專家系統(tǒng)在三相異步電動機保護中的應(yīng)用

摘要：對三相異步電動機的故障形式進行了分析，針對三相異步電動機保護中的故障原因多，判斷復(fù)雜，無法用數(shù)學(xué)模型精確表示等問題，提出了以序分量為基礎(chǔ)的電流保護方法。并在此基礎(chǔ)上引入專家系統(tǒng)進行故障診斷，通過建立和改進專家系統(tǒng)的知識庫及推理機制，為三相異步電動機智能保護裝置的軟硬件設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電動機保護 專家系統(tǒng) 故障診斷

1 三相異步電動機故障情況分析

三相異步電動機的故障形式主要分為繞組損壞和軸承損壞兩方面。對電動機進行智能保護主要通過測量電量(電流、電壓以及開關(guān)狀態(tài)等)來檢測電動機的運行狀況，因此面對的主要是繞組故障。三相異步電動機常見故障的過流、負(fù)序和零序電流的分布情況如表1所示，單相故障設(shè)A相為故障相，二相故障設(shè)B、C為故障相，Ip表示故障前相電流幅值。

根據(jù)對稱分量法，發(fā)生不對稱故障時，電動機電流可分解為正序、負(fù)序和零序分量。當(dāng)電動機三相對稱時，負(fù)序和零序電流為零，而發(fā)生不對稱故障時則會顯著增加。因此可以在檢測電動機過流程度的同時，以序分量為基礎(chǔ)，檢測負(fù)序、零序電流的大小。這樣不但能更好地反映電動機的運行狀況，還可以大大提高保護的靈敏度和可靠性。從表1中常見的故障信息可知，若以過流信息反映短路和堵轉(zhuǎn)故障，以負(fù)序和零序電流反映各類不對稱短路和接地短路等不對稱故障，可以實施比較全面的電流保護。

2 基于專家系統(tǒng)的電動機故障診斷

2.1 專家系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu) 專家系統(tǒng)是人工智能研究的一個領(lǐng)域，其技術(shù)本質(zhì)是以領(lǐng)域知識為基礎(chǔ)，利用計算機程序，模擬人類領(lǐng)域?qū)＜业暮暧^推理活動，以得到與人類專家對某些特定領(lǐng)域問題相同的解答結(jié)論。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)就是利用計算機對于符號模型描述的領(lǐng)域知識進行符號推理技術(shù)。

一個完整的專家系統(tǒng)通常由六個部分組成：知識庫、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫、推理機、知識獲取機制、解釋機制和人機接口。

2.2 故障診斷專家系統(tǒng)的建立

2.2.1 設(shè)計初始知識庫 專家對電動機進行診斷主要是根據(jù)零序、負(fù)序、過流、電壓、溫度以及電流之間的相互關(guān)系來診斷的。這里對專家的經(jīng)驗采用產(chǎn)生式表示法，將這些因素以及故障原因以一定的標(biāo)識符表示，然后依據(jù)這些標(biāo)識符形成規(guī)則集合，其中每一條產(chǎn)生式就對應(yīng)一個知識模塊的一條規(guī)則，一般寫成：如果……則……的形式，即IF a THEN b，其中a為前提，b為結(jié)論。這種產(chǎn)生式知識表示法與人的思維接近，易于理解，同時，由于規(guī)則的格式相同，所以規(guī)則的修改、擴充或刪除都比較容易，對其余部分的影響也很小。

2.2.2 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和推理機 專家系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫由不斷檢測得到的各種電流、電壓、溫度值和匹配的中間結(jié)論組成。

推理機包括推理方向、面向?qū)ο笸评砗屯评砜刂啤?/p>

推理方向可分為正向推理、反向推理和雙向推理三種方式。在這里，根據(jù)具體情況采用不同的推理方向進行推理。例如：對于發(fā)生次數(shù)較少或完全不能確定故障源的故障采用正向推理。對于重復(fù)發(fā)生或大致能確定出故障源的故障采用反向推理。對介于兩者之間的一類故障則采用雙向推理。

面向?qū)ο笸评怼＿@里采用了面向?qū)ο蟮墓收显\斷專家系統(tǒng)，一個對象類既容納了相關(guān)領(lǐng)域的知識，又能通過方法進行推理，在推理過程中，既有對象內(nèi)部，又有對象外部的推理。

推理控制。當(dāng)推理機發(fā)現(xiàn)不止一條規(guī)則被激活時，必須作出唯一選擇，即消除沖突。若謂詞帶有變元，則根據(jù)變元值來確定；若謂詞不帶變元，則按照子句的順序匹配。沖突解決規(guī)則可在基類中定義，其他子類既可直接繼承使用又可根據(jù)實際情況加以重載。

2.2.3 知識庫的改進與歸納 反復(fù)對知識庫及推理規(guī)則進行改進試驗，如圖2，歸納出更完善的結(jié)果。

3 結(jié)論

本文通過對三相異步電動機各種故障成因的分析，在保護原理上，拋棄了傳統(tǒng)的檢測三相電流(電壓)的方法，采用了檢測過流幅值、零序、負(fù)序電流的方法，得出了三相異步電動機故障的準(zhǔn)確判據(jù)，進一步確定了各種保護措施的實現(xiàn)方法。引入了異步電動機故障診斷的專家系統(tǒng)，設(shè)計了初始的知識庫，改進與歸納了知識庫與推理規(guī)則，完善了知識庫管理系統(tǒng)，更好的對各種故障做出預(yù)測，實現(xiàn)了故障信息的實時處理。

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