专家系统在电气设备缺陷诊断中的应用

摘 要：在分析人工智能缺陷诊断必要的基础上，开发了一个基于知识的电厂电气设备缺陷诊断专家系统，并依次对系统的知识库、推理机和人机接口进行详尽阐述，最后通过实例验证系统的智能性和有效性。

关键词：专家系统；缺陷诊断；电气设备

电气设备在设计和使用过程中，由于人为和环境原因，会存在一定的缺陷，如断路器跳闸设计存在的缺陷、变压器油箱漏油缺陷、电气设备绝缘老化缺陷等，这些缺陷如果没有及时、正确处理，就会引起电力故障，危及电网运行安全，严重还会引起重大电网事故。在处理电气设备缺陷方面，传统方法是运行人员在发生设备缺陷时，根据自己的经验结合设备说明书、原来的设备记录，甚至寻找厂家帮忙等手段查找缺陷原因和处理方法。显然，这种查找分析方法，既耗费大量的时间、人力和物力，也容易出错，引起更大的电力事故。而科技的进步，电网的发展，电气设备更加复杂精密，电网的安全稳定运行更加重要，因此需要更专业人员的指导对设备缺陷进行快速准确处理。

作为人工智能应用领域最活跃的一个分支，专家系统始终是研究的热点。它是在某一特定领域，在一定推理机制的逻辑判断下，运用专家们的丰富知识和经验，对问题进行分析和处理。本文开发的电厂电气设备缺陷诊断专家系统，运用PowerBuilder开发工具，结合Access数据库，把专家丰富的专业知识和经验存入系统。当现场设备存在缺陷时，只要输入相应数据，系统就会很快显示缺陷起因和处理方法，从而为运行人员快速、准确解决问题提供有效途径，实现设备缺陷诊断和处理的智能化，符合现代电网发展的需要。

一、电气设备缺陷诊断专家系统的基本结构

专家系统工作原理是根据用户要求，以工作数据库为出发点，在控制策略指导下，运用知识库中有关知识，通过逐步推理判断，从而实现求解的目标，主要由知识库、推理机、解释机制和知识获取4部分组成，其最大的特点是能运用人类专家丰富的经验和知识，模拟人类专家对问题进行求解。

二、电气设备缺陷诊断专家系统的设计

1.知识库。知识库是专家系统体现人工智能功能的基础，关系到专家系统的能力，一个完整的知识库包括4个方面：知识库组织、知识表示、知识获取和知识库管理。（1）知识库的组成。知识库组织是对该领域人类专家丰富的经验和知识归纳、总结和分类。本系统知识库的知识只要来源于关于电厂变压器、发电机、电动机、继电保护设备等设备及其相关辅助设备缺陷的权威著作文献、专家知识经验，全面系统反应这些设备存在缺陷的各个方面，基本涵盖分析这些设备缺陷遇到的问题和解决方案。根据电厂电气设备本身的特点及其相互联系，结合相关厂家的说明，某电厂电气设备缺陷分成5类50种，以树的形式表示出来，在每一子树下包含着设备不同部件、不同属性的缺陷信息。（2）知识表示。知识表示是一组用于描述知识对象的语法和语义约定，是联系专家系统与外界信息的桥梁，起到接收与传递的作用。知识表示方法有框架式结构表示法、产生式规则表示法、面向对象表示法。产生式规则表示法的主要优点是简单、明了，比较符合人类的逻辑思维规律，容易理解，易于表达。目前，本系统中有两百多条规则，随着经验的积累和技术的进步，知识库中的规则将会不断完善。（3）知识获取。知识获取是将求解问题的各种专业人类专家知识、经验或其他知识源转换到知识库的一种方式。目前专家系统的知识获取方法主要有三种途径：人工获取、自动获取和半自动获取。该电厂专家系统采用半自动获取方法，通过以自然语言交互方式与电气设备领域的人类专家直接对话，以获取知识，形成规则，构造知识库。为防止用户输入知识的随意性，系统采用二级存储方案，只有当新知识通过试运行被证明可靠后，才将其并入知识库，保证了知识的一致性，使系统的知识得以不断的更新与补充。（4）知识库管理。知识库管理是为了获取知识和管理知识提供各种操作，使专家方便对知识库进行扩充和完善，包括编辑、插入、修改、查询、显示、删除、存贮、打印等。知识库管理模块由各类电气设备缺陷类型、缺陷特征、缺陷产生原因、解决缺陷措施的规则及知识库编辑和建立这5部分组成。本专家系统在使用过程中，知识库是不断随着新知识的生成而不断吸收、不断扩充，具有很好的扩展性，从而使知识库不断更新和完善。2.推理机。推理机是专家系统体现人工智能的决定性因素，它的任务是通过选择和使用知识库的知识，运用适当的推理控制策略进行推理，实现对实际问题的求解。正向推理、反向推理、正向与反向推理相结合的混合推理是推理控制策略的三种方式，产生式系统可以采用正向推理和反向推理。根据电气设备缺陷产生的特点以及人们解决电气设备缺陷问题的习惯性思维，本系统采用正向推理的控制策略，正向推理是指根据缺陷产生的一系列现象出发，寻找引起这些现象的缺陷及其解决方案。

3.人机接口。专家系统的人—机接口是系统与用户之间进行信息转换的纽带，即将用户输入的信息翻译成系统可识别的形式，将系统向用户输出的信息转换为人类可接受的形式。本系统采用PowerBuilder 5.0设计的人机接口，界面非常友好。本系统采用菜单选择和描写录入的方式向用户获取初始信息，用户在菜单下选择主设备，并根据实际情况把缺陷现象录入即可。

三、系统的实现

根据上面所述专家系统设计原理和思路，本文采用PowerBuilder 5.0开发工具，以Access数据库为基础，开发了电厂电力设备缺陷分析专家系统。本系统由缺陷类集合模块、缺陷原因分析模块、缺陷防止措施模块和系统升级模块构成。缺陷集合模块中的缺陷被分为5类50种，系统在工作时，根据用户对缺陷位置、特征等现象的录入，从知识库和数据库推出缺陷的属性名称。在缺陷原因分析模块和缺陷防止措施模块中，根据缺陷特征和环境条件，建立起各种电气设备缺陷产生原因和解决方法相对应的原因分析知识库和防止措施知识库，当以某一缺陷名称访问时，系统就会从缺陷原因分析知识库和防止措施知识库中调用相对应的规则，给出用户满意的答复。系统升级模块具有为专家实现对知识库的修改、调试和升级等功能，实现系统的不断完善。

四、系统的应用

以发电机轴承磨损缺陷为例，用户只需在缺陷录入界面缺陷位置下选择发电机，在缺陷现象下选择过热和噪声，并在缺陷现象描述下进行较具体陈述即可完成对缺陷的录入。当用户在深度分析下点击开始键时，专家系统就能迅速查询且输出分析结果。

五、结语

本文开发的电厂电气设备缺陷诊断专家系统，全面系统地汇集了电厂发电机、变压器、电动机、继电保护设备及其相关设备缺陷的各种知识，功能完善，有效地减轻运行人员和检修人员的工作负担，达到预期效果。

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作者简介：赵勤（1985-），女，助理工程师，现在黑河市黑宝山矿业有限责任公司工作。