基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路隱形故障診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

胡昌斌

1、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論分析

從實(shí)質(zhì)上說，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種概率網(wǎng)絡(luò)，是在概率推理的基礎(chǔ)上建立起來的圖形化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，貝葉斯公式發(fā)揮著十分重要的作用。概率推理則是為了解決各種不定性和不完整性問題而提出的，非常有效地解決了各種復(fù)雜設(shè)備中由于不確定性、不完整性或者關(guān)聯(lián)性等引起的故障。因此，概率推理在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。一般來說，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種帶有方向的無(wú)環(huán)網(wǎng)絡(luò)，主要由各種節(jié)點(diǎn)及有向邊組成。其中，節(jié)點(diǎn)代表的是各種隨機(jī)的變量，而各個(gè)有向邊則代表著節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，其中有向邊的方向是由總節(jié)點(diǎn)指向各個(gè)分支節(jié)點(diǎn)，關(guān)系強(qiáng)度大小用條件概率來表示。在整個(gè)概率推理過程中，節(jié)點(diǎn)可以表示任何形式的變量，如各種現(xiàn)象、意見等。因此，貝爾斯網(wǎng)絡(luò)中可以一些從不完全或者不確定的信息中進(jìn)行相應(yīng)的推理。貝爾斯網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：第一，它是一種不定性的因果關(guān)聯(lián)的模型，表示著各種變量之間的因果關(guān)系。第二，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能夠處理各種不確定性的問題，能夠在條件有限的情況下解決各種問題。第三，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)將多種信息充分融合起來，同時(shí)還包括各種故障診斷和維修決策等。作為不確定信息處理的重要工具，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在智能化的信息系統(tǒng)中得到了重要的應(yīng)用，其應(yīng)用的行業(yè)范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，涉及到各種醫(yī)療診斷、統(tǒng)計(jì)決策或者各種學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。

2、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路隱形故障診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

由于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)良的性能及功用，其被應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)行業(yè)之中，其中在架空輸電線路隱形故障診斷系統(tǒng)中應(yīng)用的更為廣泛。下面，筆者將對(duì)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)架空輸電線路隱形故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入地分析。

2.1架空輸電線路預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型分析

經(jīng)過多年以來的發(fā)展和提升，輸電線路的故障定位技術(shù)也在不斷地完善。但就目前情況來看，由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，加之影響系統(tǒng)故障定位的各種因素的多樣性，故障定位技術(shù)的應(yīng)用過程中還存在著一些問題。同時(shí)，我們必須意識(shí)到故障定位技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)就是輸電線路數(shù)學(xué)模型。因此，要提高故障定位的精度，必須選擇正確的輸電線路模型。作為一種重要的電力元件，輸電線路在電力系統(tǒng)的計(jì)算過程、電磁分析以及故障測(cè)距等工作領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。就目前來說，輸電線路的數(shù)學(xué)模型有很多種，包括各種簡(jiǎn)單的集中參數(shù)式的豎向模型，也包括各種復(fù)雜的分布性參數(shù)模型。具體來說，前者主要包括π型模型、多級(jí)π型模型以及R-L模型等。后者則主要包括各種無(wú)損模型、頻率相關(guān)的模型以及無(wú)畸變的模型等。輸電線路模型選擇十分重要，將會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確性產(chǎn)生十分重要的影響。就我司來說，主要采用了IEC-61970/61968中定義的線路包（Wires）信息模型和IEC61968資產(chǎn)信息包作為基礎(chǔ)，形成了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)然，為了保證數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，提高計(jì)算結(jié)果的精確度，相關(guān)工作人員認(rèn)真閱讀并嚴(yán)格執(zhí)行《輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，在CIM規(guī)則的基礎(chǔ)上添加了南方電網(wǎng)公司所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，在評(píng)價(jià)分類方面，工作人員在CIM規(guī)則的基礎(chǔ)上添加了狀態(tài)評(píng)價(jià)包。該評(píng)價(jià)包包括幾個(gè)層疊的組成部分： 第一個(gè)大部分是輸電線路。而各個(gè)輸電線路又是由不同的單元，如基礎(chǔ)、桿塔等構(gòu)成的。這些不同的單元下面涉及到各個(gè)不同的狀態(tài)量，如結(jié)構(gòu)位移、外漏等。通過該數(shù)據(jù)模型，我們可以及時(shí)地診斷出架空輸電線路系統(tǒng)運(yùn)行中的各種隱性故障，進(jìn)而采取各種合理有效的措施。

2.2架空輸電線路狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)量對(duì)架空輸電線路所造成的影響的程度大小，工作人員經(jīng)將架空輸電線路的狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)等級(jí)，這四個(gè)等級(jí)分別對(duì)應(yīng)不同的權(quán)重系數(shù)。判斷出等級(jí)之后，工作人員就能對(duì)架空電路系統(tǒng)的運(yùn)行狀況有了更好地了解，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種隱性故障。而工作人員首先要做的就是對(duì)各個(gè)狀態(tài)量進(jìn)行綜合全面地分析，并對(duì)設(shè)備的狀態(tài)做出合理的評(píng)價(jià)。如果設(shè)備處于正?；蛘咦⒁獾臓顟B(tài)，那么完全可以正常運(yùn)行。但如果設(shè)備出現(xiàn)異常，則應(yīng)該盡快檢查和維修。如果設(shè)備運(yùn)行嚴(yán)重異常，則應(yīng)該停止使用，立即檢查和維修。具體來說，架空輸電線路的狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有三個(gè)：第一，線路單元評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。正如上面所提到的，線路單元可以分為基礎(chǔ)、桿塔、絕緣子等。工作人員要認(rèn)真檢查這些線路單位的狀態(tài)，并對(duì)這些單元的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，作扣分處理，判斷其是否屬于正常、注意、異常或者嚴(yán)重問題狀態(tài)。

2.3基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路的狀態(tài)評(píng)估探討

傳統(tǒng)的故障檢修方法執(zhí)行定期維修的制度，這種制度存在著很大的不合理性。很多輸電設(shè)備出現(xiàn)了重復(fù)停電的狀態(tài)，造成了人力、物力資源的大量浪費(fèi)，這也嚴(yán)重影響了電力設(shè)備的可靠性水平。而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)架空輸電線路隱形故障評(píng)估系統(tǒng)，通過一系列的狀態(tài)評(píng)估規(guī)章將各種變量代碼化，形成各種可以度量的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠準(zhǔn)確地了解輸電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提出最合理的維修策略。狀態(tài)評(píng)估工作主要分為兩大部分：線路單元評(píng)估和整體評(píng)估。首先，從線路單元評(píng)估方面來說，工作人員要充分考慮各個(gè)線路單元的狀態(tài)，并對(duì)各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，作扣分處理。同時(shí)，要注意一點(diǎn)，在對(duì)某一輸電線路中的同類設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，不應(yīng)對(duì)各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)量進(jìn)行重復(fù)累加，而要以最嚴(yán)重的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的扣分。如果評(píng)價(jià)過程中出現(xiàn)多個(gè)狀態(tài)量變化的情況，且變化的原因及具體的部件無(wú)法明確時(shí)，工作人員應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的分析診斷，判斷狀態(tài)量異常的原因。其次，線路的整體評(píng)價(jià)是在單元評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如果單元評(píng)估為嚴(yán)重異常，則整個(gè)線路的整體評(píng)價(jià)也為嚴(yán)重異常。通過狀態(tài)評(píng)估的相關(guān)結(jié)果，工作人員可以對(duì)設(shè)備發(fā)生故障的概率以及設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行分析，并建立相應(yīng)的更為完善的數(shù)據(jù)模型。當(dāng)然，我司已經(jīng)完成了相應(yīng)的程序化驗(yàn)證工作，一些具有相應(yīng)特征的數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算模塊已經(jīng)建立起來，為之后的狀態(tài)評(píng)估工作提供了有利的支持。在狀態(tài)評(píng)估的過程中，我們必須注意一點(diǎn)，該方法中無(wú)法獲得足夠多的歷史評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，其預(yù)測(cè)的精度可能會(huì)大有下降。對(duì)此，我們要做好以下兩方面的工作：第一，加強(qiáng)溝通與交流，力求從更多的渠道獲得更多的狀態(tài)評(píng)價(jià)的歷史數(shù)據(jù)；第二，進(jìn)一步優(yōu)化狀態(tài)評(píng)價(jià)的輸入接口或者相應(yīng)的界面，允許工作人員自動(dòng)或者手動(dòng)輸入相關(guān)信息。

3.總結(jié)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的架空輸電線路隱形故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，給輸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了有利的保障，促進(jìn)了我國(guó)電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

（作者單位：云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局）