基于故障樹分析法的變壓器故障診斷

嚴魯

摘要：電網(wǎng)控制系統(tǒng)中的變壓器設備是電網(wǎng)體系中的關(guān)鍵設備之一，在電力控制裝備體系中具有突出的地位，因為其本身獨特的結(jié)構(gòu)特點，使得其故障判斷過程難度增大。筆者在此就應用于變壓器故障診斷的故障樹分析法進行闡述，其中探討了基于故障樹分析的知識采集和知識表達模式，給變壓器設備的故障分析與判斷創(chuàng)造優(yōu)越的條件。

關(guān)鍵詞：變壓器；故障樹；故障診斷；分析

0 引言

電網(wǎng)中變壓器裝置是電力網(wǎng)絡中的關(guān)鍵設備之一。變電裝置的故障診斷水平在很大程度上關(guān)聯(lián)著電力網(wǎng)絡的穩(wěn)定運行效果。其故障分析的人工化手段始終是電氣行業(yè)工程技術(shù)人員的攻關(guān)課題。變壓裝置具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引發(fā)故障的可能性很大。在對整體變壓控制裝備的故障分析與判斷過程中，需要依托豐厚的人工積累經(jīng)驗。而本變壓裝置故障診斷體系是依托電力系統(tǒng)內(nèi)大批科技專家的淵博知識和豐富經(jīng)驗，再運用高水平的邏輯推理手段來求解繁雜問題的一款電腦程序。以此來精準地分析判斷變壓裝置的異常部位和致因。

1 變壓器故障診斷程序

電網(wǎng)中大型變壓裝置的安全穩(wěn)定運行是整個電網(wǎng)高效運作的基礎條件，所以構(gòu)建出能夠有效診斷變壓裝置故障部位及原因的電腦程序非常必要。變壓器故障診斷專家體系是最近一個時期以來電腦程序人工編制領(lǐng)域研發(fā)出的一項前沿技術(shù)。所言專家體系，具體的就是說電腦軟件內(nèi)部儲存的專家知識資料庫及邏輯推理體系，進而使電腦程序體系依托所存儲知識、事實數(shù)據(jù)及推理模式去處理平時那些需要依托人工智能和經(jīng)驗才能完整處理好的疑難問題。

2 變壓器故障診斷的計算機程序構(gòu)建

電力系統(tǒng)變壓裝置的故障判斷一直以來是運用預防式試驗方法，盡管可以排除一部分變壓器故障隱患，然而其針對變壓裝置內(nèi)部的潛在隱患難以準確判定。變壓裝置故障判斷的電腦程序給處理變壓裝置內(nèi)部故障這一技術(shù)性、知識性和繁雜性都極強的關(guān)鍵課題找到了非常有效的方法。利用產(chǎn)生式模式的變壓裝置故障電腦分析程序具有表述形象、模式單一、模塊完整及推理簡便等優(yōu)越性，所以其成為了診斷程序體系中普遍應用的一類模式。其由人機端口、知識采集體系、推理體系等3部分組成。①知識儲備庫。知識儲備庫儲存著大量的專業(yè)知識。其中的知識都是按特定的模式來表現(xiàn)的，現(xiàn)階段通用的表現(xiàn)方法有以規(guī)則為標準的產(chǎn)生型表現(xiàn)方法、框架型表現(xiàn)法、邏輯型表現(xiàn)法、語音網(wǎng)絡表現(xiàn)法等組成。②推理體系。推理體系的功能是依據(jù)特定的推理手段，由知識儲備庫中采集相關(guān)的知識，對客戶給予的證據(jù)資料實施推理。③多類參數(shù)儲備庫。用在存儲體系運作進程中所必需的起始參數(shù)，證據(jù)儲備推理體系中的中間數(shù)據(jù)等。④程序解釋體系。擔負著對推導出的結(jié)果作出相應的解釋，從而對客戶表達推理程序。⑤知識采集體系。其為知識儲庫的構(gòu)建、知識儲庫中原有知識的調(diào)整及拓展新的知識儲備提供空間。

3 知識儲備庫的建立

知識庫內(nèi)儲備了經(jīng)過整合歸納的、用來實施推理過程的專家經(jīng)驗及知識。其主要故障能依托知識庫管理機制將其轉(zhuǎn)移到診斷程序的知識庫中，從而完成了診斷程序知識庫的本身更新。變壓裝置故障診斷程序中需用的知識依照來源渠道可分為兩種：①包含變壓裝置原理，運行知識、運行程序、規(guī)章等有關(guān)系統(tǒng)平穩(wěn)性的先行知識。②依據(jù)專業(yè)經(jīng)驗，運作實際整合出的展示變壓裝置故障原因、特性及故障類型相關(guān)聯(lián)的具有啟示作用的判別知識。

3.1 針對故障樹的知識采集

故障樹變壓器事故診斷體系將電力網(wǎng)絡系統(tǒng)故障與構(gòu)成該系統(tǒng)器件的故障緊密結(jié)合起來，爾后對有可能引發(fā)此系統(tǒng)故障的各類原因展開分析，匯總出本系統(tǒng)所有可能發(fā)生的異常狀態(tài)（也就是故障樹的所有最小割集），進而評估各類故障原因構(gòu)成機制和傳遞渠道。故障樹的頂事件相對于診斷程序系統(tǒng)應評估解決問題的目標，其底事件相對于診斷程序系統(tǒng)的邏輯推理判斷，故障樹從頂至底的各環(huán)節(jié)及邏輯程序相對于故障診斷程序的推理歷程，而其最小型割集成為故障樹和電腦故障診斷程序知識庫的連接橋梁。

3.2 故障樹的建立及分析

3.2.1 故障樹的建立

故障樹的建立是故障樹分析法的基礎，本文采用模塊分解法來輔助建立電力變壓器的故障樹，解決了電力變壓器結(jié)構(gòu)復雜且故障模式繁多帶來的建樹困難。根據(jù)電力變壓器的結(jié)構(gòu)、功能特點和故障間邏輯關(guān)系，結(jié)合模塊分解法，將電力變壓器故障樹分為繞組、鐵心及夾件、油絕緣、套管、有載分接開關(guān)、冷卻系統(tǒng)及非電量保護各故障子樹。

3.2.2 定性分析

故障樹定性分析的目的是為了獲得故障樹的所有故障模式，即找出所有最小割集從頂事件開始分析，依次將邏輯門的輸出事件用其輸入事件來代替，若通過或門，則輸入事件豎向地寫出，若通過與門，則橫向地寫出，直到將所有門事件全部置換成底事件為止。

3.3 定量分析

定量分析是為了進一步區(qū)分各底事件對頂事件的影響程度，即計算出各最小割集的故障概率，并且確定各最小割集對頂事件的重要度，即最小割集重要度計算。

4 結(jié)論

本文將基于故障樹分析法的診斷專家系統(tǒng)應用于電力變壓器故障診斷中，通過選用由故障樹最小割集到知識庫規(guī)則的知識獲取方式和基于概率重要度的沖突消解策略，解決了知識獲取難的問題，并提高了系統(tǒng)推理效率。