SF6斷路器故障專家監(jiān)測系統(tǒng)的研究

苑 毅 黃 珍（蘭州文理學院，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

專家系統(tǒng)技術出現(xiàn)在20世紀60年代，目前國內外已經(jīng)有很多專家學者對SF6斷路器系統(tǒng)自動監(jiān)測的過程中采用專家系統(tǒng)輔助分析進行了相應的研究，但就目前來說，可以在實際應用中準確就SF6斷路器系統(tǒng)進行實時處理的專家系統(tǒng)不在多數(shù)。其具體問題是對于SF6斷路器各種狀態(tài)的決定因素不僅十分多樣，而且處理模式相對復雜。這些內容知識不僅包括各種已知的常規(guī)性問題，而且在不同環(huán)境下亦有未知非常規(guī)性問題，顯然一般性的專家系統(tǒng)，僅僅使用基于常規(guī)和單一對應的處理模式不能應用于這類復雜情況的處理。

從而，在常規(guī)基礎上本文提出一種基于SF6斷路器故障專家監(jiān)測系統(tǒng)設計方案。根據(jù)SF6斷路器工作狀態(tài)中的各種情況進行監(jiān)測分析，整體進行專家數(shù)據(jù)庫的定義，對規(guī)則的情況進行確切的規(guī)定；對于其中突發(fā)的、不確定的情況采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡來處理。在系統(tǒng)工作的過程中，針對不同的數(shù)據(jù)庫階段采取對應的處理方法，同時也不斷針對新的狀態(tài)來完善專家系統(tǒng)。

2 專家系統(tǒng)設計方案

專家系統(tǒng)主要由六個模塊構成：人機交互界面、編譯模塊、推理模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡規(guī)則模塊、數(shù)據(jù)庫處理模塊、規(guī)則模塊。整體系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

1）人機交互界面：用戶和開發(fā)人員可以通過人機交互界面和系統(tǒng)進行通信。設計者通過它對系統(tǒng)的各處理模塊進行數(shù)據(jù)庫的更新以及處理規(guī)則的設定；用戶則通過它得到相應的處理意見或直接的解決問題。

2）編譯模塊：是系統(tǒng)對于人機交互界面得到的信息內部處理模塊。它負責對人機交互界面的輸入和輸出。將外部信息以及采樣信息編譯為系統(tǒng)處理模塊能夠識別的信息，并且要將系統(tǒng)最終的處理結果或分析結果編譯成文字或圖像輸出。

3）推理模塊：是推理引擎通過系統(tǒng)已有的知識與特定的信息監(jiān)測過程中涉及的動態(tài)綜合數(shù)據(jù)進行自我分析，得到故障的原因，并根據(jù)規(guī)則給出一個較為合適的處理方案。該系統(tǒng)包括模糊規(guī)則推理和標準規(guī)則推理兩部分。對于故障現(xiàn)場的較復雜信息推理一般使用模糊規(guī)則推理，故障原因的解決方案一般使用專家?guī)熘械囊?guī)則推理。

圖1 系統(tǒng)總體結構框圖

其中推理機模塊結構如圖2所示（圖中虛線所圍部分）。

圖2 推理機模塊結構圖

4)神經(jīng)網(wǎng)絡規(guī)則模塊：本文針對SF6斷路器中微水含量的分析數(shù)據(jù)，通過模糊邏輯分析與神經(jīng)網(wǎng)絡分析的處理規(guī)則來實現(xiàn)模糊規(guī)則數(shù)據(jù)庫，并采用了BP算法完成了對于SF6斷路器微水含量的分析數(shù)據(jù)以及處理規(guī)則向常規(guī)規(guī)則庫中的數(shù)據(jù)轉化。

5)規(guī)則模塊：通過查閱大量文獻并進行相當長時間的SF6斷路器故障診斷的實驗室試驗，得到的較為全面的在不同環(huán)境、不同情況下的規(guī)則處理模式的集合。在實驗室試驗過程中主要從三個方面進行分析總結：

（1）通過壓力的變化來預估斷路器的繼續(xù)工作時間，例如：斷路器內的SF6氣體的壓力小于等于特定值為不符合規(guī)定，SF6斷路器中SF6氣體的初始壓力為一個值，開始經(jīng)過72小時壓力變?yōu)榱硗庖粋€值，再經(jīng)過72小時又有變化。根據(jù)這種變化規(guī)律作出變化曲線圖，求出需要經(jīng)過多長時間壓力變?yōu)榱颂囟ㄖ怠亩鴮F6開關的壽命進行預估。

（2）從傳感器測到的相對濕度換算成規(guī)程給定的攝氏20度下的濕度含量標準，看是否符合標準要求，從而作出是否報警的判斷。

（3）根據(jù)經(jīng)驗值進行判斷，例如假定150ppm為標準值，則當濕度為160ppm時，根據(jù)經(jīng)驗還能動作20次，當濕度為一指定值后不能再動作，且需要從上一級關閉斷路器，本級斷路器再要動作就會發(fā)生事故。

針對不同的環(huán)境或情況，我們可以事先定義規(guī)則模塊的處理參數(shù)或閾值，圖3為專家系統(tǒng)經(jīng)驗參數(shù)設置圖：

圖3 專家系統(tǒng)經(jīng)驗參數(shù)設置圖

6)數(shù)據(jù)庫處理模塊：主要對數(shù)據(jù)庫進行操作，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的更新、維護和管理。在這個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫處理模塊可以實現(xiàn)對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡規(guī)則庫和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的自定義、查找、規(guī)則匹配等功能。

系統(tǒng)工作的過程可以分為兩個部分：(1)由采樣數(shù)據(jù)對當前狀態(tài)進行判斷，查找規(guī)則庫，得出導致不符合設定閾值能的故障規(guī)則；(2)在所有導致故障的情況中，根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的處理結果，對斷路器中微水含量進行分析計算，轉化為標準模式下的數(shù)據(jù)，從而判斷處理方案。第一步主要是基于專家?guī)煲?guī)則的分析，第二步根據(jù)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的分析來找到處理方案。

圖 4 SF6斷路器狀態(tài)診斷專家系統(tǒng)查詢圖

3 結 語

專家系統(tǒng)與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的結合相對于傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)，具有較強的分析能力和適應能力。本文對于專家系統(tǒng)與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的系統(tǒng)結合做了初步的研究，建立了SF6斷路器監(jiān)測的專家系統(tǒng)。對SF6斷路器中微水含量、溫度、壓力進行規(guī)則性的設定，可以分析出該斷路器是否還能再運行，以及剩余動作次數(shù)，壓力泄漏等情況。今后更深層次的研究中可以考慮給出系統(tǒng)工作過程中存在的不確定性和模糊性問題，提高專家規(guī)則庫的準確率，并提供給用戶的診斷結果應包括故障名稱、故障位置、設備狀態(tài)、維護建議等，使得所開發(fā)的系統(tǒng)具有很好的實際應用價值。

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