（电气工程专业论文）产生式规则在电力设备故障诊断中的应用.pdf

重庆人学工程硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，a l l a s p e c t so fs o c i e t ya n de c o n o m yd e v e l o pa ts i g n i f i c a n tr a t e t h e m a s s i v er e q u i r e m e n tt o w a r d se n e r g ys t i m u l a t e st h ef a s td e v e l o p m e n to fe l e c t r i c a li n d u s t r y w h i l et h es y s t e mc a p a c i t ya n de l e c t r i c a lp o w e rn e t w o r ki si n c r e a s i n gs i g n i f i c a n t l y , t h e e f f e c tt h a ti sc a u s e db ye l e c t r i c a le q u i p m e n t su n e x p e c t e df a u l t sm a yb r i n gp e o p l em u c h i n c o n v e n i e n c e si nt h e i ru s u a ll i v e sa n dp r o d u c t i o n t ok e e ps y s t e me c o n o m i c sa n d s t a b i l i t y , e l e c t r i c a li n d u s t r ym a i n l ya d o p t st h e s em e a s u r e s ，w h i c ht r i e st op r o m o t et h e p e r f o r m a n c eo fe l e c t r i c a le q u i p m e n t s ，a n dt h ep r e c a u t i o u se x p e r i m e n t sa n dp l a n n i n g m a i n t e n a n c es c h e m e s h o w e v e lt h i sk i n do fm a i n t e n a n c es c h e m ec a n tm e e tw i t ht h e r e q u i r e m e n to fe l e c t r i c a li n d u s t r y ss i g n i f i c a n td e v e l o p m e n t t oa d a p tt ot h ee l e c t r i c a l i n d u s t r y st r a n s m i s s i o nt om a r k e te c o n o m y , an e we q u i p m e n tm a i n t e n a n c es t r a t e g yi s p r o p o s e d ，e g e l e c t r i c a le q u i p m e n tp r o t e c t i v em a i n t e n a n c e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n th i s t o r ya n di t sp r e s e n ts i t u a t i o no fe l e c t r i c a l e q u i p m e n t m a i n t e n a n c es c h e m e i n c l u d i n gp o s t - i n c i d e n tm a i n t e n a n c e ，p l a n n i n g m a i n t e n a n c ea n dp r o t e c t i v em a i n t e n a n c e ，c l a r i f i e st h a ts t a t u sm a i n t e n a n c ei st h ec o r r e c t d i r e c t i o no ft h i sf i e l d m o r e o v e r , t h i sp a p e rd e e p l yd i s c u s s e st h ei m p l e m e n t a t i o ns t r a t e g y , t e c h n i c a l s u p p o r t i n g m e a s u r e sa n df u t u r e d e v e l o p m e n t o fe l e c t r i c a l e q u i p m e n t m a i n t e n a n c e a tl a s t ，t h et a r g e tr e s e a r c hi sd e c i d e dt ob u i l da ne l e c t r i c a le q u i m e n tf a u l t d i a g n o s i se x p e r ts y s t e mb a s e do nv a r i o u ss t a t u si n f o r m a t i o n t h et e c h n i c a ls u p p o r tm e a s u r e si n c l u d er e l i a b i l i t yc e n t r a lm a i n t e n a n c e ( r c m ) ， s t a t u si n s p e c t i o na n df a u l ta n a l y z i n gd i a g n o s i st e c h n o l o g y , m a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t t h e m a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m i sb a s e do n c o m p u t e r i z e d i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tt o i m p l e m e n tt h e o v e r a l lc o l l e c t i o na n d m a n a g e m e n t o f e q u i p m e n t r e l a t i v e s t a t i c d y n a m i c s t a t u si n f o r m a t i o n t h es t a t u s i n s p e c t i o na n df a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g yi sb a s e do nm a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e m a n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et os o l v et h et a r g e tp r o b l e m t h el a t t e ri st h ec o r et e c h n o l o g yt o i m p l e m e n tt h es i t u a t i o n a lm a i n t e n a n c es y s t e m t h ep a p e ri n t r o d u c e sa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e a n di t s s t u d yf i e l d s ，f u r t h e r m o r e ，d e e p l y d i s c u s s e st h e e x p e r ts y s t e ma n d i t s i m p l e m e n t a t i o nm o d e ，e m p h a s i z e sh o w t os e l e c tt h ep r o p e rs t r u c t u r eo fe x p e r ts y s t e ma n d h o wt od e s c r i b et h er e l a t i v ek n o w l e d g ea tar a t i o n a lw a y b a s e do na l la b o v e ，t h ep a p e r a n a l y z e st h eb a s i ce n g i n e e r i n gr e q u i r e m e n ta b o u te l e c t r i c a le q u i p m e n t sf a u l td i a g n o s i s a n dp r o p o s e st h ef r a m e w o r ka n di t si m p l e m e n t a t i o nw a y so ft a r g e ts y s t e m 1 1 重庆大学 i 程硕十学位论文 英文摘要 f o l l o w i n gt h ep r i n c i p l eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，b a s e do nt h er e a lr e q u i r e m e n ti n s i t u a t i o n a lm a i n t e n a n c e ，t h i ss y s t e mu s e se q u i p m e n t s o n l i n es i t u a t i o ni n s p e c t i o nd a t aa n d o f f l i n eb a s i cd a t a ，a p p l i e st h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，c r e a t e st h ek n o w l e d g eb a s ec o n t a i n i n g f a u l ts e t ，s y m b o ls e ta n dr u l e ss e t ，m a i n l ya p p l i e st h ep r o d u c t i o nr u l e si ni m p l e m e n t i n gt h e i n t e l l i g e n ti n d u c t i o na b o u te l e c t r i c a le q u i p m e n tf a u l t s f i n a l l y , i tw o r k sw e l li n r e a l i t y i na d d i t i o n ，t h ep r o j e c ta l s oi m p l e m e n t st h ee q u i p m e n tf a u l tf o r e c a s t i n gu s i n gp r o d u c t i o n r u l e sa n dt h ea d a p t e de x p o n e n t i a la p p r o x i m a t i o na l g o r i t h m t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e su p o nt h ec r e a t i o no fk n o w l e d g eb a s e ，p r o d u c t i o n f u l e - b a s e dd i a g n o s i sm e c h a n i s m w i t ht h eb a s i ct e c h n o l o g y , s u c ha sd a t a b a s e ，a n i f i c i m i n t e l l i g e n c ea n ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，at a r g e ts y s t e mc o m e s i n t ob e i n gi nr e a l i t y i tc a n s o l v et h er e a lp r o b l e m si n t e l l i g e n t l ya n dp r a c t i c a l l y t h e r e f o r e ，i ti sv a l u a b l ei nb o t h t h e o r e t i c a lf i e l d sa n de n g i n e e r i n gf i e l d s k e y w o r d s ：e l e c t r i ce q u i p m e n t ，p r o t e c t i v em a i n t e n a n c e ，f a u l td i a g n o s i s ，e x p e f ls y s t e m p r o d u c t i v er u l e s 1 1 1 重庆人学j ：程硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 论文选题背景 1 1 1 电力设备检修方式及其发展 电力是国民工业的先行官，关系到国民经济的可持续发展。随着现代社会和经 济的发展，对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展，使得电力系统向大容量、 超高压和跨区域方向发展。然而，随着系统容量的增大和电力网规模的扩大，电力 设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响越来越大，对系统的稳定经济运行 也提出了越来越高的要求，而保证系统的经济性和稳定性的一个强有力措施就是在 提高电力设备使用率的同时保障其正常运行。在电力系统的发展历史中，电力设备 的检修管理经历了“事故检修计划检修状态检修”的发展过程。 最初的检修策略称为事故检修，即只在故障发生时才进行修换或管理工作。这 是一种被动性检修，在事故发生后对故障设备进行检修并不能挽回事故造成的损失。 随着社会化大生产对设备依赖性的逐渐增大，检修策略便成为预防性检修，即我们 通常所说的计划检修。 目前电力系统主要采用计划检修与预防性试验相结合的检修制度，采取“到期 必修，修必修好”的原则，实际上是一种预先计划好的维修方式，并不能客观的反 映设备内在的质量和运行工况等因素的差异，既缺乏合理性和科学性，又具有很大 的盲目性。许多设备应修而未修，轻则影响其技术性能和使用寿命，重则会造成损 坏或事故；也有更多的设备不该修而修，造成人力和物力财力的严重浪费；还有设 备因检修不当而影响正常使用。计划检修所消耗的人力和物力是巨大的，渐渐不适 应现代企业的运作需求，也不能保证设备的正常运行。 最近，在高速发展的科学技术带动下，为适应电力部门向市场化现代企业模式 的转变，出现了一种新的检修策略，这就是电力设各状态检修。所谓状态检修就是 根据设备的运行状态和健康状况而执行检修的预知性作业。在电力系统中实现设备 诊断性状念检修管理已经成为电力企业的必然选择。 电力设备的状态检修是近年来随着电力二 业的迅猛发展，系统自动化水平以及 对供电可靠性要求的提高而提出的一种检修策略，是建立在预知诊断基础上的科学 检修管理方法7 1 。状态检修体系是根据没备的具体状况来决定是否对其进行维修， 做到“有病必修，修必修好”，这既不盲目地对所有设备进行拉网式的检修，也不漏 过有缺陷和故障的设备而给系统造成不安全的因素。状态检修体系的建立要求建立 完备、准确和及时的设备状态信息库作为基础，并在此基础l 实现对这些状态信息 的综合分析并给出指导性维修意见。在状态检修的技术项目上，主要包括以可靠性 重庆大学t 程硕十学位论文 l 绪论 为中心的维修技术r c m ( r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) 、状态监测和故障分析诊 断技术、计算机化的维修管理系统c m m s ( c o m p u t e r - a i d e dm a i n t e n a n c em a n a g e m e n t s y s t e m ) 三个重要的方面。其中，综合分析的最有效方式是综合采用现代人工智能 技术和软件开发技术，建立电力设备故障诊断专家系统f 1 】。 目前，国内电力企业随着新技术的发展、试验设备性能的不断提高和试验方法 的不断完善，在电力设备几十年的运行维修所积累的丰富经验基础上，开展设备状 态检修工作已经具备了基本条件。但是，设备状态检修体系的建立总体还处于探索 阶段，缺乏成熟的经验和相关的技术标准，在实践中还需进一步总结提高和完善。 1 1 2 课题及其研究意义 状态检修体系要求充分利用电力设备的各种状态信息，通过多方位、多角度的 分析，最大限度地把握设备的状态，依此制定合理的检修维护策略。通过适时的维 修来避免重要设备故障，同时又避免不必要的维修作业。通过设备的状态分析，预 防类似事故、改进产品质量、提高设备监督管理水平。在这一体系中，基于电力设 备状态信息建立电力设备故障诊断专家系统是应当和必须解决的必要支撑技术手段 之一。因此，我们确定以电力设备故障诊断专家系统为研究课题。 课题将对国内外电力设备状态检修体系的发展，以及状态检修所需要的技术支 撑手段进行研究和分析，探索在国内现有电力设备检修体系的基础上实现状态检修 的思路，并指出目前阶段应当建立的状态检修技术支撑体系。 同时，课题将对人工智能领域中专家系统和基于产生式规则的推理方法进行介 绍。并在此基础上结合电力设备状态检修管理需求，分析和提出电力设备故障集、 征兆集和故障判定规则的知识表示方法，利用产生式规则实现故障推理诊断，根据 专家系统特点提出电力设备故障诊断专家系统的系统整体结构和实现方式。另外， 结合电力设备在线状态监测数据及其特点，提出应用改进的指数平滑法实现对设备 故障状态的预测。最后，课题将遵循软件工程原则，采用数据库技术和面向对象开 发工具，具体实现电力设备故障诊断专家系统，并提出开发思路和关键技术问题的 解决方法。 论文选题面向电力生产实际，具有相当的理论研究价值和很强的工程价值。该系 统已经成功开发，效果良好，达到预期设计要求。 课题主要研究的电力设备故障诊断与预测专家系统，具有如下优点： 系统采用面向对象软件工程思想，采用图形化操作界面，具有很强的界面 友好性和易用性； 系统支持对有关设备故障诊断的各种状态基础信息的管理，包括设备台帐、 离线试验数据、缺陷数据、事故数据和在线i 监测运行数据。各类数据之间支持关联 调用和对比分析； 2 重庆大学上程硕士学位论文 1 绪论 系统采用关系模式建立故障诊断知识库，包括故障集、征兆集和规则集。 采用产生式规则实现对故障诊断规则知识的描述，并实现基于产生式规则的设备故 障推理诊断； 电力设备故障诊断专家系统的研制，能够实现在电力设备基础运行状态数据的 基础上实现准确及时的故障诊断，使得电力企业能够及时诊断设备故障原因，并得 到故障维修的指导；同时，能够在设备运行状态信息的基础上，对设备运行状态和 可能故障具有预见性，及时在事故发生前排除故障，避免损失。总之，该系统的研 制，对于实现电力设备状态检修具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 目前，状态检修已经成为电力设备检修方式的发展方向。 国外的设备状态检修发展较早。2 0 世纪7 0 年代末，美国电力科学研究院( e p r i ) 就对电力设备的状态检修进行研究和应用，目前已向以可靠性为中心的检修管理 ( r c m ，r e l i a b i l i t y c e n t r a l i z e dm a i n t e n a n c e ) 发展。日本从2 0 世纪8 0 年代开始对 电力设备实施以状态分析和在线检测为基础的状态检修。而欧洲大多数国家也正在 进行检修体制的改革，方向也是状态检修。到目前为止，基于计算机网络技术的设 备管理、事故分析和预警系统在美、加等国已普遍应用，且已发展了几个版本。如 i n t e g r a t e dm a i n t e n a n c es y s t e m 等。这些软件系统应用i n t r a n e t 、i n t e r n e t 及g i s ( 地理 信息系统) 等最新的计算机技术，将状态管理、事故预警和事故处理进行有机的集 成，大大改善了其设备监督管理环境，提高了监督管理水平。 国内，电力设备状态检修方面的工作开展还处于初步阶段，有的甚至还没有建 立状态检修的概念，但发展势头强劲，已经有了许多成果，作为设备状态检修的必 要条件电力设备在线或离线的监测装置已经是种类繁多。如重庆大学高电压与 新技术教育部重点实验室研制的在线监测系统，已经得到比较广泛的应用。随着计 算机网络技术、i n t e r n e t 技术的普及和发展以及电力系统的不断改革，我国的电气设 备状态管理和状态检修得到一些发展，相应将出现更多管理软件和检修系统。 专家系统在电力设备状态检修中的应用【1 】，主要集中于在基础设备状态数据的 基础上，综合专家知识，对这些数据进行综合分析、故障诊断和预测。目前，国内 外已经开发了大量用于机械、电子、农业、医疗和军事领域的专家系统，取得了较 好效果。电力设备故障诊断专家系统的开发，对于提高状态检修水平，避免和降低 没备事故和故障损失，提高电网可靠性程度和设备运行稳定性具有重要意义。在这 一领域的研究和系统开发，目前国内还处于初始阶段，尚无成熟产品和应用。 重庆大学t 程硕 ：学位论文l 绪论 1 3 课题研究内容和思路 课题研究内容包括： 综述电力设备状态检修方式在国内外的发展情况，分析实施电力设备状态 检修应当应用现代信息技术建立的支撑技术手段体系； 探讨在电力系统状态检修方式下，如何应用知识表示工具描述电力设备故 障诊断相关知识，如何应用关系数据库进行知识表达；探讨利用产生式规 则，在电力设备故障诊断知识库的基础上实现电力设备故障诊断推理过 程： 在以上研究基础上，提出和实现电力设备故障诊断专家系统模型，并对实 现中的关键技术问题给出解决方法； 探讨在未来状态检修实施中，电力设备故障诊断专家系统的发展方向和应 用模式。 根据研究任务和内容，论文主要思路确定如下： 研究电力设备状态检 修收集相关资料 专家系统及知识表 示方法综述 建立电力设备故障诊 断知识库，基于产生 式规则实现推理。 实现设备检修相关 信息的集成化管理 电力设备故障诊断专家系统的实现 展望 图1 1 课题研究思路 f i g u r e1 1p r o j e c tr e s e a r c hr o a d m a p 1 4 本章小结 本章首先简要介绍了电力设备检修方式的发展情况，指出状态检修将成为这一 领域重要方向，确定将电力设备故障诊断专家系统作为论文选题，讨论了浚选题的 有益意义和在电力生产实践中使用价值。同时，对状态检修及其技术支撑体系在国 内外的发展和研究情况作了概括性介绍和分析，提出了课题研究的任务和内容，并 给出了具体研究思路和方法。 重庆大学r 程硕士学位论文 2 电力设备：文志检修及其支撑技术体系 2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 电力是国民上业的先行官，关系到国民经济的可持续发展。随着现代社会和经 济的发展，对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展，使得电力系统向人容景、 越高压和跨区域方向发展。然而，随着系统容量的增大和电力网规模的扩大，电力 设备故障给人们的生产和现代生恬所带来的影响越来越人，刘系统的稳定经济运行 也提出了越来越高的要求。设备检修体制的目的在于提高电力设备使_ i 率的例叫保 障其正常运行。在高速发展的科学技术带动下，为适府电力部门向市场化现代食业 模式的转变，设备检修体制正在从原有计划检修体制转向电力设备状态检修。所谓 状态检修就是根据设备的运行状态和健康状况而执行检修的预知性作_ e 。 2 1 电力设备状态检修及其发展 1 3 1 在电力系统的技展历史中，国内外的检修策略经历了兰个阶段：最初的检修策 略称为事故检修，即只在故障发生时才进行修换或管理t 作。这是一种被动性检修。 随着社会化大生产对设备依赖性的逐渐增大，检修策略便成为预防性检修，即我们 通常所说的计划检修 9 1 。目前对电力设备进行监督的主要手段仍是以预防性试验为 主，定期进行检修，即根据国家电力公司颁发的电力设备预防性试验规程所规 定的项目和相应的试验周期，在停电的状态下对设备进行检查和试验。预防性维修 坚持的原则是电力设各虚“到期必修，修必修好”，是一种事先定好计划性的维修方 式。在过去的几十年叶i ，它无疑在防止设备事故的发生，保证安全可靠供电等方面 起到了很好的作用。但是，随着电力系统不断地向超高压、大容量及自动化方向的 发展，原有的预防性试验和计划维修体系己不适应电力系统的发展，主要存在以下 的局限性： 从安伞角度来看，预防性检修所要求的“到期必修”还是可以做到的，但“修 必修好”则有困难。电力设备的更新迷度加快，高新技术也不断被应用到电力设备 上，再加之电力设备检修队伍人员的流动，保持一支高水平的检修队伍相当不易。 国内就有很多例子，设备在检修前工作很正常，检修后反而不正常了，这给电力系 统的安全运行埋下隐患。 从经济角度来看定期试验和大修均需停电，既造成电量的损失，也投入了 很多人力物力。而且随着电力系统的扩大和对供电可靠性要求的不断提高，定期停 电检修试验所造成的损失和影响都将更大，有时到了不能允许的地步。 从技术的角度来看，预防性试验也存在一定的局限。一是因为设备试验是在 停电下进行的同运行时的工况截然不同，这在定的程度上影响了预防性试验结 停电f 进行的同运行时的j ，况截然不同，这在定的程度上影u n 了预防性试验结 重庆人学l 程硕士学位论文 2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 电力是国民工业的先行官，关系到国民经济的可持续发展。随着现代社会和经 济的发展，对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展，使得电力系统向大容量、 超高压和跨区域方向发展。然而，随着系统容量的增大和电力网规模的扩大，电力 设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响越来越大，对系统的稳定经济运行 也提出了越来越高的要求。设备检修体制的目的在于提高电力设备使用率的同时保 障其正常运行。在高速发展的科学技术带动下，为适应电力部门向市场化现代企业 模式的转变，设备检修体制工f 在从原有计划检修体制转向电力设备状态检修。所谓 状态检修就是根据设备的运行状态和健康状况而执行检修的预知性作业。 2 1 电力设备状态检修及其发n 1 3 1 在电力系统的发展历史中，国内外的检修策略经历了三个阶段：最初的检修策 略称为事故检修，即只在故障发生时才进行修换或管理工作。这是一种被动性检修。 随着社会化大生产对设备依赖性的逐渐增大，检修策略便成为预防性检修，即我们 通常所说的计划检修1 9 】。目前对电力设备进行监督的主要手段仍是以预防性试验为 主，定期进行检修，即根据国家电力公司颁发的电力设备预防性试验规程所规 定的项目和相应的试验周期，在停电的状态下对设备进行检查和试验。预防性维修 坚持的原则是电力设备应“到期必修，修必修好”，是一种事先定好计划性的维修方 式。在过去的几十年中，它无疑在防止设备事故的发生，保证安全可靠供电等方面 起到了很好的作用。但是，随着电力系统不断地向超高压、大容量及自动化方向的 发展，原有的预防性试验和计划维修体系已不适应电力系统的发展，主要存在以下 的局限性： 从安全角度来看，预防性检修所要求的“到期必修”还是可以做到的，但“修 必修好”则有困难。电力设备的更新速度加快，高新技术也不断被应用到电力设备 上，再加之电力设备检修队伍人员的流动，保持一支高水平的检修队伍相当不易。 国内就有很多例子，设备在检修前工作很f 常，检修后反而不正常了，这给电力系 统的安全运行埋下隐患。 从经济角度来看，定期试验和大修均需停电，既造成电量的损失，也投入了 很多人力物力。而且随着电力系统的扩大和对供电可靠性要求的彳i 断提高，定期停 电检修试验所造成的损失和影响都将更大，有时到了不能允许的地步。 从技术的角度来看，预防性试验也存在一定的局限。一是因为设备试验是在 停电下进行的，同运行时的工况截然不同，这在一定的程度上影口向了预防性试验结 重庆人学r 程硕十学位论文 2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 果的有效性。另外预防性试验是定期进行的，不能准确和及时地发现故障。 在预防性维修体系暴露越来越多的问题的同时，一种崭新的检修维护体系状 态检修体系正日益受到人们的重视。特别是电子、计算机以及人工智能领域在近期 的飞速发展，也为这种新兴的检修维护方式的发展提供了技术上的保障。状态检修 体系是根据设备的具体状况来决定是否对其进行维修，做到“有病必修，修必修好”， 这既不盲目地对所有设备进行拉网式的检修，也不漏过有缺陷和故障的设备而给系 统造成不安全的因素。设备的各种状态信息是状态检修体系的基础，而对这些状态 信息进行综合分析并给出指导性意见的上层分析系统则是整个系统的关键。 状态检修是一种先进的设备检修管理机制，是社会生产力的发展在维修领域的 具体体现。在电力行业推行状态检修工作是电力生产技术发展的必然趋势，也是和目 前“厂网分丌，竞价上网”电力体制改革的环境和氛围相适应的。状态检修的技术 基础是设备状态的准确评价，根据监测手段所获取的各种状态信息，分析故障发生 的现象，评估故障发展的趋势，依据设备的重要程度而采用不同的检修策略，并合 理的安排检修时间和检修项目，使设备状态“可控、在控”，保证发电设备安全经济 运行。 从未来发展来说，状态检修的支撑技术手段，主要包括以可靠性为中心的维修 技术r c m ( r e l i a b i l i t yc e n t r a l i z e dm a i n t e n a n c e ) 、状态监测和故障分析诊断技术、维 修信息管理系统三个重要的方面。 国外的设备状态检修发展较早。2 0 世纪7 0 年代末，美国电力科学研究院( e p r i ) 就对电力设备的状态检修进行研究和应用，目前已向以可靠性为中心的检修( r c m ， r e l i a b i l i t yc e n t r a l i z e dm a i n t e n a n c e ) 发展。日本是从2 0 世纪8 0 年代开始对电力设备 实施以状态分析和在线检测为基础的状态检修。而欧洲大多数国家也正在进行检修 体制的改革，方向也是状态检修。到目前为止，基于计算机网络技术的设备管理、 事故分析和预警系统在美、加等国已普遍应用，且已发展了几个版本。如i n t e g r a t e d m a i n t e n a n c es y s t e m 等。这些软件系统应用i n t r a n e t i n t e r n e t 及g i s ( 地理信息系统) 等最新的计算机技术，将状态管理、事故预警和事故处理进行有机的集成，大大改 善了其设备监督管理环境，提高了监督管理水平。 以美国电力研究院( e p r i ) 设计的变电站的一体化系统( 如图2 1 ) 为例。它 采用低成本传感器和先进的诊断方法来监测变电站设备的健康状况和性能。这些工 具设计为独立发挥作用，但若综合化，它们可在改善系统可靠性的同时明显降低变 电站监测的成本。e p r i 一体化系统的方案以实施r c m 开始，r c m 是在状态分析 的基础上，以设备重要性和性能数据为依据对监测和检修任务优化排序的方法。因 此状态检修是实行r c m 的前提【1 1 】。 重庆大学一程硕十学位论文 2 电力设需状态检修及其支撑技术体系 图2 1e p r i 的变电站一体化系统示意图 f i g u r e2 1e p r ls u b s t a t i o ni n t e g r a t e ds y s t e md i a g r a m 在我国，电力设备状态检修方面的工作开展还处于初步阶段，有的甚至还没有 建立状态管理的概念，但发展势头强劲，已经有了许多成果，作为设备状态检修的 必要条件电力设备在线或离线的监测装置已经是种类繁多。如：重庆大学和清 华大学的科研成果都已经得到广泛应用。随着计算机网络技术、i n t e r a c t 技术的普及 和发展以及电力系统的不断改革，我国的电气设备状态管理和状态检修得到一些发 展，也相应出现了一些管理软件和检修系统。 推行状态检修是发电企业检修方式的战略调整，它的技术内容十分广泛，涉及 技术手段、检修管理和机构调整。在技术方面，通过采用先进的监测技术，改进所 检测的设备状态信息的质量，增加设备状态信息的数量；在检修管理方面，采用先 进的计算机网络技术支持状态检修的工作；在检修机制方面，原有的检修管理机构 是和定期检修机制相适应的，采用状态检修策略，必须改革原有的检修管理机构， 使新的管理机制和状态检修策略相适应。 2 2 实施电力设备状态检修的意义 在世界范围内的实践证明，设备状态检修可以实现经济效益和社会效益上的提 高。主要表现在以下几个方面： 状念检修之前的准备工作状态管理不仅仅减轻了原手工作业的劳动强 度、提高了工作效率，更重要的是，能够充分利用已有的状态信息，通过多方位、 多角度的分析，最大限度地把握设备的状念，依此制定合理的检修维护策略。 在实现设备状态检修之后，可以通过适时的维修来避免重要设备故障，同时 又避免了不必要的维修作业，依此在有限维修经费中寻求优化分配使用。特别是在 做到能对没备的寿命进行正确估计后，就可以更有效地储存和安排设备备件，这可 节省大量的备品经费。 通过设备的状态分析，对于预防类似事故、改进产品质量、提高设备监督管 重庆大学j 二科硕士学位论文2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 理水平具有重要的指导意义。 在电力供应者实现r c m 后，零售用户将因更可靠的电能供应而受益。 2 3 实现电力设备状态检修的步骤 设备状态检修从整体上来浼，分为宏观和微观两部分。宏观主要指设备的总体 把握。通过宏观分析，对一些共性的设备质量问题发布相应的预防性措施，以防止 类似事故的重复。宏观分析涉及的设备数量越大，其分析结果的价值就越高。微观 主要是对作为个体的具体设备进行分析，通过横向对比和纵向对比，来评估某个具 体设备的健康状念。横向对比是将某个设备的状态信息与同类设备等相比较，以确 定其劣化程度。比较时涉及的同类设备越多，结论就越可靠。纵向对比分析是从设 备劣化的趋势来确定设备的状态，即不是单一地用一个阀值作为设备“好”与“坏” 的分水岭，而是根据劣化的趋势来识别设备的状念。实践证明，有效的状态分析方 法是：宏观和微观相结合、横向和纵向相结合【1 4 】。 从目前国内外对设备状态检修的研究情况以及我国在状态检修的实践经验来 看，设备状态检修的实现可分为三个阶段： 第一阶段是建立信息中心的时期 通常，设备状态信息主要包括静态数据和动态数据两种，如图2 2 所示。其中， 静态数据主要包括：设备出厂试验数据和设备台帐数据；设备的缺陷、事故和检修 记录；设备的定期或非定期试验数据。而动态数据主要是指：在线监测传送的实时 数据；与设备状态相关的实时运行信息。这个阶段的主要工作就在于建立和完善信 息的采集、传输、储存环节。这三个环节的实现如图2 , 3 所示 3 3 1 ： 图2 2 设备状态检修系统结构图 f i g u r e2 2e q u i p m e n ts i t u a t i o n a lm a i n t e n a n c es y s t e ms t r u c t u r e 重庆人学一【：程硕| 学位论文 2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 图2 3 设备状态检修智能诊断系统框架 f i g u r e2 3e q u i p m e n ts i t u a t i o n a lm a i n t e n a n c ei n t e l l i g e n td i a g n o s i ss y s t e mf r a m e w o r k 信息的采集方式多种多样，不同信息类型有不同的采集方式【2 6 】，有模拟量采集、 数字量采集等等。在实践中，为了作到更可靠的纵向分析，在设备投运之前应建立 完整的设备台帐信息，包括设备的型号、参数指标、出厂试验数据等等。在运行中， 各种采集单元将现场设备的各个参数传送到状态检修下位机，并转化成数字量。然 后通过现场总线传送到状态检修上位机，并在此作初步的状态分析。而检修中心则 通过因特网定期或者不定期地从状态检修上位机和变电站综合自动化系统接受信 息，以便进行综合状态分析 1 7 1 。 信息的传输主要有三个方式。信息从现场的采集单元到状态检修下位机的传送 是采取r s 4 8 5 通讯接口，从状态检修下位机到状态检修上位机是通过现场总线来 实现信息的传递。而状态检修中心则通过因特网来获取信息。 在本系统中，数据库是信息的主要载体。这里要注意的是状态管理的网络化和 数据库规划的统一化。只有这样才能实现真正的信息共享。其中，最重要的是数据 库的规划和设计。这是实现状态管理的基础，既要避免信息的重复，又要求能完整、 准确地表述设备的事故和状态，这就要求仔细规划表的结构、表与表之间的关系、 视图、存储过程等。为了实现状态分析，一些字段还必须进行必要的约束，以便规 范其取值范围；同时为保持数据的一致性，需认真规划事务、触发器。此外，如何 保证接受数据的真实性、合法性、有效性和安全性也是需要认真研究的问题。 第二二阶段是实现设备状态的监督和预测工作，来确定合理的设备检修周期，这 虢初步实现了设备状态检修。过去对设备的监督仅仅是对其“好”与“坏”进行判 断，实际上，相当部分的设备处在正常和有缺陷之间的第三种状态，即狄色状态， 重庆大学工程硕士学位论文2 电力设备状态检修及其支撑技术体系 而这些设备才是状态监督的重点。作好这些设备的监督工作对提高企业的经济效益 和运行水平具有非凡的意义。 在图2 3 的设备状态检修智能诊断系统中，智能管理系统就是该系统中的核心 模块，也是实现上述功能的核心模块1 8 1 1 1 5 1 。随着电力系统逐步走向区域性或跨区 域的大电网，电力设备的容量越来越大，电压等级越来越高，其运行状态也越来越 复杂。对于一个比较大型的电力设备，如变压器，单一的技术或者单一的专业往往 不能充分地把握其状态。现在更有效的监督手段就是对设备进行跨专业分析。综合 各专业的优势专长，更准确地掌握设备的健康状态。 第三阶段是在总体把握设备状态的基础上，着眼于保持重要的系统功能，通过 故障模式、后果及重要性分析，做出设备的寿命估计，预测设备的事故风险率，寻 求可靠性与维修成本间的平衡，最终实现以可靠性为中心的维修策略( r c m ) 。 我国是一个用电大国，电力设备的用量很大，因而研究电力设备状态检修势在 必行。根据国际上设备状态检修的发展趋势，我们认为：对设备状态检修的研究应 该在消化、吸收国内外已有先进的相关技术和管理经验的基础上，根据我国国情提 出适应我国实际情况的设备状念检修方案。要做的具体工作为 1 3 1 ： 1 1 全面探索电力设备状态检修的实现方案，尽快建立实时、快速、准确的设备 状态信息库，积极筹建诊断中心。力求设备缺陷定位的准确性。 2 1 在实现状态检测和状态诊断工作中，以信息库及离线检测为主，设备状态信 息库和历史信息库、离线检测、在线检测三者相结合，逐步将成熟的在线检测技术 应用于电力系统中。 3 1 在筹建诊断中心的过程中，应注意综合应用各种专业的状态量，通过人工智 能技术进行跨专业的状态分析和诊断。 4 1 建立电力设备状态诊断系统，为逐步建设分层分布的发、输、变电设备状态 监测诊断网打好扎实的基础。 2 4 本章小结 本章回顾了设备检修管理方式的发展历史，指出设备检修经历了“故障维修一预 防性检修一状态维修”的发展过程，其中状态检修是该领域的发展方向。然后，给 出了状态检修必要性、基本概念，以及国0 t 9 1 的研究现状，明确了状态检修实施在 电力工业中的意义。最后，重点讨论了状态检修体系实施的步骤，以及在这一过程 中应当建立的技术支撑体系。 1 0 重庆大学工程硕士学位论文 3 产生式规则与专家系统 3 产生式规则与专家系统 专家系统实际上就是使计算机尽可能模拟人类专家解决某些实际问题的决策和 工作过程的系统。人类对问题求解的过植离不开对知识的表示和利用两个方面。下 面就专家系统及其原理进行深入阐述。 3 1 知识表示方法f 2 1 知识库的建立是建立专家系统的基础。描述专家掌握的专门领域的知识则是建 立知识库的前提。通常，人们所涉及到的知识是十分广泛的。对于”知识”难以给出 明确的定义，只能从不同侧面加以理解。 f e i g e n b a u m 认为知识是经过削减、塑造、解释和转换的信息。简单地说，知识 是经过加工的信息。 b e r n s t e i n 说知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的。 h a y e s r o t h 认为知识是事实、信念和启发式规则。 从知识库观点看，知识是某论域中所涉及的各有关方面、状态的一种符号表示。 知识可从( 范围，目的，有效性) 加以三维描述。其中知识的范围是由具体到一 般，知识的目的是由说明到指定，知识的有效性是由确定到不确定。例如”为了证明 a b ，只需证明a 八b 是不可满足的”这种知识足一般性、指示性、确定性的。 而像”桌子有四条腿”这种知识是具体的、说明性、不确定性的。 知识