电网设备查询、故障诊断及其专家处理一体化平台的设计与开发*

李仁忠,柳 昂

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州, 313000）

电网设备查询、故障诊断及其专家处理一体化平台的设计与开发*

李仁忠,柳 昂

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州, 313000）

针对调度工作的需求,在PI数据库平台构建的湖州电网潮流基础上,设计并开发了具有电网设备参数查询、故障诊断及缺陷专家处理意见等功能的一体化平台.该平台能显著提高调度员的故障处理速度和水平,并能有效防止缺陷重要程度的误判导致设备损坏或电网故障扩大的可能性.

电网设备查询;故障诊断;专家处理;一体化平台

0 引言

电网发生故障或设备发现缺陷时要求调度员最快、最准确地掌握设备的情况,包括设备归属、设备参数、保护配置情况、缺陷及消缺情况等各种数据,以便调度员及时做出准确的判断及正确的调度.

由于近年来电网规模的快速扩大,使得设备数量成几何倍数增长,设备的相关资料也大量增加.在实际的工作中,设备故障往往需要查阅不同的资料手册,询问不同的生产专家,由此造成三点不足：一是查询数据的正确性有时会不准确;二是不满足及时处理故障的要求;三是想查的数据有可能不全.因此需要一个设备数据参数平台来收集、整理、抽取对调度有用的资料,便于调度员查询.另一方面,设备故障发生时,根据故障现象,正确判断故障原因,才能最优化地隔离故障或处理缺陷.但在实际工作中,由于部分年轻调度员经验不足,可能会对故障的判断失误,产生漏判或误判,因此,需要构建一个简单的模糊自学专家系统,通过故障或缺陷情况的人工输入进行故障诊断,得出基于概率的辅助判断,减轻调度员的压力.另外,由于设备种类的繁多及缺陷重要性的不同,也需要有一个标准化的处理专家库,根据不同的设备情况定义出不同的级别,给出具体的处理意见和危险点分析.

本文提出并设计一种基于模糊推理机制的智能专家系统,该系统能结合专家的实际经验判断故障的原因,并给出相应的处理意见,其功能能较好地满足新形势下调度运行工作发展的需求.

1 电网设备查询功能的设计与实现

1.1 开发环境介绍

PI数据库在电力系统中应用广泛,湖州电力局调度开发的《湖州电网一字型实时潮流图》(图1）在工作中已实际应用多年,在事故处理时能清晰地显示各变间的联络及潮流数据.为实现设备参数的快速查询,平台决定在老系统的界面基础上,使用Processbook这个PI数据的客户端软件及VBA编程环境进行深入开发.

1.2 电网设备参数查询功能的实现

为查询方便,电网设备参数以《湖州电网一字型实时潮流图》为基础,以每个变电站为二级界面,按间隔划分[1].

图1 基于PI数据库的电网潮流图Fig. 1 Pow er flow based on PI date-base

对220 k V变电站,间隔设备分为：出线变电设备、主变间隔、母线及母设间隔、母联(或母分）开关间隔、联络线线路.由于220 k V变电站出线较多,因此所有的线路出线(片区间联络线除外）的线路参数均放置在对侧变电站内作为对侧变电站的设备参数间隔.因联络线对侧的变电站仍为220 k V站,因此联络线线路参数放在靠左侧的变电站内查询.

对其它110kV、35 k V变电站及用户变,间隔设备分为：线路变电设备、线路的线路参数、主变间隔、带保护的母线的母线间隔、其它开关间隔(根据不同变电站包括桥开关或母分间隔）.

各间隔需录入的参数如表1所示.

表1 电网设备参数录入统计表Table 1 Statistical table of grid equipment parameters input

表1(续）

图2 东郊变设备参数查询界面Fig. 2 Device parameter query of Dongjiao substation

使用Processbook中的button控件,点击图1中任何需查找的间隔,都能进入相应的间隔查询子界面,如图2所示,点击东郊变后会进入图2所示的查询界面.点击图2中的东郊变线路间隔进入下一级查询界面,如图3所示.

2 故障诊断功能的设计与实现

某些设备故障现象只得出一个故障结论,如直流接地选线装置告警对应的是直流接地故障,对这类信息,调度员很容易判断.

但是有的故障结论对应着多种故障征状.如PT高压熔丝熔断,可能出现一相降为0另两相不变的情况,也可能一相缓慢降低另两相不变.同一个故障症状也可能对应不同的故障结论.如3U0告警可能是有PT高压熔丝熔断产生,也可能是小电流接地引起.对这样需要多信息综合判断故障,需要故障诊断模型给出置信度和匹配程度.

为了进行故障诊断,首先必须建立一个基础的数学模型,采用模糊规则设计建立.过程如下：

(1）建立规则库,即由哪些故障现象可能得出哪个故障结论.规则如下：

IF＜条件X 1、X 2、X 3…＞THEN＜结论Y 1＞WITH CF1;IF＜条件X 1、X 2、X 3…＞THEN＜结论Y 2＞WITH CF1;…

图3 东郊变超东1544线线路参数Fig. 3 Transm ission line param eter of bay Chaodong 1544 in Dongjiao substation

其中对象故障可能出现的现象(相关保护动作信息、开关状态、电流电压等模拟量情况、现场检查现象）集为X,表示为X 1,X 2,…,Xm.

能出现的故障原因即结论,即故障可能产生原因的分析：如相间接地故障、单相接地故障、单相断线接地故障有n种,表之为Y 1,Y 2,…,Yn[2].

CFi表示规则的可信度.可信度越高,则规则越准确.

(2）因为不是所有真实发生的现象与所设现象完全一致,因此设故障现象的向量为：

其中μX1表示现象X的模糊化匹配程度,如现象完全匹配为1,完全不匹配为0.如高压熔丝熔断,设X 1为一相电压降为0.如熔断相电压为0,则匹配度为1.如缓慢熔断,则匹配度为U现在电压/U 0.电压越低,匹配度越大.

(3）故障结论向量为：

其含义为从故障现象得到的故障推论匹配度.μyi越大,则与设定规则的匹配度越高.

(4）故障现象到故障结论的相关性耦合系数矩阵的建立：确定各种征状与原因之间的耦合系数,系数越大,则故障现象受故障结论的影响越大,即两者的相关性越高[3].

通过经验提取,得出R矩阵,则只要输入X向量的相关值,可以得出Y向量,即结论向量中各故障原因的隶属度.

(6）最终结论及其置信度的确定.得出结论向量Y后,建立方程得出置信度P向量,同时设立阈值τ,小于τ的结论被剔除.

每次故障判断正确,如相应Y中的μyi大于0.8,则相应规则的置信度CF增加μyi/10,作为激励函数;反之,如相应Y中的μyi大于0.8,但是故障判断错误,则应规则的置信度CF减少μyi/10,作为惩罚函数.

3 专家处理意见功能的设计与实现

目前湖州电网有500 k V变电站两座,220 k V变电站16座,110kV变电站70座,35 k V变电站座, GIS变电站及数字化变电站也在不断增多.以往工作中,新调度员往往对缺陷的重要程度把握不准,有时因为经验缺失,忽略了重要的信息,遇到一些比较少见的缺陷,也往往先查阅各种规程或询问相关专家,或单纯地以变电人员上报的缺陷级别为准,这样在故障处理时会延误时间,有时可能造成误判或错过隔离故障的最好时机,因此迫切需要相关的专家经验.

总结相关的历史经验,同时参考湖州电力局编制的《变电设备典型缺陷处理和隐患排查》《电网继电保护典型缺陷处理》《湖州电网继电保护调度运行规定》《变电站标准化作业指导书》等资料,总结出《湖州电力局电网缺陷及事故处理调度作业指导书》,以此为依据,当故障原因判明后,将相关的故障处理方式调入故障诊断及专家处理界面,供调度员参考,这样省去了很多查找相关资料的不便,让调度员工作时心中有数.有些故障类型,如220 k V变电站内35 k V母线压变更换,35 k V母分开关在分位,同时35 k V备自投投入,则直接压变改为检修时备自投可能误动作,对这类教特殊的设备故障,在处理方式中要特别说明危险点,避免当值调度发生误调度.故障诊断及专家处理界面如图4.

图4 故障诊断及专家处理界面Fig. 4 Fault diagnosis and expert treatment interface

4 结语

从功能设计上来说,系统易于实现,其实现的难点在于故障诊断部分由于案例样本较少,相关性耦合系数矩阵由人工经验输入,对一些比较复杂的缺陷,其正确性有待检验.参数查询及专家处理意见部分是一项比较大的工作,目前仍在整理过程中.总体来说,电网设备参数查询、故障诊断及缺陷专家处理意见一体化平台的应用能显著提高调度员的故障处理速度和水平,对调度工作有较大的帮助.

[1]沈亚平,王晓光.基于PI数据库的湖州电网潮流分析系统[J].浙江电力,2011(8）：3840.

[2]杨淑珍.基于模糊专家系统的矿井提升机故障诊断算法的研究[D].山东科技大学,2006：32-33.

[3]柳昂,李仁忠.电网故障分析及辅助决策专家系统研究[J].湖州师范学院学报,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,工程师,研究方向：电网智能调度.E-mail：seabed888@163.com