建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方法研究

吳堅(jiān)

摘? 要：建筑電氣系統(tǒng)是組成建筑的中藥組成部分之一，當(dāng)它發(fā)生故障，將導(dǎo)致電力設(shè)備停機(jī)、計(jì)算機(jī)信息和數(shù)據(jù)丟失等事故。對(duì)于電力可靠性要求較高的部門（如金融機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、電視臺(tái)等），即使在發(fā)生重大停電的情況下也是如此。在現(xiàn)代建筑中，隨著建筑電氣系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性的增加，建筑電氣故障的可能性越來越大，故障類型也越來越復(fù)雜和多樣。因此，對(duì)高可靠性建筑電氣故障診斷要求也越來越高，對(duì)于電力系統(tǒng)故障的診斷方法也顯得極其迫切和重要，該文對(duì)電氣系統(tǒng)故障現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了診斷的問題、診斷原理以及診斷方法，對(duì)促進(jìn)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性有一定的積極作用。

關(guān)鍵詞：建筑電氣系統(tǒng);系統(tǒng)故障;診斷方法

中圖分類號(hào)：TU85? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著城市化步伐的加快，建筑業(yè)發(fā)展也極其迅速，因此建筑電氣系統(tǒng)的重要性也慢慢凸顯。建筑電氣系統(tǒng)主要包括防雷接地裝置、輸配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)和電力設(shè)備系統(tǒng)等。建筑電氣系統(tǒng)具有復(fù)雜性，一旦建筑物電氣系統(tǒng)發(fā)生故障，極有可能影響使用者的人身安全。然而，在這一階段，建筑物電氣系統(tǒng)的故障排除基本上是基于人工測(cè)試，找出問題的原因，對(duì)人工維修過程來說，故障恢復(fù)時(shí)間的長(zhǎng)短在很大程度上只能取決于個(gè)人在電氣傳統(tǒng)故障診斷中的經(jīng)驗(yàn)。而這樣的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足現(xiàn)代建筑電氣發(fā)展的需要。因此如何在建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行中保障其安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得極為迫切。

1 建筑電氣系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)狀分析

近年來，建筑電氣系統(tǒng)相關(guān)的專家學(xué)者已認(rèn)識(shí)到其重要性，并充分關(guān)注其發(fā)展，因此國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)技術(shù)也在不斷進(jìn)步。然而在建筑電力系統(tǒng)發(fā)展中，還未能完全將外部技術(shù)運(yùn)用到電力系統(tǒng)診斷中。隨著科技的發(fā)展，建筑業(yè)應(yīng)充分利用科技成分對(duì)建筑電力系統(tǒng)檢測(cè)把控，避免事故發(fā)生，提高建筑質(zhì)量。由于電力系統(tǒng)在建筑業(yè)的應(yīng)用具有極大的復(fù)雜性，因此需要結(jié)合建筑本身的特點(diǎn)，尋找出符合自身特點(diǎn)的檢測(cè)方法，提高診斷精度從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 現(xiàn)階段建筑電力系統(tǒng)診斷不足之處

雖然建筑電力系統(tǒng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，就現(xiàn)階段而言，其診斷系統(tǒng)還有2點(diǎn)不足之處。1）建設(shè)建筑業(yè)電氣系統(tǒng)的電流穩(wěn)定仍然不能滿足故障診斷的需要，在這種情況下，建筑業(yè)相關(guān)部門，應(yīng)有針對(duì)性地制定并采取相應(yīng)措施，來保證電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。現(xiàn)階段對(duì)建筑電氣系統(tǒng)診斷只是基于電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該方法不足以滿足電氣系統(tǒng)診斷需求，診斷結(jié)果對(duì)電氣系統(tǒng)故障診斷精度的影響不能提供良好的條件。2）從外部因素來講，現(xiàn)階段的電氣診斷系統(tǒng)由于建筑業(yè)的快速發(fā)展，使電氣系統(tǒng)更加復(fù)雜，診斷的難度加大，而在現(xiàn)階段診斷系統(tǒng)中，難以實(shí)現(xiàn)符合現(xiàn)階段發(fā)展的創(chuàng)新，從而使得診斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，問題也越發(fā)凸顯，因此使得建筑電氣系統(tǒng)故障診斷的準(zhǔn)確性不高，不利于建筑電氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題后的及時(shí)修復(fù)。

3 建筑電氣仿真平臺(tái)故障診斷原理

建筑電氣系統(tǒng)的故障診斷主要基于癥狀集/故障集映射模式，包括癥狀提取和故障狀態(tài)識(shí)別。由于建筑電氣系統(tǒng)故障種類繁多，故障概率是隨機(jī)的，因此，基于建筑電氣仿真平臺(tái)，對(duì)建筑常見的電氣故障，包括絕緣故障、接地系統(tǒng)故障，通過自診斷系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的研究接地故障的配置，根據(jù)其顯示不同的故障診斷目的和對(duì)象的狀態(tài)，選擇最容易診斷信號(hào)工作狀態(tài)（電壓、電流或電阻）的傳感器，通過數(shù)據(jù)安裝在關(guān)鍵電路中。集電器對(duì)配電線路異常信號(hào)進(jìn)行采集，提取故障特征，并將處理后的數(shù)據(jù)輸入故障診斷算法。通過該算法識(shí)別故障類型和位置，給出報(bào)警信息，并提出控制措施和維修決策。故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方法

4.1 小樣本SVM故障診斷

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)對(duì)給定訓(xùn)練樣本在系統(tǒng)輸入和輸出之間的相關(guān)性，從而最大限度地對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。在機(jī)器學(xué)習(xí)中，損失函數(shù)L（Y，Y的實(shí)際值）通常用來表示機(jī)器輸出損失的實(shí)際值，以便進(jìn)行預(yù)測(cè)。損失函數(shù)的預(yù)期定義：實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)或者預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)，所述如下：

R（w）=∫L（y，y實(shí)際值）dP（x，y） （1）

而經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)則是訓(xùn)練樣本的“平均損失”程度，即

Remp（w）=1/n∑ni=1L（y，y實(shí)際值） （2）

機(jī)器學(xué)習(xí)的目的是最小化預(yù)期（實(shí)際）風(fēng)險(xiǎn)。從方程（1）可以看出，這種風(fēng)險(xiǎn)取決于聯(lián)合概率P（x，y）（2）將經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)降低到最小化。

這是從風(fēng)險(xiǎn)管理的基本原則出發(fā)的，從最小化人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無法感覺到預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)，它從某種程度上支持實(shí)證風(fēng)險(xiǎn)，但在促進(jìn)歸納法的發(fā)展中卻成了一個(gè)較為嚴(yán)重的缺陷。

根據(jù)其含義，預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)之間存在以下關(guān)系：

R（w）≤Remp（w）+Φ（h/n） （3）

其中，h是學(xué)習(xí)機(jī)的vc維（反映了學(xué)習(xí)機(jī)的學(xué)習(xí)能力，值越大，體驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)越小），n是樣本數(shù)，Φ（h/n）代表置信范圍。

5 故障診斷方法

5.1 在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)故障診斷中SVM的使用

5.1.1 故障特征及故障的分類

為了對(duì)實(shí)際住宅常見故障進(jìn)行模擬，通常可以通過測(cè)試平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。這類線路故障可分為：接地電阻、4種線路阻抗時(shí)、絕緣電阻過小、連續(xù)故障等。

5.1.2 建立SVM模型

支持向量機(jī)是兩類問題的本質(zhì)，可以通過“一對(duì)一”和“一對(duì)多”的方法來解決。分類是一對(duì)一的選擇。從輸出結(jié)果可以看出，識(shí)別率為100%，它的錯(cuò)誤識(shí)別總數(shù)為0。總之，可以判斷支持向量機(jī)算法是有效的，能夠準(zhǔn)確地診斷建筑物電氣測(cè)試平臺(tái)的正確性和誤差。

5.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

BP網(wǎng)絡(luò)和RBF網(wǎng)絡(luò)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的主要方法。BP網(wǎng)絡(luò)將輸入層、輸出層和隱藏層相結(jié)合來作為一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，形成無縫的神經(jīng)元在上下層之間。這樣，在選擇訓(xùn)練樣本時(shí)，系統(tǒng)可以將神經(jīng)元輸入BP網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過處理后將其轉(zhuǎn)化為6種診斷狀態(tài)，以提高測(cè)試樣本的模擬效果。RBF網(wǎng)絡(luò)計(jì)算是在建模過程中增加節(jié)點(diǎn)和隱藏層的數(shù)量，直到節(jié)點(diǎn)和隱藏層的數(shù)量與預(yù)設(shè)值一致，然后測(cè)設(shè)定結(jié)果，從而提高其準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國(guó)科學(xué)技術(shù)取得了重大突破。各行各業(yè)都發(fā)生了巨大的變化。在此背景下，建筑業(yè)發(fā)展較快，但也面臨著更為嚴(yán)峻的調(diào)整，有必要重視自身技術(shù)的改進(jìn)。通過科學(xué)先進(jìn)的有效故障檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)建筑電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張艷暉，王紅剛.淺談建筑電氣系統(tǒng)檢修與故障診斷方法研究[J].卷宗，2017（26）：163.

[2]熊道輝.新形勢(shì)下建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方法研究[J].科技與創(chuàng)新，2016（24）：95-96.

[3]吳茜，王亞慧.基于RBF與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑電氣系統(tǒng)故障診斷比較研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，28（4）：42-47.

[4]常澄，尹嘉琦.建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方法淺述[J].環(huán)球市場(chǎng)，2016（26）：158.

[5]張龍，陳宸，韓寧，等.基于壓縮感知理論的建筑電氣系統(tǒng)故障診斷[J].智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2014（2）：12-14.

[6]趙雪辰，邢建春，王平，等.基于SVM的建筑電氣系統(tǒng)無中心故障診斷算法研究[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2018，37（3）：65-69.