摘 要：隨著電力企業(yè)向市場化邁進(jìn)，供電設(shè)備的檢修工作，由狀態(tài)檢修代替定期檢修是必然的。采用人工智能的思想設(shè)計(jì)了供電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有供電設(shè)備狀態(tài)評估、故障診斷、檢修決策、制定檢修計(jì)劃、自學(xué)習(xí)和企業(yè)網(wǎng)站檢修信息發(fā)布功能。并且重點(diǎn)介紹了故障診斷的兩個(gè)診斷模塊：基于專家系統(tǒng)的單一診斷模塊和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綜合診斷模塊。
關(guān)鍵詞：[HTSS]供電設(shè)備；狀態(tài)檢修；專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)
狀態(tài)檢修方式以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù)，它通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷手段、可靠性評價(jià)手段以及壽命預(yù)測手段，判斷設(shè)備的狀態(tài)，識(shí)別故障的早期征兆，對故障部位其及嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢做出判斷，并根據(jù)分析診斷結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動(dòng)實(shí)施維修［1］。它為電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。
作到狀態(tài)檢修的關(guān)鍵是對設(shè)備狀態(tài)的判斷，不僅要識(shí)別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且預(yù)測未來可能發(fā)生的故障。解決這些問題，一些常規(guī)的計(jì)算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因?yàn)樵谶@些問題中，人類專家的經(jīng)驗(yàn)起著主導(dǎo)作用。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到電力設(shè)備狀態(tài)檢修中，特別是發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)檢修。而專家系統(tǒng)技術(shù)用于供電設(shè)備的狀態(tài)檢修還不多見。原因在于供電設(shè)備的狀態(tài)檢修起步比較晚，這與早年實(shí)行“重發(fā)輕供不管用”的政策有關(guān)。當(dāng)前電力企業(yè)深化改革，以利潤為中心，實(shí)行內(nèi)部模擬電力市場，促使供電企業(yè)努力提高供電可靠率和檢修的經(jīng)濟(jì)性。因此供電設(shè)備的狀態(tài)檢修勢在必行。
狀態(tài)檢修能夠使檢修和管理效率提高，設(shè)備大修間隔延長和小修頻率降低，杜絕不足維修和過剩維修，減少重大事故的發(fā)生，提高了設(shè)備的可用系數(shù)，從而降低了企業(yè)經(jīng)營成本。
1、配電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
隨著傳感技術(shù)、微電子、數(shù)字信號處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論等綜合智能技術(shù)在狀態(tài)識(shí)別和故障診斷中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢修得以實(shí)現(xiàn)［2，3］。
本系統(tǒng)根據(jù)在線和離線監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)、設(shè)備壽命預(yù)測數(shù)據(jù)、可靠性評價(jià)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、檢修歷史數(shù)據(jù)、同類設(shè)備統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，并利用狀態(tài)評價(jià)準(zhǔn)則體系對設(shè)備狀態(tài)變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，運(yùn)用決策模型給出檢修什么和何時(shí)檢修的建議，并制定檢修計(jì)劃，發(fā)布到企業(yè)網(wǎng)站?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1設(shè)備綜合管理模塊
狀態(tài)檢修需要大量描述設(shè)備狀態(tài)及其演變過程的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設(shè)備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理、存儲(chǔ)所有設(shè)備資產(chǎn)清單，設(shè)備臺(tái)帳圖紙、設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備變更與維修記錄、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測點(diǎn)設(shè)置、設(shè)備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)等等。
1.2智能化診斷模塊
該模塊用專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。既能對單一試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，也能對多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合診斷。單一診斷用產(chǎn)生式專家系統(tǒng)，將規(guī)程規(guī)定和專家知識(shí)存儲(chǔ)在知識(shí)庫，可以隨時(shí)更新、修改。綜合診斷用人工神經(jīng)元BP網(wǎng)絡(luò)。功能模塊之間用狀態(tài)驅(qū)動(dòng)。每一個(gè)層次的數(shù)據(jù)可以維護(hù)、查詢，有利于程序的模塊化設(shè)計(jì)［4，5］。
1.3檢修決策模塊
對單一設(shè)備，根據(jù)不同運(yùn)行方式和檢修方式，運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法，對檢修費(fèi)用、效益進(jìn)行評估，給出對該設(shè)備來說檢修時(shí)間、檢修措施和檢修項(xiàng)目，并形成檢修決策報(bào)告。
1.4編制檢修計(jì)劃模塊
狀態(tài)檢修并不排斥檢修計(jì)劃的作用，恰恰相反，狀態(tài)檢修體制還要利用一些先進(jìn)的技術(shù)手段來動(dòng)態(tài)地制訂和優(yōu)化供電設(shè)備檢修計(jì)劃，以充分發(fā)揮檢修計(jì)劃的指導(dǎo)作用。在狀態(tài)檢修體制下，面對眾多需要檢修的設(shè)備，檢修計(jì)劃的編制根據(jù)檢修決策的結(jié)果，負(fù)荷預(yù)測、趨勢分析、動(dòng)態(tài)規(guī)則等手段考慮配網(wǎng)的運(yùn)行方式、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性等要求，使檢修計(jì)劃既具有可行性，又具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。
1.5企業(yè)網(wǎng)站檢修信息發(fā)布模塊
將排定的檢修計(jì)劃發(fā)布在供電企業(yè)網(wǎng)站上，供生產(chǎn)單位執(zhí)行，也為用戶提供了檢修信息，大用戶據(jù)此安排生產(chǎn)，減少供電設(shè)備檢修帶來的損失。這能提供服務(wù)質(zhì)量，增加供電工作的透明度。
2、基于專家系統(tǒng)的單一診斷模塊
2.1單一診斷功能
單一診斷是指對一種檢測方法所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，得出故障征兆或有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的初步結(jié)論。這些檢測方法指：油中氣體色譜檢測、繞組直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測、絕緣介質(zhì)損耗檢測、油質(zhì)檢測和絕緣老化的檢測等等。檢測的數(shù)據(jù)與規(guī)程比、與歷史比、與同類設(shè)備比，并考慮當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將這些知識(shí)保存在專家系統(tǒng)的規(guī)則庫中。
通過各種方法檢測到的數(shù)據(jù)，或通過檢測數(shù)據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，并不能說明當(dāng)前設(shè)備的狀況，只有與標(biāo)準(zhǔn)值比較，才能得到設(shè)備可能故障的征兆。如在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)中，繞組直流電阻MVA以下的變壓器，相間差別是5%，與規(guī)程比較，規(guī)程規(guī)定一般不超過4%，所以得出繞組直流電阻相間差別過高的征兆。
單一診斷是對單項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷。該方法簡單、宜于實(shí)現(xiàn)，有時(shí)可直接定位故障。但更多時(shí)給的結(jié)論不夠清晰，或結(jié)論片面。因此，該過程可以看作綜合診斷的前期數(shù)據(jù)處理［6］。
單一診斷的結(jié)果可能有四種：
1）明確定位故障；
2）參數(shù)正常，不存在與此參數(shù)有關(guān)的故障；
3）不確定故障是否存在；
4）故障確實(shí)存在，但不能定位。后兩種情況給出的結(jié)果不明確，需要更多的信息進(jìn)行明確判斷，由綜合診斷來完成。但單一診斷的所有診斷結(jié)果都送到綜合數(shù)據(jù)庫里。在綜合診斷中，對四種結(jié)論的處理各不相同。
關(guān)鍵詞：[HTSS]供電設(shè)備；狀態(tài)檢修；專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)
狀態(tài)檢修方式以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù)，它通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷手段、可靠性評價(jià)手段以及壽命預(yù)測手段，判斷設(shè)備的狀態(tài)，識(shí)別故障的早期征兆，對故障部位其及嚴(yán)重程度、故障發(fā)展趨勢做出判斷，并根據(jù)分析診斷結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前主動(dòng)實(shí)施維修［1］。它為電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、全性能、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)和管理保障。
作到狀態(tài)檢修的關(guān)鍵是對設(shè)備狀態(tài)的判斷，不僅要識(shí)別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且預(yù)測未來可能發(fā)生的故障。解決這些問題，一些常規(guī)的計(jì)算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因?yàn)樵谶@些問題中，人類專家的經(jīng)驗(yàn)起著主導(dǎo)作用。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到電力設(shè)備狀態(tài)檢修中，特別是發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)檢修。而專家系統(tǒng)技術(shù)用于供電設(shè)備的狀態(tài)檢修還不多見。原因在于供電設(shè)備的狀態(tài)檢修起步比較晚，這與早年實(shí)行“重發(fā)輕供不管用”的政策有關(guān)。當(dāng)前電力企業(yè)深化改革，以利潤為中心，實(shí)行內(nèi)部模擬電力市場，促使供電企業(yè)努力提高供電可靠率和檢修的經(jīng)濟(jì)性。因此供電設(shè)備的狀態(tài)檢修勢在必行。
狀態(tài)檢修能夠使檢修和管理效率提高，設(shè)備大修間隔延長和小修頻率降低，杜絕不足維修和過剩維修，減少重大事故的發(fā)生，提高了設(shè)備的可用系數(shù)，從而降低了企業(yè)經(jīng)營成本。
1、配電設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
隨著傳感技術(shù)、微電子、數(shù)字信號處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論等綜合智能技術(shù)在狀態(tài)識(shí)別和故障診斷中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢修得以實(shí)現(xiàn)［2，3］。
本系統(tǒng)根據(jù)在線和離線監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)、設(shè)備壽命預(yù)測數(shù)據(jù)、可靠性評價(jià)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、檢修歷史數(shù)據(jù)、同類設(shè)備統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，并利用狀態(tài)評價(jià)準(zhǔn)則體系對設(shè)備狀態(tài)變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，運(yùn)用決策模型給出檢修什么和何時(shí)檢修的建議，并制定檢修計(jì)劃，發(fā)布到企業(yè)網(wǎng)站?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.1設(shè)備綜合管理模塊
狀態(tài)檢修需要大量描述設(shè)備狀態(tài)及其演變過程的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設(shè)備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理、存儲(chǔ)所有設(shè)備資產(chǎn)清單，設(shè)備臺(tái)帳圖紙、設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備變更與維修記錄、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測點(diǎn)設(shè)置、設(shè)備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)等等。
1.2智能化診斷模塊
該模塊用專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。既能對單一試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，也能對多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合診斷。單一診斷用產(chǎn)生式專家系統(tǒng)，將規(guī)程規(guī)定和專家知識(shí)存儲(chǔ)在知識(shí)庫，可以隨時(shí)更新、修改。綜合診斷用人工神經(jīng)元BP網(wǎng)絡(luò)。功能模塊之間用狀態(tài)驅(qū)動(dòng)。每一個(gè)層次的數(shù)據(jù)可以維護(hù)、查詢，有利于程序的模塊化設(shè)計(jì)［4，5］。
1.3檢修決策模塊
對單一設(shè)備，根據(jù)不同運(yùn)行方式和檢修方式，運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法，對檢修費(fèi)用、效益進(jìn)行評估，給出對該設(shè)備來說檢修時(shí)間、檢修措施和檢修項(xiàng)目，并形成檢修決策報(bào)告。
1.4編制檢修計(jì)劃模塊
狀態(tài)檢修并不排斥檢修計(jì)劃的作用，恰恰相反，狀態(tài)檢修體制還要利用一些先進(jìn)的技術(shù)手段來動(dòng)態(tài)地制訂和優(yōu)化供電設(shè)備檢修計(jì)劃，以充分發(fā)揮檢修計(jì)劃的指導(dǎo)作用。在狀態(tài)檢修體制下，面對眾多需要檢修的設(shè)備，檢修計(jì)劃的編制根據(jù)檢修決策的結(jié)果，負(fù)荷預(yù)測、趨勢分析、動(dòng)態(tài)規(guī)則等手段考慮配網(wǎng)的運(yùn)行方式、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性等要求，使檢修計(jì)劃既具有可行性，又具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。
1.5企業(yè)網(wǎng)站檢修信息發(fā)布模塊
將排定的檢修計(jì)劃發(fā)布在供電企業(yè)網(wǎng)站上，供生產(chǎn)單位執(zhí)行，也為用戶提供了檢修信息，大用戶據(jù)此安排生產(chǎn)，減少供電設(shè)備檢修帶來的損失。這能提供服務(wù)質(zhì)量，增加供電工作的透明度。
2、基于專家系統(tǒng)的單一診斷模塊
2.1單一診斷功能
單一診斷是指對一種檢測方法所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，得出故障征兆或有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的初步結(jié)論。這些檢測方法指：油中氣體色譜檢測、繞組直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測、絕緣介質(zhì)損耗檢測、油質(zhì)檢測和絕緣老化的檢測等等。檢測的數(shù)據(jù)與規(guī)程比、與歷史比、與同類設(shè)備比，并考慮當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將這些知識(shí)保存在專家系統(tǒng)的規(guī)則庫中。
通過各種方法檢測到的數(shù)據(jù)，或通過檢測數(shù)據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，并不能說明當(dāng)前設(shè)備的狀況，只有與標(biāo)準(zhǔn)值比較，才能得到設(shè)備可能故障的征兆。如在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)中，繞組直流電阻MVA以下的變壓器，相間差別是5%，與規(guī)程比較，規(guī)程規(guī)定一般不超過4%，所以得出繞組直流電阻相間差別過高的征兆。
單一診斷是對單項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷。該方法簡單、宜于實(shí)現(xiàn)，有時(shí)可直接定位故障。但更多時(shí)給的結(jié)論不夠清晰，或結(jié)論片面。因此，該過程可以看作綜合診斷的前期數(shù)據(jù)處理［6］。
單一診斷的結(jié)果可能有四種：
1）明確定位故障；
2）參數(shù)正常，不存在與此參數(shù)有關(guān)的故障；
3）不確定故障是否存在；
4）故障確實(shí)存在，但不能定位。后兩種情況給出的結(jié)果不明確，需要更多的信息進(jìn)行明確判斷，由綜合診斷來完成。但單一診斷的所有診斷結(jié)果都送到綜合數(shù)據(jù)庫里。在綜合診斷中，對四種結(jié)論的處理各不相同。