（电力系统及其自动化专业论文）基于预试数据的电力设备健康状态评估.pdf

ab s t r a c t wi t h i n c r e a s i n g d e m a n d o f e c o n o m i c a n d s e c u r i t y o p e r a t i o n o f p o w e r s y s t e m s , t h e i m p l e m e n t a t i o n o f c o n d i t i o n - b as e d m a i n t e n a n c e o f e l e c t r i c p o w e r e q u i p m e n t s i s e x p e c t e d s t r o n g l y . i n o r d e r t o r e a c h t h e g o a l , t h e k e y p r o b l e m t o b e s o l v e d i s h o w t o e v a l u a t e t h e c u r r e n t h e a l t h c o n d i t i o n s o f t h e e q u i p m e n t s . i n t h i s p a p e r , m a i n a t t e n t i o n i s p u t o n d e v e l o p a e v a lu a t in g a l g o r i s m b a s e d o f t h e p r e v e n t i v e t e s t d a t a . b y c o m b i n i n g t h e f u z z y m a t h e m a t i c s a n d e x p e r t a c k n o w l e d g e , a n e w a l g o r i s m f o r e v a lu a t in g h e a l t h c o n d i t i o n o f e l e c t r i c p o w e r e q u i p m e n t s i s p r o p o s e d . a n d m o r e , a s o f t w a r e p a c k a g e t o i m p l e m e n t t h e e v a l u a t i n g a l g o r i s m i s m a d e . f i e l d d a t a t e s t s h a v e s h o w n t h a t e v a l u a t i n g r e s u l t s c a n d e s c r i b e h e a l t h c o n d i t i o n o f t h e e q u ip m e n t s s a t i s f a c t o r y . z h a n g j i n p i n g ( p o w e r s y s t e m a n d i t s a u t o m a t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f . l i u g u o x i a n k e y w o r d s : c o n d i t i o n - b a s e d m a i n t e n a n c e , e v a l u a t i o n o f h e a l t h c o n d it i o n， p r e v e n t i v e t e s t ， e x p e r t s y s t e m， f u s s y m a t h e ma t i c s 华北电 力大学 ( 北京) 硕士学位论文 第 1页 共 5 1页 第一章 概述 1 . 1 引言 随着电力系统的深化改革和快速全面发展，降低电力企业的运行成本，提高供 电可靠性，为国民经济各部门提供可靠、优质电能是电力企业提高经济效益和社会 效益，增强市场竞争力的根本途径。而电力设备检修质量能否得到保证，检修体制 是否合理完善直接影响着电力系统的可靠性水平。 电力系统设备的检修体制，经历了事后检修 ( b m, b r e a k m a i n t e n a n c e ) 、计划 检修 ( s m, s c h e d u l e m a i n t e n a n c e ) 及状态检修 ( c b m, c o n d i t i o n b a s e d m a i n t e n a n c e ) 三个阶段。 事后检修， 也称为故障检修( c m, c o r r e c t i v e m a i n t e n a n c e ) ， 是最早的 检修方式， 这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且无法继续运转时才 进行维修，严重威胁着设备和人身安全，是一种被动的维修 t 1 计划检修，也称定期检修 ( t b m, t i m e b a s e d m a i n t e n a n c e ) ，这种检修方式以时 间为依据，预先设定检修工作内容与周期。第二次产业革命时期，由于社会化大生 产对设备的依赖性逐渐增大，开始推行 s m。目前，我国电力系统大多采用计划检 修，这种检修体制在保证设备正常工作中确实起到了直接预防或延迟故障的作用， 但它不根据设备的实际状况，单纯按规定的时间间隔对设备进行相当程度的解体， 自身存在着较严重的局限性和缺陷，不可避免地会产生 “ 过剩维修” ，造成设备有 效利用时间的损失和人力、 物力、 财力的浪费， 甚至会引发维修故障也可能出现“ 维 修不足” ，在两次检修时间之间发生较严重的故障2 1 在这种情况下，具有极强针对性和时效性，以 “ 当修即修，不做无谓的维修” 为特点的状态检修 ( c b m, c o n d i t i o n b a s e d m a i n t e n a n c e ) ， 引起了国内外电力工作者 的普遍关注和重视。状态检修，具体来说是通过设备的历史运行、检修及试验状态 和连续监测数据，对设备的健康状态进行评估、预测，在故障发生前安排检修时间 和项目。它根据设备的实际情况来决定设备是否需要检修，对需要检修的设备要及 时修理，保证其安全运行的可靠性，对不需要检修的设备，就可以延长检修周期， 待其需要检修时再检修 3 1 显然，设备健康状态的评估是实现状态检修的前提条件。其评估方法可分为: 1 )基于设备在线监测数据的健康状态评估; 2 )基于设备离线预防性试验数据的健康状态评估; 3 )基于设备在线监测数据和离线预防性试验数据的综合健康状态评估。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文第 2页 共 5 1页 本文的主要研究内容是:基于设备离线预防性试验数据的健康状态评估。 1 . 2 设备健康状态评估研究、应用现状 状态检修是一种比较新的检修体制，成功的实例并不多，鉴于此，做为状态检 修依据的设备健康状态评估系统的研究也处于摸索阶段。 以在线监测数据为基础的设备健康状态评估，是运用传感技术、光电子技术及 计算机技术等先进的手段，适时反映设备状态。对不同的变电设备，表示设备整体 状态的参数可能是不同的，需根据具体情况确定。而以预防性试验数据为基础的设 备健康状态评估，则是根据设备的历次试验数据( 交接性、预防性) 、运行电压下的 各种参数变化，承受负荷及经受短路的情况，并与同类设备比较，综合分析设备的 健康状况，作为判断设备是否需要维修的依据。 在 2 0 世纪7 0年代末期，美国国家电力研究院 ( e p r i )所属的监测与诊断中心 ( m其二，即使是 那些在线监测系统已有相当规模的变电站，在技术力量上也还不能适应发展要求， 其现场技术人员分析状态监测数据的能力较差，因而不能合理分析利用在线监测的 数据 5 1 而基于离线的预防性试验数据的设备健康状态评估，是根据设备的历次试验数 2 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 第 页 共 5 1页 据( 交接性、预防性) 、运行电压下的各种参数变化，承受负荷及经受短路的情况， 并与同类设备比较，最终得出一个具体的分值，量化设备的健康状况水平，而且预 试项目 标准是多年电网运行维护经验的积累，是分析和判断设备健康水平的主要依 据，简单易行，不需要投入更多的人力物力，更接近大多数变电站的实际情况。 鉴于上述现状，开展以预防性试验数据为基础的电力设备健康状态评估具有重 要意义，但是由于以往对预防性试验数据的综合分析主要凭借个人的主观认识和经 验，缺乏理论依据和通用性，虽然有一定的效果但难以全面推广和应用。另外，如 何将在线监测和预防性试验两者的测试数据有机的结合起来，通过严谨的、科学的 评估过程，得出正确的设备健康状态的评估结果，目前在国内仍然是一项空白。 1 .3 本文主要工作 作为状态检修依据的健康状态评估系统在软件方面的发展仍处于起步阶段，通 过实践积累丰富的运行经验，研究和确定评估的系统流程和方案，设计出一套科学 的状态评估软件来确保评估过程和结果的科学性与正确性，是进行电力设备健康状 态评估所迫切需要解决的课题。 本文的主要工作如下: i .全面、深入的分析了各种预防性试验项目，并对各种预试数据进行 了分类整理，构建了预试数据编码、存贮结构，为预试数据的综合 分析、利用打下了坚实基础。 z .在广泛调研的基础上，利用模糊数学，结合专家系统知识，提出了 一种用于设备健康状态评估的新算法，它不仅可以反映设备状态及 其变化对健康状态的影响，而且设备的运行记录也得到相应考虑。 3 .针对评估算法的要求，进行了系统数据库及功能模块的设计，并在 此基础上，做了大量的编程工作。开发完成的评估系统，通过了各 种标准化测试，即将投入工程实际应用。 目前，电力系统很多单位已经采用了管理信息系统 ( m i s , m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m ) ， 把本评估系统与 变电 检修管理信息系统结合起来，能 够规范 变电检修工作管理、提高劳动效率、增加工作过程透明性、促进企业信息化建设。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文第 4页 共 5 1页 第二章 设备健康状态评估基础 本文所用评估算法的推导，引入了模糊数学有关隶属度的概念;健康状态评估 系统的实现是专家系统知识的具体应用。 本章将对模糊数学、专家系统的有关知识进行简要的介绍。 2 . 1 模糊数学 2 . 1 . ， 模糊数学的 特点 所谓模糊性是指客观事物中的不分明性，由于概念外延的模糊，造成划分上的 不确定性。模糊性的根源在于客观事物的差异之间存在着中介过渡。模糊事物是指 某一事物的类属很难作出明确的判断。事物的模糊性是现实世界广泛存在的一种特 征。 模糊数学的产生把数学的应用范围从精确现象扩大到模糊现象的领域。模糊数 学的一个重要特点，就是要使数学回过头来吸取人脑识别和判断的模糊特点，使之 运用于计算机，使部分自然语言能够作为算法语言直接进入程序，使人能以简易之 程序调动机器完成更复杂的事物，从而大大提高机器的活性。 模糊数学不是让数学放弃它的严谨性，使数学变得模模糊糊，而是用定量的数 学方法去处理具有模糊性的现象。需要注意的是，模糊数学仅适用于有模糊现象而 又可以量化的领域，对那些原来就用经典数学方法取得了很好效果的领域，就没有 必要再把它模糊化了f ii 8 1 2 . 1 . 2 模糊集 所 谓 给 定 论 域u上 的 一 个 模 糊 子 集终 ， 是 指 对 于 任 意 u e u ， 都 确 定 了 一 个 数 ll a (u ) 0 _ ju a (u ) - 2 0 人时，可用加权统计方法来计算权重。 例如，设因素集 x = 毛 x x 2 , , x j，请 2 2位专家或有关人员根据权重分配调 查表2 - 2 提出自己认为最合适的权重，收回此表2 - 2 后，再作权重的统计试验。结 果如表2 - 3 ， 表中:a , 9 :权值;n , , :人数;w : _ .频率。 因素 x xix2 x3x4 名 权重 a ; a, a2a 3 a , 1 表 2 一3 序 号 因素 x , 因素x 2 因素 x ， 因素 x , a, ,n , , w 3 a2 .n z s a s aj 弓n 3 s 口 3 . a 4 sn sq弓 ， 10 . 1 5 10 . 0 4 5 5 0 . 1 5i0 . 0 4 60 . 2 0 50 . 2 2 70 . 1 0 5 0 . 2 2 7 20 . 2 0 40 . 1 8 20 . 1 7 60 . 2 7 20 . 2 5 30 . 1 3 60 . 1 1 1 0 . 0 4 6 3 0 . 2 550 . 2 2 7 0 . 2 6 40 . 1 8 2q 2 9 i 0 . 0 4 60 . 1 5 40 . 1 8 2 40 . 2 9 10 . 0 4 5 50 . 2 9 10 . 0 4 6 0 . 3 07 0 . 3 1 80 . 2 08 0 . 3 6 4 5 0 . 3 0 90 . 4 0 90 . 3 0 70 . 3 1 8 0 . 3 54 0 . 1 8 20 . 3 0 3 0 . 1 3 6 6 0 . 3 5 10 . 0 4 5 50 . 3 5 30 . 1 3 60 . 4 0 2 0 . 0 9 10 . 4 0 1 0 . 0 4 5 70 . 4 0 10 . 0 4 5 5 工 2 21 . 0 0 0 2 21 . 0 0 0 2 2 1 . 0 0 0z 2 1 . 0 0 0 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 9页 共 5 1页 按 公 式 :a ; 二 菩 a s r, s ， 其 中 ” 为 序 列 数 。 需要指出的一点是:权重的确定允许有一定的弹性，因为隶属度函数的统计确 确实包含着人脑的某种主观过程，这是在实际进行综合评判时所必须考虑的。 2 . 1 . 6 模糊数学在本系统中的应用 在以往设备健康状态的评估过程中，大多是定性分析，或者是单因素的定量评 价，这往往带有主观片面性，不够准确、全面。借助于模糊数学的方法，综合考虑 多种因素，可以较全面的对设备的健康状态进行评估。 在本文中，模糊数学的应用是一个模糊综合评判的过程: 1 .论域:各参与评估的项; 2 .模糊子集:设备的健康状态; 3 .隶属函数:鉴于实现的问题，使用分段函数; 4 .权重的确定及其采用的方法:专家估测法与加权统计方法相结合。 具体的过程将在第三章中介绍。 2 . 2 专家系统 专家系统( e x p e rt s y s t e m s ) 是发展最早， 也是比 较成熟的 一种人工智能 技术。 研 究者对专家系统的一个比较粗略而一致的定义为:专家系统是一个在某特定领域 内，用人类专家知识去解决该领域中难以用精确数学模型表示的困难问题的计算机 程序p o 目前，专家系统在电力系统中己有一些成功的应用:关于调度所、发电厂、变 电所的操作票专家系统有较快的发展，取得了一些实用化的经验;设备和电力系统 的故障诊断已经向实用化迈出了重要的一步。 对于设备健康状态评估，它主要依据逻辑判断推理和符号信息处理，有比较容 易抽取的知识 ( 较完整的专家经验、运行规程和手册) ，有相对较小的搜索空间， 所以比较适合应用专家系统。 2 . 2 . 1 专家系统的特点 领域专家能够解决某领域问题的关键在于他掌握了求解有关领域问题的大量 的专门知识。这些知识一部分是书本知识，但更为重要的是在长期实践中逐渐积累 华北电力大学 北京) 硕士学位论文第 1 0页 共 5 1页 起来的经验性知识。专家系统的基本思想是让计算机通过汇集领域专家的知识和经 验，存储某一领域的专门知识，模拟人类专家做出决策，解决需要专家决定的复杂 问题 。 一个专家系统应该具有以下三个特点: 1 启发性:由于经验性知识通常没有严谨的理论依据，很难保证其在各种情 况下是普遍正确的，但在一定条件下用来解决问题往往能有效地简化问题或快速求 得问题的解。人们把具有这样特点的知识往往称为启发性知识 ( 具有严谨理论依据 的专门知识称为逻辑性知识) 。使用启发性知识处理问题是人类推理的特征之一， 人类专家的技能也主要来源于这些启发性知识。因此，专家系统要达到人类专家处 理问题的水平就必须能够存储和利用这些启发性知识，像专家那样，通过推理和判 断来求解问题。 2 .透明性:专门知识大都是人类专家在实践中积累起来的启发性知识，通常 只有专家本人掌握。为了使用户对结果放心，专家系统必须具有向用户解释推理过 程、回答用户提问的解释功能，即对用户来说是透明的。 3 .灵活性:要把专家头脑中的经验知识全部而明确地表达出来并非易事，要 反复多次，不断扩充才能达到。启发性知识往往具有针对性，只有在特定情况下才 是正确的，这就要求系统中的知识要便于修改、扩充。 2 . 2 . 2 专家系统的组成 一个实用的专家系统，大致由六部分组成:知识库、数据库、推理机、知识获 取、咨询解释和人机接口。 1 .知识库:存放系统求解问题所需要的领域专门知识。知识获取过程中获得 的专门知识，以适当的知识表达式和结构形式存入知识库中。一个专家系统性能的 高低，决定于知识库中知识的完善程度和良好的组织结构。它是开发专家系统的一 项最关键的工作。知识库应具有存储、检索、修改等功能。 2 .数据库:存放所解问题的原始数据和推理过程中得到的各种中间信息。为 了使推理机能方便地求解问题，数据的表示和组织形式应尽量和知识库的内容相 容。 3 .推理机:它是一组程序，用来控制、协调整个专家系统的工作。根据数据 库中的信息，利用知识库中的知识，按一定的推理策略去解决所研究的问题。推理 机还具有向知识库添加新内容、删去旧内容的功能。 为保证专家系统的透明性和灵活性，应当力求知识库和推理机相分离，以免知 识的修改引起推理机的变动。 4 .知识获取:知识获取也称为学习功能。它为知识库的建立、修改知识库中 1 0 华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文 第 1 1页 共 5 1页 己有的知识和扩充新的知识提供手段。 在专家与系统交互的过程中， 发现需要修改、 删除或增加的知识及由此引起的一切必要的改动，都要利用这部分。它是保证系统 灵活性的必要部分，直接影响系统的生命力。 5 .咨询解释:负责对推理出的结果作出必要的解释，以便向用户说明推理过 程，使用户容易接受推理的结果，为用户维护、管理专家系统提供方便，同时也有 利于新手向专家系统学习。 6 .人机接口:为了使用方便，大多数专家系统有人机接口。人机接口负责把 用户熟悉的信息表示手段 ( 如自 然语言、表格、图形) ，转换成内部表示形式，再 交给各相应的组成部分去处理。专家系统输出的信息也由人机接口转换成用户能理 解的形式。 2 . 2 . 3 产生式知识表示法 产生式表示法是由一个或n个前提引出一个结论的知识表示形式( 也叫前提一 结论对或规则表示法) ，是专家系统中用得最多的一种知识表示法。 产生式规则的一般表示形式为: i f c o n d i t i o n s( 前提条件) t h e n c o n c l u s i o n s( 结论) 表示当前提条件全为真时，则有结论存在。其中条件可以是任何子句的逻辑组 合 ( 与、或) ，但结论只能是一个或多个结论的 “ 合”取。 以本系统中，设备运行历史状况评估规则为例，自 上一次设备检修完毕重新投 入运行开始，至当前统计之时截至: i f( 经受额定短路电流冲击大于等于4 次) ，t h e n ( 评估分数为0 a n d不健 康状态 a n d需立即检修) ; i f ( 经受额定短路电流冲击等于 3 次) ，t h e n ( 评估分数为6 5 a n d临界健康 状态 a n d提示运行人员警醒) ; i f ( 经受额定短路电流冲击小于等于2 次 a n d大于等于 1 次) ， t h e n ( 评估 分数为7 5 a n d 合格健康状态 a n d正常检修周期) ; i f ( 经受额定短路电流冲击等于0 次) ，t h e n ( 评估分数为1 0 0 a n d健康状 态 a n d可适当延长检修周期) 。 这样的规则在系统中应用很广泛，在此，不做一一介绍。需要指出的是，表示 前提合结论的知识也可用谓词逻辑、框架等其它各种知识表示法来表达。 产生式系统的特点: 1 . 清晰性 ( 可读性) :能清楚地反映人类在一个特定的领域中， 关于 “ 做什么” 的思维过程，固定的“ i f -t h e n ” 格式， 简单、 清晰、 易于表达、理解、 检索和推理。 宜 i 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 1 2页 共 5 1页 z .模块性:每条规则间相互独立，不能调用，相互间的联系用上、下文的数 据结构来实现，这种较强的相互独立的模块形，给知识库的建立、扩充管理提供了 方便。 3 .灵活性:便于修改、增删、有利于加入启发性知识。规则组合后，又可用 来表达深层知识。 4 .解释性:能方便实现向用户解释所得结论的依据是什么。但简单的产生式 系统由于各条规则相对独立，知识的表达能力较低，且按顺序检索，在复杂问题求 解过程中会出现组合爆炸， 效率较低， 解释能力也只能是重复已启用的产生式规则， 而不能从本质上给出问题的原理性解释。 尽管产生式系统存在上述缺点，但由于其知识表达简单，使用方便，是目前国 内外的专家系统中采用的知识表示方法最多的一种。 2 . 2 .4 专家系统在本系统中的应用 专家系统在电力设备健康状态评估系统中的典型应用是基于产生式规则的系 统，即把预防性试验规程 ( 以后简称规程)规定及专家和运行人员的经验用规则表 示出来，形成设备健康状态评估系统的知识库，并根据相应的故障征兆对知识库进 行推理，获得产生故障征兆的原因，并提出相应的检修建议。包括如下内容: 1 .数据库:设备设计参数、缺陷及检修历史数据、同类设备统计数据等: 2 .知识库:该库应包括设备状态评估知识和异常诊断数据。包括设备的有关 标准、预试规程及相关性能指标资料，以及收集国内外诸多专家分析判断设备异常 的权威经验。 3 .推理机:能进行设备健康状态评估和简单的异常诊断，并设置预警功能。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 1 3页 共 5 1页 第三章 设备健康状态评估算法 评估算法的好坏直接影响到评估结果的正确性，因此必须由对运行很熟悉的人 员规定。经过广泛调研后，本文提出了一种以模糊数学为基础的设备健康状态评估 算法。 本章重点叙述评估算法中状态参数的确定、数据分析方法，隶属函数及权重的 确定方法、过程，并简述了基于评估算法的评估过程。 3 . ， 状态参数的确定 确定状态参数是进行健康状态评估的第一步。 通常情况下， 无法直接判断设备的健 康状态， 必须通过分析设备运行过程中表现出来的一些现象或根据能反映设备状态的参 数的测量来间接的得到设备当前的 状态。 这就需要在确定评估算法之前应先确定健康状 态评估所需要的状态参数， 所谓状态参数， 就是可以做为依据， 对设备的健康状态进行 评估的 参数1 1 2 1 1 3 1 状态参数的确定，需要对设备的状态、状态的变化、以及可能发生的故障的机 理、影响因素等有一个清楚的认识;需要对每个设备及每个设备的特征值或特性具 体确定 ，今 ， 。 就本系统而言，所需状态参数包括: 1 . 预防性试验的结果数据:不仅要与预防性试验规程的标准比较，还应与同一时 刻的其它同类设备或同一设备不同相别的试验数据进行横向比 较， 与同一设备历次相同 试验条件、相同地点的试验数据进行纵向比较，进行综合分析。 2 . 设备的历史运行状况:主要为过负荷时间和经受短路情况的次数。 当然，对有条件实施在线监测的变电站，设备在线监测的特征量也需列入状态 参数的范围。 以上状态参数只是一个粗略的说法，对具体的试验项目 还应具体区分。 3 . 2 数据分析方法 3 . 2 . 1 阑值诊断 目前利用预防性试验数据进行设备健康状态评估时普遍采用的是阐值诊断，它 是应用最广泛的一种基本而重要的诊断方式。以预试规程中规定的各种参数的正常 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 第 1 4页 共 5 1 页 值和注意值做为阂值诊断的参照标准，当某项试验测量值超出阐值时，就认为存在 着故障。 阂值诊断简单方便，但由于测量方法上的不完善和测量误差，存在着诊断错误 的可能性。有如下两类错误的可能:1 . 误报增加检修工作量和维修费用;2 . 漏 报一一引起设备的严重事故损坏，造成巨大的经济损失。这种方法的主要缺点在于 对边界的处理过于精确化，有时预试数据的相间比较、历年比较等对健康状态评估 有很大的帮助。因此，在单项评估中先利用模糊数学对规程范围内值进行模糊化处 理，然后利用模糊综合评判的思想综合多种因素的影响在综合评估中进行设备健康 状态的评估才是比较适用的数据分析方法【 17 评估过程首先应能够做到的是识别 “ 健康”与 “ 非健康 “ 两种状态。例如，对 试验项目“ 极化指数” ， 设x 为试验测得值， 规程规定，x 不低于 1 . 5 ， 此处 1 .5 就是 一个闽值，即x ? 1 .5 为健康状态，x a3 ) a, 二 a3 a,; “ ( aw o .8 % ) 将各介损测试临界点的评估标准值进行连线，得出一分段函数，即默认在相邻 两个临界值之间的测评分数为一常数。因此，实际运行的电流互感器预防性试验的 每一个介损测试值均可以 在此分段函数上取到相应的测评分数。x , = f . , ( a) 的函数 1 7 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 第1 7 页共5 1 页 q 1 1 0 0 ， 8 5 ti i 。 t 5 6 5 i 0 d 1 分钟 d 2 分钟d 3 分钟 2 4 0 分钟3 0 z 矗 3 4 2 预防性试验的结果评估 采集电力设备预试数据，与规程标准值比较。如不符合规程要求，等于o ， 由综合评估公式得出该设备的健康状态评估分数为0 分，需立即进行检修。反之， k 。等于1 ，进入下一步评估程序。 运用与历史状况评估过程类似的评估方法。 将试验数据输入x = f ，( a ) 的公式，得出该设备预防性试验结果的单项测评分数。 其中函数关系f 。由模糊统计方法，结合专家经验，具体过程与历史状况分析相似。 以2 2 0 k v 电流互感器的介损预防性试验项目为例，说明函数关系x = f ，( a ) 的确定过 程： c t 介损预试结果的单项测评分数与预试介损测试值的函数关系为x 产f ，。( a “) 。 规程要求，2 2 0 k v c t 介损标准为不大于0 8 ，现由多位专家在介损预试值等于0 0 8 的范围内，分别确定a ，、a 。a ，。三个介损测试值的临界点。即： x ，= 1 0 0 ，a l 。【o ，a 1 1 】 8 5 ， a 1 i 2 a 1 l 8 0 ，a 。( a 1 1 a 1 2 ) 7 5 ， a l i 2 a 1 2 7 0 ，a ，( a 1 2 ，a 。，) 6 5 ， a “2 a ，3 6 0 ，a l i ( a 1 3 ，o 8 ) 将各介损测试临界点的评估标准值进行连线，得出一分段函数，即默认在相邻 两个临界值之问的测评分数为一常数。因此，实际运行的电流互感器预防性试验的 每一个介损测试值均可以在此分段函数上取到相应的测评分数。x 1 - f ，- ( a 。) 的函数 1 7 兰型垄型型塑生垡堕塑堡主堂垡堡塞 蔓! ! 夏茎! ! 夏 关系曲线见图3 - - 2 。此函数为一分段函数，具体对应关系fn ，以及几个临界值。 图3 2 介损分数分段函数 a 、a ma t 。均由多位电力系统专家评估确定：为使介损临界值的估趋于准确、合理， 特收集湖南、衡阳、沈阳、牡丹江、a b b 等十余个互感器厂家的介损预试值i i l 个，采 用模糊统计法分析，绘制分布曲线图2 - - 3 作为专家评定临界值的参考依据。 图3 3 介损预试值分布图 由此可以得出预防性试验中介损项目所对应的分段函数x i = f 。，( a ，) 的关系 a ， 0 ，0 2 9 a 。t = o 2 9 a ，。( 0 ，9 9 ，0 4 6 ) a 。= 0 4 6 a - ，( 0 4 6 ，0 6 2 ) a 。= 0 6 2 a ，。( 0 6 2 ，0 8 ) 将各分项预防性试验所对应的测评分数输入矩阵x ，即：x = ( x 。 x 。x 。x 。) 。针对电流互感器主要的预防性试验项目：介损、绝缘电阻、主绝 缘电容量，其各单项测评分数组成的矩阵为：x = ( x 。x ：x 。) 绝缘电阻与电容值的评估方法与之类似。 确定好权重集r 后，运用公式u ：x r ，推导出预防性试验结果的测评总分u ： 踮加踮 l = x 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文 第1 9 页共5 1 页 3 5 权重的确定 u = 位。r ：ar 。) x x ： m x 。 不论是综合评估算法还是分项评估算法，权重都是至关重要的。它反映了各个 因素在模糊综合评判过程中所占的地位或所起的作用，直接影响到评估的结果。权 重是专家知识的反映，是经过长期分析提炼而来的，在一定程度上能反映实际情况。 确定权重时要综合考虑多种因素，如设备故障机率一一“浴盆“曲线的影响，必 须综合多位专家的经验，采用加权统计法，结合利用专家估测法来确定，具体的方 法在第二章中已做详细介绍，此处不再赘述。通过对各个专家确定的各自独立的权 重集的综合分析统计，最终得出比较符合实际的权重关系矩阵。 对单项评估合格的设备，利用上述方法确定好权重集后，将备值带入综合评估 算法： h = ( u r i + v r 2 + w r 3 + q r 4 ) k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 ( r i + r 2 + r 3 + r 4 ) 中，得到设备的整体评估分数，利用量化的分值确定实施检修及下次试验的时间、 项目等。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 1 9页 共 5 1页 门.!1.weesesj 龙工m尤 尸leseseseseeleeweweweesl . r (i 一 恢 ， r z n 3 . 5 权重的确定 不论是综合评估算法还是分项评估算法，权重都是至关重要的。它反映了各个 因素在模糊综合评判过程中所占的地位或所起的作用，直接影响到评估的结果。权 重是专家知识的反映， 是经过长期分析提炼而来的， 在一定程度上能反映实际情况。 确定权重时要综合考虑多种因素，如设备故障机率一一 “ 浴盆 “ 曲线的影响， ，必 须综合多位专家的经验，采用加权统计法，结合利用专家估测法来确定，具体的方 法在第二章中己做详细介绍，此处不再赘述。通过对各个专家确定的各自独立的权 重集的综合分析统计，最终得出比较符合实际的权重关系矩阵。 对单项评估合格的设备，利用上述方法确定好权重集后，将各值带入综合评估 算法: h = ( u . r 1 + v . r 2 + w . r 3 + q . r 4 ) k i k 2 k 3 k 4. k 5 / ( r 1 + r 2 + r 3 + r 4 ) 中，得到设备的整体评估分数，利用量化的分值确定实施检修及下次试验的时间、 项 目等。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 2 0页 共 5 1页 第四章 系统总体设计 准确、到位的分析设计是一个软件能够取得成功的决定性因素，系统设计的主 要任务是根据系统分析给出的逻辑模型和系统目 标，科学、合理地制定物理实现方 案，解决 “ 系统怎么做”的问题. 本章将从系统的设计目标、代码设计、人机交互界面设计、数据库设计及主要 功能子系统划分几个方面来考虑。 4 . 1 设计目标 系统的开发应以用户的实际业务需求为基础，利用在预防性试验数据来量化评 估设备的健康状态。 本系统要实现的具体目标是: 1 .预防性试验信息数字化 信息是客观世界事物的反映，它提供了有关现实世界的状态或知识。目 前，预 防性试验的各种信息的存储，一部分以纸质报表的形式存放于文件柜，还有一部分 以文本或数据的形式存于计算机，或以知识的形式存于运行管理人员的大脑中。这 种信息管理模式，很难适应企业现代化管理的需求。 实现预防性试验信息数字化的主要内容是:将预防性试验产生和需要的各种信 息， 进行统一分类、编码，存入数据库中，借助计算机及网络技术，完成信息的 加工、处理和传递等工作。 z .试验过程自 动化 预防性试验的过程涉及到了某次试验需做哪些项目，运行记录的填写及试验报 表的汇总生成等工作，这些重复性的劳动是运行检修人员的主要工作负担。试验过 程自动化就不仅可以用计算机代替人完成日常的这些处理工作，提高劳动生产率， 减员增效，而且，由于减少了许多中间人工处理环节，还可大大提高信息的处理速 度，避免许多人为的错误，从而提高信息的实时性和准确性。 3 ，评估结果科学化 以前对预防性试验结果只凭借运行人员的经验来处理，没有一个科学的评估结 果。评估结果科学化，就是要把国家标准、行业标准 ( 预防性试验规程) 、运行经 验、自 行开发的己经得到现场验证的判断标准以知识库的形式表现出来，凭借相应 的算法，对试验结果数据实时评估，以多种数据分析方式保证评估结果的全面，并 通过权重的调整来减轻非客观因素的千扰，得到一个科学、合理、可以值得信赖的 评估结果。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 2 1页 共 5 1页 4 . 2 代码设计 代码是代表事物名称、属性、状态等的符号，通常是字母、数字的组合，设计 出一个好的代码方案可以使很多及其处理 ( 如某些统计、校对、查询等)变得十分 方便，还可以把一些现阶段人工难处理的工作变成很简单的处理。 4 . 2 . 1 代码的作用 为实体或属性提供了唯一确定的标识。 代码可提高数据的全局一致性，在不同场合甚至有不同叫法的同意事物，都可 以通过编码统一起来。 可为实体或属性提供简单但易于识别的认定，便于数据的分类、检索和统计， 提高数据处理的效率，同时，代码缩短了事物的名称，可以节省记录、记忆和存储 的空间。 4 . 2 . 2 代码设计的原则 1 .代码要具有唯一性。每个代码所标识的实体或属性应是唯一的。 2 .代码的合理性。必须在逻辑上满足用户需要，在结构上与处理方法一致。 3 .应具有可扩充性。代码要有足够的备用码位，以适应不断发展的需要。 4 .代码的编制应规范化、系统化。代码的结构、类型、编写格式必须统一， 有一定的分组规则，以便在整个系统具有通用性。 5 .代码应简单，尽可能反映实体的特点，以助记忆，便于填写。 本系统采用顺序码和分段码两种方式进行编码。顺序编码方式就是按字母或数 字的顺序进行编码， 如电压等级编码: 1 - 1 1 0 v , 2 - 2 2 0 v , 3 - 3 8 0 v , 4 - 1 0 k v , 5 - 3 5 k v . 分段编码方式将编码分为几段，每段位数可以不等，各段表示不同的含义。 4 . 2 . 3 代码组成 下面给出的设备编码是本系统编码的一部分，如图 4 -1所示。该图中，实体 定义:由若干元素 ( 设备)为了某种目的有机地相互结成的一个总体。实体属性: ( 1 )整体性;( 2 )各元素之间的关联性;( 3 )人所以把它当作实体的目的性。 1 .部门代码 1 5 位:( 运行维护部门) 1 . 2 位:电网公司、发电公司代码e 0 0 - 4 9 一 电网公司代码;5 0- 9 9 一 发电 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 2 2页 共 5 1页 公司代码。 部门代码 巧i 卖体 代 码 5 部 件 代码 ， 实 体 标 识 码2 0 一 设备标识码 3 2 宫 b 件标识码 3 9 - 图4 一i代码组成示例 3 , 4 位:大区电网公司 ( 华中、华北 . . )以及国家电网公司直属机关部门 代码。0 1 4 9 一大区电网公司代码;5 0 9 9 一直属机关部门代码。 5 , 6 位:省级电网公司 ( 湖南、 江苏)以及大区电网公司直属机关、部门代码。 0 1 -4 9 一 省网公司代码;5 0 -9 9 一 直属机关部门代码。 7 , 8 位: 地区级电网公司 ( 长沙、 株洲)以及省电网公司直属机关、 部门代码。 0 1 -4 9 一 地区网公司代码:5 0 9 9 一 省电网公司直属机关部门代码。 9 , 1 0位:县级电网公司以及地区电网公司直属机关、部门代码。0 1 -4 9 一县 电网公司代码;5 0 9 9 一地区电网公司直属机关部门代码。 1 1 , 1 2 位:县级电网公司直属机关及地区电网公司直属机关部门下班组代码。 0 1 - 4 9 一保留 ( 下级供电公司代码) ;5 09 9 一县级电网公司直属机关及地区电网公 司直属机关部门下班组代码。 1 3 , 1 4 位:县级电网公司直属机关部门下班组代码。0 1 -4 9 一保留 ( 下级供电 公司代码) ;5 09 9 一县级电网公司直属机关部门下班组代码。 巧位:备用。 2 .实体代码5 位 1 位:实体分类。1 一 发电厂;2 一变电站;3 -输电线路;4 一配电线路;5 - 箱式变电站; 6 一开闭所. . . . . . ; a一检修班组库房; b 一调度机房: c 一计算中心机房。 2 , 3 , 4 , 5位:序列号。 3 .设备代码 1 2 位 1位:设备次别代码。1 一一次设备;2 一二次设备;3 一试验及测量器具;4 - 通信设备;5 一计算机及网络设备;6一其它。 2 位:设备大类 ( 发电设备、变电设备、输电设备) 。 3 , 4 位:设备中类( 发电机、变压器、开关、保护装置) 。 5 . 6 位:设备小类( 汽轮发电机、油浸变压器) 。 7 .8 位:备用。 9 . 1 0 , 1 1 , 1 2 位:序号。 4 .附件代码 7 位 2 2 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 2 3页 共 5 1页 1 , 2 位:设备附件大类( 转子、绕组 ) 。 3 , 4 位:设备附件小类。 5 , 6 , 7位:序号。 采用上述编码，可完全保证，当全国电网设备汇成一张表时，不会发生任何冲 突， 确保编码与实体唯一性对应， 并且，当对某一类设备 ( 如变压器) 进行统计时， 只需检索编码字段即可，无需对设备名称进行搜索，保证数据库管理的高效率。 4 . 3 人机交互界面的设计 对于软件而言，不仅需要由完善的功能，还应由友好、方便使用的人机交互界 面，否则，软件的价值就会打折扣。人机交互部分的设计应该突出考虑人如何命令 系统以及系统如何向用户提交信息等因素。 一些高级程序设计语言如 d e l p h i , j a v a等都提供了大量的构造人机界面的工 具一一控件，使程序员不需要花费太多的时间进行界面的编码工作，降低了界面绘 制和实现的难度。现在需要解决的问题是如何更好地组织这些控件，使程序结构更 好，易于修改，尽量方便用户的使用。 4 . 3 . 1 界面设计原则 界面设计中要遵循的一些原则: 1 .一致性原则 人机界面的一致性主要体现在输入、输出的一致。应用程序的不同部分之间应 具有相似的界面外观，相似的布局，相似的人机交互方式以及相似的信息显示格式 等。对程序员来说，一部分程序可以通过继承来实现，减轻了他们的的负担，相应 的减少了错误的发生;对用户而言，整体布局的一致性可以保证操作风格的一致， 有助于他们较快的学习掌握该软件的用法。 2 .引导、反馈、错误处理、帮助原则 人机交互系统的引导原则是对用户的操作进行提示和帮助，反馈原则是指用户 从计算机方得到消息，表示计算机对用户的动作作出的反应。 在系统操作过程中，对重要的操作应有相应的提示，如 “ 保存成功” 、 “ 提交审 核成功”等，使用户随时了解操作的状况，避免出现 “ 哑播放”的情况;对于耗时 较长的操作，要给出进度条的提示;对于不利于记忆的操作，要在窗口下方给出尽 可能多的提示;对关键操作有强调和警告，对某些要害操作，无论操作人员是否有 误操作，系统提供进一步的确认，甚至警告，预防错误的发生;对数据录入相关部 分，提供校验功能等。数据要一处录入，其它地方自动生成 防止由于数据的多处 z 3 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文第 2 4页 共 5 1页 录入造成的冗余和错误。 4 . 3 . 2 界面整体设计 系统界面应该分以下几类; i .登录窗口 登录系统时，需要安全性确认机制。登录窗口应该由用户输入自己的用户名、 口 令及用户角色等内容，验证用户的身份后，登录成功，并根据角色赋予相应的权 限。 2 .导航窗口 用户通过身份验证，登录系统后，首先应提供一个导航窗口给他。该窗口列出 用户权限范围内能操作的所有