè)PI數(shù)據(jù)的客戶端軟件及VBA編程環(huán)境進(jìn)行深入開(kāi)發(fā).

1.2 電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)查詢功能的實(shí)現(xiàn)

為查詢方便,電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)以《湖州電網(wǎng)一字型實(shí)時(shí)潮流圖》為基礎(chǔ),以每個(gè)變電站為二級(jí)界面,按間隔劃分[1].

圖1 基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的電網(wǎng)潮流圖Fig. 1 Pow er flow based on PI date-base

對(duì)220 k V變電站,間隔設(shè)備分為：出線變電設(shè)備、主變間隔、母線及母設(shè)間隔、母聯(lián)(或母分）開(kāi)關(guān)間隔、聯(lián)絡(luò)線線路.由于220 k V變電站出線較多,因此所有的線路出線(片區(qū)間聯(lián)絡(luò)線除外）的線路參數(shù)均放置在對(duì)側(cè)變電站內(nèi)作為對(duì)側(cè)變電站的設(shè)備參數(shù)間隔.因聯(lián)絡(luò)線對(duì)側(cè)的變電站仍為220 k V站,因此聯(lián)絡(luò)線線路參數(shù)放在靠左側(cè)的變電站內(nèi)查詢.

對(duì)其它110kV、35 k V變電站及用戶變,間隔設(shè)備分為：線路變電設(shè)備、線路的線路參數(shù)、主變間隔、帶保護(hù)的母線的母線間隔、其它開(kāi)關(guān)間隔(根據(jù)不同變電站包括橋開(kāi)關(guān)或母分間隔）.

各間隔需錄入的參數(shù)如表1所示.

表1 電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)錄入統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of grid equipment parameters input

表1(續(xù)）

圖2 東郊變?cè)O(shè)備參數(shù)查詢界面Fig. 2 Device parameter query of Dongjiao substation

使用Processbook中的button控件,點(diǎn)擊圖1中任何需查找的間隔,都能進(jìn)入相應(yīng)的間隔查詢子界面,如圖2所示,點(diǎn)擊東郊變后會(huì)進(jìn)入圖2所示的查詢界面.點(diǎn)擊圖2中的東郊變線路間隔進(jìn)入下一級(jí)查詢界面,如圖3所示.

2 故障診斷功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

某些設(shè)備故障現(xiàn)象只得出一個(gè)故障結(jié)論,如直流接地選線裝置告警對(duì)應(yīng)的是直流接地故障,對(duì)這類信息,調(diào)度員很容易判斷.

但是有的故障結(jié)論對(duì)應(yīng)著多種故障征狀.如PT高壓熔絲熔斷,可能出現(xiàn)一相降為0另兩相不變的情況,也可能一相緩慢降低另兩相不變.同一個(gè)故障癥狀也可能對(duì)應(yīng)不同的故障結(jié)論.如3U0告警可能是有PT高壓熔絲熔斷產(chǎn)生,也可能是小電流接地引起.對(duì)這樣需要多信息綜合判斷故障,需要故障診斷模型給出置信度和匹配程度.

為了進(jìn)行故障診斷,首先必須建立一個(gè)基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型,采用模糊規(guī)則設(shè)計(jì)建立.過(guò)程如下：

(1）建立規(guī)則庫(kù),即由哪些故障現(xiàn)象可能得出哪個(gè)故障結(jié)論.規(guī)則如下：

IF＜條件X 1、X 2、X 3…＞THEN＜結(jié)論Y 1＞W(wǎng)ITH CF1;IF＜條件X 1、X 2、X 3…＞THEN＜結(jié)論Y 2＞W(wǎng)ITH CF1;…

圖3 東郊變超東1544線線路參數(shù)Fig. 3 Transm ission line param eter of bay Chaodong 1544 in Dongjiao substation

其中對(duì)象故障可能出現(xiàn)的現(xiàn)象(相關(guān)保護(hù)動(dòng)作信息、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流電壓等模擬量情況、現(xiàn)場(chǎng)檢查現(xiàn)象）集為X,表示為X 1,X 2,…,Xm.

能出現(xiàn)的故障原因即結(jié)論,即故障可能產(chǎn)生原因的分析：如相間接地故障、單相接地故障、單相斷線接地故障有n種,表之為Y 1,Y 2,…,Yn[2].

CFi表示規(guī)則的可信度.可信度越高,則規(guī)則越準(zhǔn)確.

(2）因?yàn)椴皇撬姓鎸?shí)發(fā)生的現(xiàn)象與所設(shè)現(xiàn)象完全一致,因此設(shè)故障現(xiàn)象的向量為：

其中μX1表示現(xiàn)象X的模糊化匹配程度,如現(xiàn)象完全匹配為1,完全不匹配為0.如高壓熔絲熔斷,設(shè)X 1為一相電壓降為0.如熔斷相電壓為0,則匹配度為1.如緩慢熔斷,則匹配度為U現(xiàn)在電壓/U 0.電壓越低,匹配度越大.

(3）故障結(jié)論向量為：

其含義為從故障現(xiàn)象得到的故障推論匹配度.μyi越大,則與設(shè)定規(guī)則的匹配度越高.

(4）故障現(xiàn)象到故障結(jié)論的相關(guān)性耦合系數(shù)矩陣的建立：確定各種征狀與原因之間的耦合系數(shù),系數(shù)越大,則故障現(xiàn)象受故障結(jié)論的影響越大,即兩者的相關(guān)性越高[3].

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)提取,得出R矩陣,則只要輸入X向量的相關(guān)值,可以得出Y向量,即結(jié)論向量中各故障原因的隸屬度.

(6）最終結(jié)論及其置信度的確定.得出結(jié)論向量Y后,建立方程得出置信度P向量,同時(shí)設(shè)立閾值τ,小于τ的結(jié)論被剔除.

每次故障判斷正確,如相應(yīng)Y中的μyi大于0.8,則相應(yīng)規(guī)則的置信度CF增加μyi/10,作為激勵(lì)函數(shù);反之,如相應(yīng)Y中的μyi大于0.8,但是故障判斷錯(cuò)誤,則應(yīng)規(guī)則的置信度CF減少μyi/10,作為懲罰函數(shù).

3 專家處理意見(jiàn)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前湖州電網(wǎng)有500 k V變電站兩座,220 k V變電站16座,110kV變電站70座,35 k V變電站座, GIS變電站及數(shù)字化變電站也在不斷增多.以往工作中,新調(diào)度員往往對(duì)缺陷的重要程度把握不準(zhǔn),有時(shí)因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)缺失,忽略了重要的信息,遇到一些比較少見(jiàn)的缺陷,也往往先查閱各種規(guī)程或詢問(wèn)相關(guān)專家,或單純地以變電人員上報(bào)的缺陷級(jí)別為準(zhǔn),這樣在故障處理時(shí)會(huì)延誤時(shí)間,有時(shí)可能造成誤判或錯(cuò)過(guò)隔離故障的最好時(shí)機(jī),因此迫切需要相關(guān)的專家經(jīng)驗(yàn).

總結(jié)相關(guān)的歷史經(jīng)驗(yàn),同時(shí)參考湖州電力局編制的《變電設(shè)備典型缺陷處理和隱患排查》《電網(wǎng)繼電保護(hù)典型缺陷處理》《湖州電網(wǎng)繼電保護(hù)調(diào)度運(yùn)行規(guī)定》《變電站標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書》等資料,總結(jié)出《湖州電力局電網(wǎng)缺陷及事故處理調(diào)度作業(yè)指導(dǎo)書》,以此為依據(jù),當(dāng)故障原因判明后,將相關(guān)的故障處理方式調(diào)入故障診斷及專家處理界面,供調(diào)度員參考,這樣省去了很多查找相關(guān)資料的不便,讓調(diào)度員工作時(shí)心中有數(shù).有些故障類型,如220 k V變電站內(nèi)35 k V母線壓變更換,35 k V母分開(kāi)關(guān)在分位,同時(shí)35 k V備自投投入,則直接壓變改為檢修時(shí)備自投可能誤動(dòng)作,對(duì)這類教特殊的設(shè)備故障,在處理方式中要特別說(shuō)明危險(xiǎn)點(diǎn),避免當(dāng)值調(diào)度發(fā)生誤調(diào)度.故障診斷及專家處理界面如圖4.

圖4 故障診斷及專家處理界面Fig. 4 Fault diagnosis and expert treatment interface

4 結(jié)語(yǔ)

從功能設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō),系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn),其實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于故障診斷部分由于案例樣本較少,相關(guān)性耦合系數(shù)矩陣由人工經(jīng)驗(yàn)輸入,對(duì)一些比較復(fù)雜的缺陷,其正確性有待檢驗(yàn).參數(shù)查詢及專家處理意見(jiàn)部分是一項(xiàng)比較大的工作,目前仍在整理過(guò)程中.總體來(lái)說(shuō),電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)查詢、故障診斷及缺陷專家處理意見(jiàn)一體化平臺(tái)的應(yīng)用能顯著提高調(diào)度員的故障處理速度和水平,對(duì)調(diào)度工作有較大的幫助.

[1]沈亞平,王曉光.基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的湖州電網(wǎng)潮流分析系統(tǒng)[J].浙江電力,2011(8）：3840.

[2]楊淑珍.基于模糊專家系統(tǒng)的礦井提升機(jī)故障診斷算法的研究[D].山東科技大學(xué),2006：32-33.

[3]柳昂,李仁忠.電網(wǎng)故障分析及輔助決策專家系統(tǒng)研究[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011(增刊）：22-24.

Design and Development of Integrated Platform for Equipment Query, Fault Diagnosis and Expert Solution of the Power Grid

LI Renzhong,LIU Ang
(Huzhou Power Company,Zhejiang Electric Power Company of the State Grid,Huzhou 313000,China）

To meet the demand for the dispatching work,we design and develop an integrated platform for device parameter query,fault diagnosis and recovery processing expert system of the power grid.The platform which is based on PI date-base and power flow can significantly increase the speed and ability of dispatching to deal with fault.The platform can also effectively prevent the damage to equipment or expansion of grid fault caused by misjudging the importance of equipment defects.

equipment parameter query of power grid;fault diagnosis;experts solution;integration platform

TM732

A

1009-1734(2014）02-0042-06

2013-10-20

李仁忠,工程師,研究方向：電網(wǎng)智能調(diào)度.E-mail：seabed888@163.com