（电气工程专业论文）变电站集中监控告警信号在线处理专家系统.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t a f t e rt h ep o w e rs u p p l yc o m p a n ya d o p t e dn op e r s o no nd u t yi nt h es u b s t a t i o n s b e l o w2 2 0 k v , a l lt h em e s s a g e sa n di n f o r m a t i o nw e r eg a t h e r e dt ot h es u p e r v i s o r y c o n t r o lc e n t e ra n dw e r ed i s p l a y e di nt h es o r to f t i m e a l lk i n d so f m e a s u r e m e n t sa c ti n ah i g hf r e q u e n c y , e s p e c i a l l y , w h e na c c i d e n th a p p e n e di nt h ep o w e rg r i d ，t h ep e r s o n o nd u t yw i l lb ed a z z l e da n du n c e r t a i nw h a tt od o h em a ye a s i l yl e a v eo u ts o m e i m p o r t a n tw a r n i n gm e s s a g e ，a n df a i lt oh a n d l ei nt i m e t h e r e f o r e ，t h e r ei sa nu r g e n t n e e dt oi n s t a l la i le x p e r ts y s t e m0 nt h es u p e r v i s o r yc o n t r o lw o r k s t a t i o n ，w h i c hc a n h a n d l et h er u n n i n gm e s s a g e so ft h es u b s t a t i o n ，s o r to u tf a u l tw a r n i n gm e s s a g e s ，h e l p t oj u d g ea n dh a n d l eb r e a k d o w n s f i r s t ，w ed e f i n et h em e a s u r e m e n ti nk i n d sf o rt h ed i s p l a yi nm a n yt a b s f o rt h e r e q u i r e m e n to ft h es u p e r v i s o r yc o n t r o l ，w em a k et h em e s s a g e sd i s p l a y e di n6t a b s ， s u c ha st i m es e q u e n c e ，t h es u g g e s t i v e ，t h ew a r n i n g ，t h ea c c i d e n t a l ，t h ee x a m i n ea n d r e p a i r , t h en o tr e l o c a t i n g s e c o n d l y , w ee s t a b l i s he x p e r ts y s t e mr e p o s i t o r yf o rw a r n i n g m e s s a g e si ns u b s t a t i o n s ，a n da d o p tf o r w a r di n f e r e n c ea n df u z z yt e c h n o l o g y , w h i c h c a nr e a l i z el o g i c a l j u d g m e n tf o ras i n g l ew a r n i n ge v e n to rr e l a t i v ew a r n i n ge v e n t s ，a n d t h e nf i n do u tc a u s e s ，t a k em e a s u r e m e n t s w ed e v e l o pt h ee x p e r ts y s t e m st od e a lw i t ha l a r mi n f o r m a t i o no fc e n t r a l i z e d c o n t r o ls u b s t a t i o nb a s e do nt h en a r io p e n 2 0 0 0s c a d as y s t e m ，u s i n g m u l f i p l a t f o r ml a n g u a g e - - q tw i t ho b j e c t o r i e n t e dd e s i g n i ti s a no n - l i n ee x p e r t s y s t e m k e yw o r d s ：s u b s t a t i o n ；o p e r a t i n gi n f o r m a t i o n ；h a n d l eo nl i n e ；e x p e r ts y s t e m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：整勤盐e t e t 期：研究生签名：望勉盟 期： 汐占， 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：导师签名：2 磊e t e t 期：! ! ：兰：导师签名：望么 期： ! ! ：兰： 第一章绪论 1 1 项目背景 第一章绪论 随着科技的进步、设备装备水平的提高及监控自动化技术的发展与应用，变电站的设 备越来越好、自动化程度越来越高，为变电站全面实施无人值班管理提供了技术保障。变 电站自动化设备不再是r t u ，而是采用网络通信方式、信息充分集成的综合自动化系统， 间隔层采用i 0 测控模块采集模拟量和开关量并执行设备控制命令，设备操作和故障报警 全部在后台计算机上完成，现场取消了常规控制屏和报警光字牌屏。无人值班变电站所有 开关量、模拟量信号全部上传到监控主站系统，完全由监控中心负责变电站的运行监视。 近年来，随着2 2 0 k v 及以下变电站无人值班工作的全面铺开及深入实施，江苏电网变 电站无人值班率已超过了9 6 ，苏州供电公司已超过了9 9 。变电站无人值班集中监控 的实施，大大精简了变电运行值班人员队伍，提高了变电运行和设备自动化水平，取得了 良好的经济效益。 变电站实施无人值班后，全部信息汇总到监控中心。一个2 2 0 k v 变电站就有好几千条 遥信量，而一个监控几十个2 2 0 k v 及以下变电站的监控中心监视的遥信量有几万条。目前 普遍存在的问题是，变电设备运行监视的模拟量、开关量信息由监控系统采集上来以后， 全部按时间顺序显示，称为“时间顺序记录s o e ”，未作任何的分层或判断处理。正常情 况下，各种信号动作频繁，值班员监控任务较重，很容易遗漏重要告警信号。延误处理造 成事故。一旦发生事故，动作的事件记录很多，变电站值班员眼花缭乱，无所适从，很难 抓住重点，影响事故的正确处理。因此，目前迫切需要在监控系统运行工作站上安装一套 对变电站运行信息进行处理的专家系统，提取故障报警信息，辅助故障判断及处理，同时 也可以弥补变电站值班员技术业务水平参差不齐带来的隐患，并具备培训作用。 从生产实际来看，该课题具备广泛的推广应用价值，对减轻变电站值班员的工作量、 提高事故异常处理的准确性和快速性、保障电网安全运行有着极为重要的意义，目前国内 还属空白。 1 2 国内外研究水平综述 目前关于专家系统的技术发展很快，相关文献报导较多，目前比较先进的是基于人工 智能、神经元网络技术的专家系统。这些文献介绍的是如何建立一个较好的专家系统。与 第一章绪论 变电生产有关的专家系统，较多的是电气设备在线监测的专家系统。根据设备的一些特征 ( 气体、声音、电气检测参数等) 自动判断设备是否存在故障“”1 。由于受传感器技术、 信号处理技术所限及电气设备故障情况的复杂性，在电力生产中真正实用的系统不多。另 一方面，关于变电站故障信息处理的专家系统的研究也有不少，但焦点大多集中在继电保 护故障报告的采集、处理及分析上，指导调度运行“1 。同样，关于变电站监控系统的技 术发展的报导也很多，但从文献资料看，从这几年变电站自动化建设的工程情况看，有一 项很重要的工作没有做，一直是个空白：变电站现场设备的所有信号已通过自动化系统采 集上来，全部按时序显示，十分紊乱，没有进行加工处理、按“类”或按单元显示存放， 不便于值班员判断和处理。 这个项目的难点不仅是专家系统的专业知识，而且要熟悉变电一、二次设备的运行要 求、熟悉变电站回路、熟悉调度运行规程及各项变电运行的规程、规范，并要融会贯通， 在此基础上周密考虑监控运行值班的需求。 1 3 系统的主要技术难点及关键技术 1 ) 信号的过滤及报警显示方案 按时序采集上来的实时信号，哪些要过滤不显示，要显示的信号以什么样的方式显示。 为实现信号过滤，首先必须对全部的告警信号统一描述( 同一类的告警信号在不同变电站 的描述可能不一样) 并标注重要程度。信号显示时要按间隔，推画面。 2 ) 告警信号的逻辑关联( 知识库) 哪些告警信号是相互关联的，比如断路器s f 6 泄漏报警与断路器控制回路断线关联， 关联信号要放在一起显示，便于综合判断，这要求对现场设备、回路非常熟悉，并要总结 归类，画出逻辑表。 3 ) 推理技术( 推理机) 要根据发出信号推理出发生的事故及异常，需要采用模糊推理技术。要让计算机系统 “认识”当前发出的信号，必须将变电站全部信息进行定义。 4 ) 事故及异常处理方案 每种事故及异常都要准备好正确的处理方案，存入知识库。 1 4 项目研究的主要内容 1 ) 改进o p e n 2 0 0 0 自动化系统后台应用需求 为方便运行值班，要将设备操作模拟及流程、主接线图、越限报警、信号查询各方面 的应用需求规范及完善，提高操作效率，保障安全运行。 2 第一章绪论 2 ) 改进o p e n 2 0 0 0 自动化系统后台信号显示方式 改变以往告警信息仅按时序显示的方式，有关联的信号放在一起显示，归入某个间隔， 以方便判断故障和异常情况。 3 ) 将变电站的告警信息进行过滤 变电站告警信息非常多，许多是正常信号，必须将信号进行过滤，重要进行保留并显 示，次要的不再显示，但可以调库查询。 钔规范统一变电站告警信号的描述 同一个告警信号，由于各单位习惯上的差异，在不同变电站的描述可能不一样，有的 含义不全或含糊，甚至错误，必须将其规范统一，不含歧义，保障事故及异常的正确处理。 5 ) 提供事故异常事件的处理方案 事故异常发生后，自动判别情况，并提供简要的处理方案，辅助运行值班，保障安全 运行。 6 1 系统的应用范围 对0 p e n 2 0 0 0 等自动化系统采集信号进行处理的专家系统是一个高级应用程序，可以 直接安装在o p e n 2 0 0 0 系统后台系统，也可以通过接口安装于其他系统后台，也可以安装 在变电站监控系统上，帮助单个变电站运行值班，如一些5 0 0 k v 变电站，监控后台系统常 用的也是0 p e n 2 0 0 0 或r d 8 0 0 。 1 5 项目的实用价值 该项目全省推广实施后具有明显的安全效益和经济效益： 1 1 提高监控人员工作效率 目前监控信号多的时候，需要监控人员边梳理、边分析、边处理，看上去监控人员很 忙，其实效率很低，许多都是无用功。通过实施该项目后，不管信号多少，都是一目了然， 并具有辅助分析、处理的功能，极大提高了工作效率。 2 ) 保证准确、迅速处理异常事故 实施该项目后，能保证在最短的时间内收集所有与事故异常相关的重要信号，并获得 该类异常事故情况的处理方法，协助值班员及时进行准确分析、处理，削弱了事故对系统 的影响，减少了异常的危害性。 3 ) 有利于普遍提高监控值班员的技术业务素质 系统提供的事故异常处理方案是变电运行人员良好的培训教材，与现场设备紧密结 合。有利于监控人员熟悉设备、熟悉回路、熟悉事故及异常处理。 4 ) 节省监控值班员人员工资成本 本系统在监控中心安装使用后，可以将发生的事故及异常情况直接判断出来告知监控 3 第一章绪论 中心值班员，并提供简要处理方案，因而可以大大减轻监控值班员的工作量，并对保障电 网和设备的安全运行有着极为重要的意义。 据初步测算，安装该系统后，监控中心值班员劳动强度可减轻z 3 ，工作效率提高许 多，全省监控中心节省人员工资成本就达上千万。 1 6 本文的主要工作 本文以提高变电站监控中心值班员监控效率和质量、保障变电站安全运行为目的， 结合监控中心工作现状，设计了一个实用性好、适应现场需求的变电站运行信息处理专家 系统。主要完成了下列工作： 1 ) 、完成了变电站运行告警信息的知识总结工作。本文将变电站事故及异常告警信 号经过归纳总共只有7 大类9 0 种左右，覆盖了江苏电网2 2 0 k v 及以下变电站全部事故及 异常告警信号的种类，并对每种信号说明原因并提供处理方案，由此，构建了变电站信息 处理专家系统知识库。 2 ) 、创造性提出并实现了变电站运行信息新的显示方式。为了满足运行监视的需要， 运行工作站上显示窗口由原来的单一的时序信息页面改变为6 个分类页面：时序、提示、 告警、事故及变位、检修、未复归告警，每个页面能由用户根据需要激活或关闭。另外， 变电站运行信息还能按设备单元显示，将该单元间隔的信号集中在一起，能很方便地判断 发生的事故及异常。 3 ) 、采用流行的跨平台语言q t ，对该专家系统进行了软件编程实现，运行效果良好， 是真正的在线处理实时系统。 4 第二章系统开发平台 第二章系统开发平台 目前江苏电网变电站监控主站系统大部分采用南瑞科技的0 p e n 2 0 0 0 或p j ) 8 0 0 系统， 一般一个地区只有一套系统，接入本地所有变电站的运行信息。专家系统安装于0 p e n 2 0 0 0 系统运行工作站上，作为系统的高级应用软件，将0 p e n 2 0 0 0 数据库服务器中采集的变电 站遥信量进行处理后再显示，并提供处理方案，方便运行值班。 实际研发工程中采用常州供电公司0 p e n 2 0 0 0 监控系统，接入3 7 个变电站( 8 个2 2 0 k v 、 2 7 个1 1 0 k v 、2 个3 5 k v ) 信息，总共约2 3 0 0 0 条遥信量、5 0 0 0 条遥测量，平均每天遥信 量动作5 0 0 0 次左右。 2 1 平台系统总体描述 系统开发平台0 p e n - - - 2 0 0 0 能量管理系统是在总结国内外同类产品成功经验的基础 上，采用新思想、新技术和新标准，与各级各类调度特别是网省及地调密切配合开发研制 的新一代e m s 和集控站系统。 作为9 0 年代推出的基于r i s c 【】n i x 的开放式分布式能量管理系统优秀代表之一的 0 p e n - - 2 0 0 0 于1 9 9 9 年通过江苏省科技成果鉴定，2 0 0 0 年获江苏省科技成果一等奖。投产 以来，在保持其技术先进性的同时，紧跟当前科技发展和电力改革的新形势，不断总结经 验，在运行中日趋完善，陆续增加了不少新功能，在产品系列化、质量控制、用户服务等 方面也做了大量工作，深受各方好评。经过多年努力和发展，0 p e n - - 2 0 0 0 已成为性能稳 定、功能强大、为广大用户熟悉和喜爱的成熟产品，具有十分强大的生命力，在国内已拥 有可观的用户。 2 2 系统遵循标准 i s o 国际标准化组织标准 i e e e 电子与电气工程师协会标准 i e e e8 0 2 x 系列局域网通讯标准 i e c 国际电工技术委员会标准 i e c6 1 9 7 0 标准 i e c6 0 8 7 0 5 系列问答式r t u 规约，如常用的1 0 1 、1 0 3 、1 0 4 等 i e c6 0 8 7 0 - 6 1 0 2t a s e 2 协议 第二章系统开发平台 r r u 国际电信联盟推荐标准 g b 中华人民共和国国家标准 g b ，r 1 3 7 3 0 - 2 0 0 2 地区电网调度自动化系统 g b t1 3 8 2 9 - - 9 2 远程终端通用技术条件 d l 中华人民共和国电力行业标准 d l 4 5 1 9 1 循环式远动规约 d l 4 7 6 - 9 2 电力系统实时数据通讯应用层协议 d l 5 1 6 9 3 电网调度自动化系统运行管理规程 dl5 0 0 2 - 9 1 地区电网调度自动化设计技术规程 dl5 0 0 3 9 1 电力系统调度自动化设计技术规程 其它通用的工业标准，如： 操作系统采用u n i x ，符合开放系统的p o s i x 标准 s q l 语言符合a n s i 标准 g u i 符合x w i n d o w 和m o t i f 标准 c c 抖和f o r t r a n 语言符合a n s i 标准 网络通讯采用工业标准的t c p i p 协议 2 3 系统设计原则 随着电力系统和计算机技术的不断发展。能量管理系统只有在标准化、技术先进性、 方便实用性等方面取得长足的进步，才能适应电力工业的飞速发展和电力改革的需求，也 才能确立市场上的优势，所以我们在设计中确定了如下原则： 标准化原则遵循最新的国际标准，如：操作系统遵循i e e ep o s i x1 0 0 3 0 工作组定义的开放性，提供基于标准图形用户界面的编辑和生成工具及调用接 口；提供各数据库的访问接口；提供标准的网络通信应用层协议和应用函数及 调用接口；支持用户应用软件程序的开发等；继续发挥在原有标准执行上的优 势，如i e c6 0 8 7 0 - 5 系列等，同时关注将来会对系统产生影响的标准，如i e c 6 1 8 5 0 等； 软硬件平台无关性原则支持包括a l p h a 、s u n 、i b m 、l i p 以及p c 在内的各种 软硬件平台，实现完善的跨平台功能； 支撑平台一体化原则构建统一的支撑平台，从体系结构上对应用与支撑平 台做出清晰的层次划分，使平台能为s c a d a 等各种应用提供强有力的支撑服务； 6 第二章系统开发平台 技术先进性原则采用更多的先进技术，如商用数据库技术、面向对象的分 析、设计和编程技术及基于i n t e r n e t 的w e b 技术、j a v a 技术等，这些新技术 使系统具有更高的性能、更强的功能、更大的应用范围以及更好的实用性； 实用、方便性原则继续发挥原有调度自动化产品在实用、方便性方面的优 势，并进一步提高； 简单、易维护性原则朝着功能越来越强大，而使用、维护越来越简单的方 向努力，向用户提供完善的数据一致性自动检测工具、运行状态自动检测工具、 自动修复工具、手动修复工具等： 可靠、可用性原则在系统可靠性方面继续下功夫，一方面提高程序本身的 可靠性，另一方面开发高效的切换机制，从而提高系统的可用性指标。 2 4 系统结构 系统结构图如下图2 1 ： 变电站的所有运行信息( 模拟量、开关量) 由站端综合自动化系统采集上来后通过通 信数据网全部集中送到监控主站系统o p e n 2 0 0 0 。o p e n 2 0 0 0 系统主要由前置机、数据库服 务器、维护工作站、监控运行工作站及网络交换机、路由器等组成。 图2 1 系统结构图 7 第二章系统开发平台 全部变电站运行信息在数据库服务器中存储，在监控工作站上显示。我们的研制工作 就是要改变运行信息的显示方式，专家系统实际就是安装在监控工作站是的一套高级应用 软件。 8 第三章系统设计 3 1 系统需求分析 第三章系统设计 3 1 i 遥信信息的分类显示 变电站各种运行遥信总量虽然很大。但经常动作的是提示类信号，不需要关注，关键 是要注意事故和告警类信息。现状是各种信号混杂一起仅按时序显示，监视的工作量很大。 如果把不需关注提示类信号剔除，仅仅保留事故及告警信号，则需要监视的信号量就会急 剧下降。为了实现这一功能，必须把o p e n 2 0 0 0 系统采集上来的全部遥信量进行分类定义， 赋予属性。工程实际将变电站遥信信号分为三类：提示、告警、事故及变位信息。为了满 足运行监视的需要，运行工作站上显示窗口由6 个页面组成，分别是：时序信息、提示信 息、告警信息、事故及变位信息、检修信息、未复归告警信息，每个页面能由用户根据需 要激活或关闭。界面如下图3 1 ： 图3 1 信息分类显示页面 1 1 时序页面 与o p e n 2 0 0 0 原有的告警窗显示一致，全部信息按时序显示。 2 ) 提示页面 只显示提示性信号，若同一提示性信号在告警最大的设定的循环队列数组数内重复出 现n 次( 默认为4 次，可由用户自定义) ，则把该提示性信号自动在告警页面中出现。如 断路器机构电机运转打压储能信号“油泵运转”本来是个提示性信号，但同一设备频繁出 现该信号，说明该断路器机构高压油内漏，可能很快就会发展为分合闸闭锁的异常情况， 必须尽快处理，这时该提示性信号就升格为告警性信号了。而靠人为发现这个异常是非常 困难的，依靠计算机系统可以极大地提高监控质量。 3 ) 告警页面： 只显示告警性信号。 4 ) 事故及变位页面 9 第三章 系统设计 只显示事故跳闸及变位信号。 5 ) 检修页面 某个单元被置“检修”牌后，该单元的所有信号进入检修画面显示，不在提示、告警、 事故、告警未复归4 个画面中出现，时序页面与原o p e n 2 0 0 0 告警一致。变电设备检修， 特别是继电保护装置校验时会有很多告警信号和事故变位信号动作，极大地干扰正常设备 的运行监视。因此，设置检修页面，将检修设备的所有信号提出来显示在该页，可以避免 影响正常监视。 6 ) 未复归告警页面 按照时间顺序显示未复归的告警性信号，如某个动作的告警性信号已经复归，说明设 备的异常情况已经消除，则这个信号应在“告警未复归页面”中消失。 上述6 个信号显示窗口中，监控值班员真正需要打开监视的只有“事故及变位页面” 和“未复归告警页面”，用来监视系统故障和设备异常，监视工作量下降几百倍。不会发 生疏漏。 3 i 2 遥测、遥信信号的分单元显示 变电站同一单元间隔设备内的信号具有逻辑关联性，如保护动作和断路器跳闸关联， 非同一单元间隔设备的信号不具备关联性。因此，对变电站的每个遥测、遥信信号还必须 定义其单元属性，方能满足运行监视的需要。 1 分单元显示的必要性 将同一单元设备信号放在一起显示，才能正确判断该间隔发生的事故异常情况。 而现状仅按时序显示时需要人工寻找归类后再进行判断，非常不方便，效率低下。 将同一单元设备内具有逻辑关联性的信号放在一起进行推理，才能实现专家系 统的功能。 “检修”信号必须按单元整体定义，否则极不方便而且容易遗漏。 2 信号隶属单元的种类 根据运行需要，变电站遥测、遥信信号所属的单元种类可由用户任意定义，本工程中 定义有线路、主变、母线及公共4 种设备单元。 线路开关单元 开关分合闸信号、开关机构信号、保护信号、模拟量( 三相电流及有功) ；对3 2 接 线，2 台开关及保护、线路保护等信号全部列入。 主变单元 1 0 第三章系统设计 三侧开关分合闸信号、三侧开关机构信号、主变保护信号、冷却器及其电源信号、有 载调压信号、模拟量( 三侧开关各相电流及有功) 。 母线单元 按电压等级分，不管几组；接该电压等级所有开关跳闸信号、母差保护信号。 公共单元 所用电、压变回路、直流系统的信号及其它公共信号。 3 按单元显示要求 以某个单元第一个出现的信号为起始时间，在此后n 秒( 可由用户任意定义) 内该单 元所有的动作及复归信号，均在该“单元区”内显示，作为一个事件。超过n 秒该单元 的动作及复归信号，作为另一个事件。一个事件内的一个或多个信号就可以进行逻辑推理， 判断故障，并提供简要的处理方案。 3 1 3 告警信号的原因判断和处理方案 变电站遥信信号分单元、分类显示后，监控人员的工作量已经大为减少，但如何提高 监控人员监视质量，即提高监控人员对事故异常判断及处理的准确性的矛盾凸现。由于江 苏电网变电站无人值班推行的是“集中监控、分散设置操作队”的模式，即监控人员不参 与变电站现场的操作及巡视，因此监控人员技术业务素质的培训提高始终是个难题，难以 对事故异常情况在第一时间内作出准确的判断及处理。如果对变电站出现的每个告警遥信 信息能实时提供准确判断及处理方案，则对迅速处理事故及异常情况、保障电网和设备的 安全运行能发挥重要作用。这就需要建立起告警信号处理的专家系统，解决两个实际问题： 一是要对发生的单个告警信息进行推理判断，给出原因及处理方案；二是对短时间内 连续发生、有内在关联的一组事件信息进行综合推理判断，给出原因及处理方案。特别是 在事故跳闸情况需要综合推理判断。 3 2 专家系统基本原理简介 3 2 1 专家系统基本概念p 】 什么是专家系统呢? 简单地讲，专家系统是一个在某特定领域内，用人类专家水平去 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。因此，专家系统必须包 含领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力，并能用这些知识来解决实际 问题。一般专家系统由知识库、数据库、推理机、解释部分、知识获取及人机接口六个部 分构成，核心部分是知识库和推理机。下图3 1 为专家系统的基本结构图： 第三章系统设计 图3 2 专家系统的基本结构图 1 ) 知识库 存放系统求解问题所需要的领域专门知识，以适当的知识表达式和结构形式存入知识 库。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( 事实) 和推理过程中得到的各种中间信息。为使推理机能 方便地求解问题，数据表示和组织形式应尽量和知识库的表示相容。 3 ) 推理机 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 库的知识，按一定的推理策略解决所研究的问题。推理机还有向知识库添加新内容或删除 旧内容的功能。 4 ) 知识获取 也称学习功能。它为知识库的建立、修改、扩充提供手段。 5 ) 咨询与解释 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，同时也有利于新手向专家系统学习和为用户维护和管理专家系统提供方便。 第三章系统设计 6 ) 人机接口 负责把用户熟悉的信息表示手段，转换成内部表示形式，再由各相应的组成部分去处 理。专家息统输出的信息也由人机接口转换成用户能理解的形式显示给用户。 3 2 2 知识库i l 知识库用来存放专家提供的知识。专家系统的问题求解过程是通过知识库中的知识来 模拟专家的思维方式的，因此，知识库是专家系统质量是否优越的关键所在，即知识库中 知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。一般来说，专家系统中的知识库与专家系 统程序是相互独立的，用户可以通过改变、完善知识库中的知识内容来提高专家系统的性 能。 专家系统中的知识表示形式有产生式、框架、语意网络等，而运用得较为普遍的知识 是产生式规则。有些过程型知识是由前提引出结论，产生式表示法就是这种由一个或n 个 前提引出一个结论的知识表示形式，因此又叫前提一结论对，也叫规则表示法。用产生 式方法表示知识的专家系统成为产生式系统。变电站运行信息处理专家系统也是产生式系 统。 产生式规则的一般形式为： i fc o n d i t i o n s ( 前提条件) t h e nc o n c l u s i o n s ( 结论) 它表示当前提条件全为真时，则有结论存在。如： i f “一条母线上所有断路器跳闸”a n d“母差保护跳闸”t h e n 母线故障 i f “一条母线上只有一台断路器未跳闸”a n d 母差失灵保护动作a n d “未跳线路保 护动作”t h e n“线路故障，该断路器拒动”。 i f 。断路器s f 6 气压低报警”t h e n 。该断路器要补s f 6 ” 3 2 3 推理方案1 7 1 推理机针对当前问题的条件或已知信息，反复匹配知识库中的规则，获得新的结论， 以得到问题求解结果。推理的过程就是问题的求解过程。根据求解过程所用知识因果关系 的确定程度不同，推理分精确推理和不精确推理两类。当领域知识能用必然的因果关系表 示，则推理得结论要么是肯定得，要么是否定的，这种推理属精确推理。若领域知识或用 户给出的原始证据是不确定性的，推理的结论也只能用一种不确定性来度量，这种推理属 不确定推理。 产生式系统常用的推理方式分为正向推理、反向推理及正反向混合推理3 种方式。 正向推理 由原始数据出发，按照一定的策略，运用知识库中的专家知识，推断出结论的方法。 1 3 第三章系统设计 由于这种推理方式是由数据到结论，所以也称为数据驱动策略。 反向推理 反向推理是根据结论，按一定的策略，去找支持这个结论的条件。这种由结论到事实 数据的策略称为目标驱动策略。 双向推理 双向推理是既采用正向推理又采用反向推理。先用正向推理帮助提出假设，然后再用 反向推理证实这个假设的存在。一般在数据库条件不足、事实可信度不高或怀疑是否有其 他结论时采用双向推理。 本工程研制的专家系统采用的推理方法是正向推理、精确与不精确推理相结合。 3 3 系统分层知识库设计【8 1 知识库是该系统的核心部分，变电站事故及异常的判断和处理，需要大量的专业知识。 专业合格的值班员，需要了解电气一次设备的构造和原理，熟悉二次回路图，掌握继电保 护设备的操作及故障报告，熟悉设备运行要求及报警信号的内涵及是否要进行紧急隔离处 理，发生线路跳闸事故后要根据信号及保护装置报告判断故障类型、相别及距离。要将大 量的专业知识用产生式表示出来，作为规则，存入系统本工程研制专家系统的知识库也是 由产生式规则集组成。先看一下变电站运行信息显示的形式： 事件：“2 0 0 5 年1 0 月2 8 日9 时1 6 分4 0 秒9 8 8 东岱变电站东丹线2 5 2 9 开关分合 闸闭锁”。该事件可以分为如下几部分： 表3 - 1变电站运行信息算例 事件类型发生时间发生变电站设备单元事件对象动作行为描 述 告警2 0 0 5 - 1 0 一2 8东岱东丹线2 5 2 9开关分合闸闭锁 9 ：1 6 ：4 0 9 8 8 该事件发生后，东丹线2 5 2 9 开关必须紧急停下来检修处理。 常州供电公司监控中心遥信信号尽管有两万多个，但需要关注的变电站事故及异常告 警信号经过归纳总共只有7 大类9 0 种左右，这也覆盖了江苏电网2 2 0 k v 及以下变电站全 部事故及异常告警信号的种类，因而具有普遍意义。我们将这9 0 种事故及告警信号每种 都进行了原因说明并提供处理方案，就建立起变电站信息处理专家系统知识库。 1 4 第三章系统设计 3 3 i 专家系统的知识库分类提纲 线路( 含旁路) ( 一) 断路器 1 ) 、断路器s f 6 气压低报警 2 ) 、断路器s f 6 气压低闭锁 3 ) 、三相不一致 4 ) 、储能电源回路故障 5 ) 、弹簧机构：弹簧未储能 6 ) 、液压机构：油泵超时运转 7 ) 、液压机构：合闸闭锁 8 ) 、液压机构：n 2 泄漏 9 ) 、液压机构：分闸闭锁( 油压总闭锁，n 2 0 i l s f 6 分合闸总闭锁，液压异常) 1 0 ) 、空压机构：空压机超时运转 1 1 ) 、空压机构：空气压力低闭锁重合闸 1 2 ) 、空压机构：空气压力低合闸闭锁 1 3 ) 、空压机构：空气压力低分闸闭锁 1 4 ) 、空压机构：空气压力高报警 ( 二) 保护及控制回路 1 ) 、断路器控制回路断线：第一组第二组控制回路电源断线 2 ) 、保护动作 3 ) 、失灵装置电流启动 4 ) 、微机失灵装置动作 5 ) 、保护装置异常：保护异常闭锁电源异常等 6 ) 、失灵装置异常 7 ) 、收发信机( 光纤接口装置) 异常 8 ) 、操作箱p t 断线 9 ) 、保护装置”断线 1 0 ) 、c t 断线 1 1 ) ，重合闸动作 1 2 ) ，线路无压 1 3 ) 、切换继电器同时动作 第三章系统设计 主变 ( 一) 各侧断路器：同线路单元 ( - - ) 冷却系统 1 ) 、冷却器故障 2 ) 、备用冷却器投入 3 ) 、冷却器全停 4 ) 、冷却器工作电源i 或i i 故障 5 ) 、冷却器操作电源故障 6 ) 、冷却器工作电源切换 ( 三) 有载调压 1 ) 、有载调压装置异常 2 ) 、在线滤油装置异常 ( 四) 本体 1 ) 、主变油位异常 2 ) 、主变温度异常 ( 五) 保护及控制回路 1 ) 、各侧断路器控制回路断线：第一组第二组控制回路电源断线 2 ) 、本体重瓦斯动作 3 ) 、本体轻瓦斯发信 4 ) 、本体压力释放动作 5 ) 、有载重瓦斯动作 6 ) 、有载轻瓦斯发信 7 ) 、差动保护动作 8 ) 、后备保护动作跳闸 9 ) 、过负荷信号 1 0 ) 、保护装置异常：保护异常闭锁电源异常差流越限等 1 1 ) 、各侧p t 断线信号 母线 ( 一) 母联及分段断路器：同线路单元 ( 二) 保护及控制回路 1 ) 、母联及分段断路器控制回路断线：包括第一组第二组控制回路电源断线 1 6 第三章系统设计 2 ) 、母差保护动作 3 ) 、母线失灵保护动作 4 ) 、母线充电保护动作 5 ) ，母联开关过流保护动作 6 ) 、正副母差互联( 单母方式) 7 ) 、保护装置异常：保护异常闭锁电源异常等 8 ) 、母差阿回路断线( 复合电压动作) 9 ) 、母差c r 回路断线 电容器 ( 一) 断路器 1 ) 、断路器s f 6 气压低报警 2 ) 、断路器s f 6 气压低闭锁 3 ) 、储能电源回路故障 4 ) 、弹簧机构：弹簧未储能 ( 二) 保护及控制回路 1 ) 、电容器断路器控制回路断线 2 ) 、电容器电流保护动作 3 ) 、电容器电压保护动作 4 ) 、保护装置异常信号：保护异常闭锁电源异常等 中央信号及其他 ( 一) 事故信号及其他 1 ) 、事故总信号 2 ) ，3 5 千伏、1 0 千伏系统接地 3 ) 、计量、同期p t 二次回路异常 4 ) 、电度表回路电压消失 5 ) 、故障录波器装置异常 6 ) 、低周( 低压) 减载装置动作 7 ) 、低周( 低压) 减载装置异常 8 ) 、备自投装置动作 9 ) 、备自投装置异常 1 0 ) 、测控单元异常( 通讯中断电源异常等) 1 1 ) 、g i s 设备间隔气室s f 6 气压低报警 1 7 第三章系统设计 ( 二) 直流 i ) 、直流接地 2 ) 、直流母线电压越限 3 ) 、直流充电装置异常( 包括失压、缺相等) 4 ) 、直流绝缘监测装置异常 5 ) 、蓄电池组异常( 包括过欠压、事故放电、蓄电池回路断开等) ( 三) 交流 1 ) 、逆变装置异常 2 ) ，所用电母线电压越限 ( 四) 消弧线圈 1 ) ，消弧线圈自动调谐装置接地报警 2 ) 、消弧线圈装置异常( 消弧线圈拒动位错误协调装置异常交直流电压消失等) 3 3 2 单个告警信息知识库 知识表示形式为： i f t h e n 变电站事故及异常告警信号分为7 大类，分别为 i ) 断路器 2 ) 线路保护及控制回路 3 ) 主变本体 4 ) 主变保护及控制回路 5 ) 母线保护及控制回路 6 ) 电容器保护及控制回路 7 ) 中央信号 现断路器为例，举例说明： 表3 - 2 断路器告警信息知识库 序号 i f删 1断路器s f 6说明：断路器s f 6 压力降低至报警压力( 压力继电器发出) 。 气压低报警处理：现场检查并记录s f 6 压力，对照温度压力曲线，判 断是否压力过低，并汇报调度及工区，及时处理。 2 断路器s f 6说明：断路器s f 6 压力降低至闭锁压力( 压力继电器发出) ， 气压低闭锁并闭锁断路器分闸回路，一般会伴有断路器s f 6 压力低报警和 控制回路断线信号，红绿灯熄灭。 1 8 第三章系统设计 处理：立即汇报调度及工区，经现场确认后，征得调度同 意将开关改为非自动，( 不得影响失灵保护功能) ，并采用旁路 代或倒空母线后拉开母联将开关隔离。 3 三相不一致说明：开关一相或两相跳开。或开关位置继电器接点不好 造成。 处理：开关操作时，若造成一相合上二相断开的状态，应 立即拉开合上的一相，而不准合上另外二相：如造成二相合上 一相断开的状态，应将断开的一相再合一次，若不成则拉开另 二相，进行检查并汇报调度。运行中出现三相不一致，先检查 确认，汇报调度，听候处理。 4 储能电源回说明：储能电源空气开关跳开或回路故障，部分工程加热 路故障电源故障监视也并入该信号。 处理：检查储能电源空气开关是否跳开或熔丝是否熔断， 检查电机和电源回路是否有故障，如未发现明显故障，可试送 一次，试送不成汇报工区立即处理，并加强机构压力监视；如 加热电源故障，汇报工区及时处理。 5弹簧机构：说明：开关合闸后，合闸弹簧未储能。 弹簧未储能 处理：信号长时间动作，说明合闸弹簧未储能，应对储能 弹簧位置、储能电机电源、储能电机进行检查，设法恢复。如 电机正常运转但始终储不足但不停止，应立即拉开马达电源开 关；若电机损坏或交流电源故障不能电动储能时，必要时可进 行手动储能。不能恢复储能时，应立即停用重合闸或停电处理。 6 液压机构：说明：超时继电器发出，油泵连续运转已超过整定时间， 油泵超时运转油泵启动回路被闭锁。可能是油泵压力打不上，或压力接点粘 连，不能断开电机回路。 处理：检查机构压力，若压力正常，采用分合一次油泵电 源的方法进行处理，不能恢复则汇报工区派人处理。 7 液压机构：说明：液压降低至闭锁合闸压力。 合闸闭锁处理：检查机构压力，电机电源和电机运转情况，液压系 统渗漏情况。如电机不启动应先恢复电机运转，若不能恢复， 汇报调度及工区，将开关重合闸停用或停电处理。 8 液压机构： 说明：n 2 泄漏或打压接点粘连导致压力过高时，发n 2 泄 n 2 泄漏漏信号，油泵停机，开关瞬时合闸闭锁，延时3 小时后，分闸 1 9 第三章系统设计 闭锁。 处理：检查机构压力，如压力值偏低，综合判断为n 2 泄漏， 应立即汇报调度，将开关尽快停役( 3 小时) ，并汇报工区联系 处理；如为打压接点粘连，则应在3 小时内停电处理( s 4 钥匙 复归可延长分闸闭锁时间) 。 9液压机构：说明：压力降低至分闸闭锁压力或压力异常导致开关分闸 分闸闭锁( 包括闭锁，一般会伴有合闸闭锁和控制回路断线信号。 油压总闭锁，处理：立即汇报调度及工区，经现场确认后，征得调度同 n 2 0 i l 分合闸总意将开关改为非自动，( 不得影响失灵保护功能) ，并采用旁路 闭锁，液压异常)代或倒空母线后拉开母联将开关隔离。 1 0 空压机构：说明：空压机连续运转已超过整定时间，空压机启动回路 空压机超时运转被断开。可能是空压机压力打不上，或压力接点故障，不能断 开空压机回路。 处理：检查机构压力，若压力正常，采用分合一次空压机 构电源的方法进行处理，不能恢复则汇报工区派人处理。 1 1 空压机构：说明：空气压力降低至( 重) 合闸闭锁压力。 空气压力低( 重)处理：检查空气压力，空压机电源和空压机运转情况，空 合闸闭锁压系统渗漏情况。先设法恢复空压机运转，如不能恢复，汇报 调度，停用重合闸或停电处理。 1 2 空压机构：说明；空气压力降低至分闸闭锁压力，一般会伴有合闸闭 空气压力低分闸锁和控制回路断线信号。 闭锁 处理：立即汇报调度及工区，经现场确认后，征得调度同 意将开关改为非自动，( 不得影响失灵保护功能) ，并采用旁路 代或倒空母线后拉开母联将开关隔离。 1 3 空压机构：说明：空压机不能及时停止导致空气压力高报警。 空气压力高报警处理：检查空气压力，分合一次空压机电源，并将空气压 力释放至正常。不能恢复正常则汇报工区派人处理。 3 3 3 综合告警信息知识库 知识表示形式为： i f t h e n 如：i f a n d n 狲 ( 断路器机构故障，需要立即停运处理 知识获取是专家系统知识库是否优越的关键，也是专家系统设计的“瓶颈”问题。本 第三章系统设计 系统的知识库是完全开放式的，可方便地由用户扩充和修改。 3 4 系统推理机制设计 变电站现场的事故异常信号可能是一个，也可能是有关联的一批，这两种情况下都要 推理出原因和处理方案。 3 4 1 运一事件正向推理 我们将o p e n 2 0 0 0 系统采集的每个事故告警信号与知识库中归纳的事故告警信号种类 建立起关联关系，即定义好每个信号所属的事故告警信号种类。这样，任一事故报警事件 发生后，系统一定能在知识库中找到与其匹配的信号种类，提供原因和处理方案，这就实 现了逐一事件推理判断关系。推理判断的关联关系可以逐条定义，也可以通过快速定义软 件批量实现，大大提高关联效率。在告警事件发生后，可以根据每条告警信息作出推理， 给出异常事故发生的原因及处理措施。 本系统的人机界面是系统与用户进