1、 基于智能技术的电力变压器故障诊断系统【摘 要】在多年研究成果的基础上，本文利用 Delphi7 及 ODBC 数据库开发出了基于Access 数据库的电力变压器故障诊断系统。故障诊断基于专家知识库，而专家知识库又由专家经验构成。现场通常采用潜伏性故障诊断和绝缘预防性诊断对变压器状态进行诊断。其中，潜伏性故障诊断以油中溶解气体色谱分析为基础，结合外部检查、绝缘油诊断来综合分析判断运行中变压器的潜伏性故障；而绝缘预防性诊断则由绝缘电阻、直流电阻、介损、直流泄漏、套管诊断构成。通过潜伏性故障诊断和绝缘预防性诊断，专家系统能够综合判断变压器的整体绝缘水平，并为现场操作人员提出建议。本专家系统在大量调
2、研的基础上完成，并辅以试验报告等功能，充分考虑到现场的需要，有较强的实用价值。关键词：电力变压器；专家系统；故障诊断；数据库；知识库除封面，页边距上下 2.54 左 3.17 右2.5黑体小三号，居中，1.5 倍行距，段前 0、段后 0.5空一行黑体小四号 35 个 用；号分隔不少于 250 字 正文格式正文格式：宋体小四号字，1.25 倍行距，段前、段后均为 0 行，每段的首行缩进 2 汉字提示：论文摘要是学位论文的缩影，要以 浓缩的形式概括课题 的研究内容，文字要简练、明确。内容要包括目的、方法、结果和结论。 单位制一律换算成国际标准计量单位制，除特别情况外，数字一律用阿拉伯数 码。文中不
3、允许出现插图。空一行插入分页符若无特别说明，则不空行基于智能技术的电力变压器故障诊断系统【Abstract 】Based on researching for several years, Delphi7 and ODBC are utilized to develop Transformer Fault Diagnosing Expert System (TFDES) based on Access database. Fault Diagnosis is based on expert knowledge base, composed by experts experiences. Lat
4、ent Fault Diagnostic (LFD) and Insulation Precautionary Test (IPT) are popularly used in reality ,so as to diagnose faults of transformers insulation. LFD, is used to indicate the latent faults of transformers, based on Dissolved Gas Analysis (DGA), and assisted by External Examination (EE), Insulat
5、ion Oil (IO).IPT, consisted of Insulation Resistance ,Ohmic Resistance, Oil Dielectric Loss ,DC leaking Current and Bushing. Through LFD and ITP, TFDES can judge synthetically the whole insulation level of transformer, and give out proper expert suggestions to operators. This TFDES , completed throu
6、gh a lot of investigation and researching, affiliated with Test Report and some other functions, thinking completely of on-the-spot need, is very worthy practically.Key Words: Electric Transformer; Expert System; Faults Diagnosis; Database; Knowledge BaseTimes New Roman 小三号加粗居中，1.5 倍行距，段前 0、段后0.5行距，
7、段前 0、段后 0.5居中字体：Times New Roman 小四号 行间距：固定值 25 磅四号 Times New Roman 加粗页眉：宋体小五号，居中空一行插入分页符提示：英文摘要应与中文摘要对应基于智能技术的电力变压器故障诊断系统目录 引言 .1 电力变压 器绝 缘故障诊断模型 .5 2.1. 电力 变压器 结构简介 .52.2. 电力变压器绝缘基本知识 .52.2.1 电力变压器的绝缘 .52.2.2 油浸式变压器常用绝缘材料 .62.3. 电力变压器的故障及检测手段 .72.3.1 故障原因及其种类 .72.3.2 电力变压器常规试验项目 .82.4. 电力变压器异常情况的分析
8、 .122.4.1 声音异常 .122.4.2 油温异常 .132.4.3 油位异常 .142.4.4 外表异常 .152.3.1 气温、颜色异常 .152.5. 油中气体色谱分析法 .152.5.1 油中气体组成的规律 .162.5.2 油中气体含量与故障性质的关系 .162.5.3 油中气体分析过程 .172.5.4 气体分析方法 .17 电力变压器绝缘故障诊断专家系统 .263.1. 专家系统的概念 .263.2.专家系统的结构 .283.2.1 知识库 .283.2.2 数据库 .293.2.3 推理机 .293.2.4 数据管理 .303.2.5 人机界面 .303.3.专家系统中模
9、糊问题的处理 .30黑体小三号一级标题格式目录自动生成标题按此格式对齐，正文格式空一行基于智能技术的电力变压器故障诊断系统3.3.1 模糊知识的获取 .313.3.2 模糊综合评判的处理方法 .333.4. 专家系统各模块介绍 .343.4.1 气体色谱跟踪试验模块 .343.4.2 潜伏性故障诊断模块 .353.4.3 绝缘预防性诊断模块 .35 专家系统的完善与应用开发 .364.1 前期准备 .364.1.1 经验总结 .364.1.2 开发方案 .374.2 完善与应用开发 .384.2.1 诊断系统 .394.2.2 管理系统 .434.2.3 查询系统 .444.2.3 界面风格
10、.454.2.4 系统说明 .454.3 诊断程序函数说明 .464.3.1 诊断函数 .464.3.2 主要辅助函数 .484.4 诊断实例 .50 结论 .525.1 结论 .525.2 电力变压器故障诊断专家系统的展望 .52致谢 .54参考文献 .55.56.58.60基于智能技术的电力变压器故障诊断系统- 1 - 引言最近十多年来，我国的国民经济一直以 10%左右的速度稳定发展，为满足国民经济对电能需求的迅速增长，我国电网的规模日益扩大。在电力系统向超高压，大容量，大电网，自动化方向发展的同时，提高电力设备的运行可靠性尤为重要。根据国内外运行经验，电压等级越高、容量越大，电气设备的故
11、障率一般也越高，修复时间也越长。大型变压器是电力系统中最昂贵和最重要的设备之一。它的正常运行对于整个电力系统的可靠运行起着非常关键的作用。监视运行当中的异常状态并判断发生原因是判断故障的首要内容。因而研究电力变压器的故障模式和故障诊断具有非常重要的现实意义。故障诊断涉及到设备的运行机理、故障发生发展的的机制、装置维护的现状、运行条件等诸方面因素，因而是一项复杂的技术性工作。为了高效地解决诊断问题，将表征异常现象、故障性质、原因和措施及其相互间的关系用知识描述并形成推理，即构成了基于知识的诊断专家系统。变压器故障诊断基本上经历了感官诊断，实验测试，人工智能三个发展阶段。早期，电力工作者缺乏理论的
12、支持，基本上凭借一定的工作经验的积累，根据变压器的外部检查情况来判断其内部和外部故障。但仅仅这样单靠人工经验来判断故障难免会有很大的失误和纰漏。后来，随着油中气体分析法的发展，变压器故障诊断技术得到了很大的提高，进入实验测试诊断阶段。电力工作者首先用气体色谱分析测得变压器油中溶解的各气体含量，然后根据各种判断方法对产生这些气体的故障原因作出解释。常用的判断方法有特征气体法和比值法。比值法中尤以罗杰斯法和三比值法最为常用。特征气体判断法反应了故障点发热使绝缘材料分解时的事物本质。故障点产生气体的特征是随着故障点的故障类型以及故障能量级别以及所设计的绝缘材料的不同而不同的。特征气体法根据测得的某种
13、气体的含量以基准值的比较来粗略判断变压器的故障。而比值法则根据实验测得的各种气体的比值组合来进一步比较具体地判断变压器地故障。虽然对油中溶解气体分析可以有效地探测变压器潜伏性故障，但是，在电力设备地故障原因，故障现象和故障机理间同时存在随机性和模糊性地不确定现象。仅仅依靠实验测试地诊断方式难于满足现有地工程应用的要求。实际上随机性地产生是由于实验测试数据的分散性和本来故障地因果关系不确定性等造成的，它主要反应了客观上的不确定性，模糊性的产生是由于测试数据在主观判断边界上的亦此亦彼性，它主要反应了人为主观理解上的不确定性。许多现有的诊断规则都太绝对化，无法有效的解决不精确性，不完全性，和不确定性
14、信息。同时，传统的比值法也存在编码范围不够完善的问题，很大程度上制约了变压器故障诊断技术的发展。近期，随着人工智能的发展，其广泛地应用于电力系统各个领域。人工智能在或绪论 一级标题格式一级标题格式：半角 1 2 3 后空一格（全角）黑体 小三号字 居中 1.5 倍行距 段前 0 行 段后 0.5 行页码格式：Times New Roman 小五号居中页码从引言的第一页开始基于智能技术的电力变压器故障诊断系统- 2 -变压器故障诊断方面地应用极大地促进了诊断技术的提高。人工智能的应用可以分为专家系统和人工神经网这两个方向。专家系统方面：专家系统由专家知识库，推理机以及用户接口和解释机制等主要部分
15、组成。知识是专家系统地核心和关键，是解决问题的出发点。专家系统利用只是实现从故障表象到故障本质的推理过程。它具有概念明确，长于分析，推理路径清晰，易于用户参与，便于解释等显著优点。实际上，是对人类逻辑思维模式的计算机模拟。但专家系统也具有缺陷：1 知识获取困难。首先专家系统的规则表述缺乏深度，缺乏对专家思维过程的描述。而且专家系统的学习能力低下，人工方式获取知识的效率又很低下使得专家系统的只是难于完备，从而制约了专家系统的发展。2 知识维护困难。3 基于知识的推理，存在“匹配冲突”和“组合爆炸 ”的问题。推理的速度慢，效率差，难以适应检测控制适时性的要求。实际应用：以关系数据库为核心构造的电气
16、设备故障诊断专家系统，引入对象和规则知识的模糊表示处理故障及其现象存在着的模糊性，基于数据库的优化查询实现推理。用关系数据库的元素表示一个对象或一条规则，借助隶属函数及语义距离的概念进行不确定前提下的对象处理和对象匹配，能够由不完全的对象信息得出有一定隶属度要求的关于故障性质、原因的诊断结论，并有针对性的得出应相应采取的应急和跟踪措施，为设备维护提供依据。用数据关系的思想，完全由数据库管理诊断知识，从而独立于推理机理及用户，知识数据库维护简便、规则可以保持完整性和一致性、且在数据库中加入领域知识即可对系统的诊断范围进行扩充。 由于在电力系统的故障诊断中同时存在具有随机性和模糊性的不定因素，因此
17、单纯用概率统计或模糊数学的方法都不利于准确的映射故障的特性。现在提出一种将两者结合起来的方法，并在此基础上重新定义了诊断问题。不仅有助于解决三比值法因编码不全而难以作出结论的不足，而且比仅基于概率统计的诊断模型具有更高的正判率。这种方法利用色谱数据和电气数据进行综合诊断，得出更为具体的诊断。近期，为了解决专家系统较难获取完备知识的瓶颈问题。提出了一种变压器故障诊断专家系统知识库的粗糙集方法。将粗糙集理论和专家系统相结合，在变压器历史故障数据所形成决策表的简约基础上，通过计算规则的粗糙隶属度，建立了具有不同简化层次上符合置信度要求的节点网络规划集的知识库。人工神经网方面：人工神经网将已有的数据和
18、已知的故障诊断模式作为样本，通过学习得出数据量和故障模式间的映射关系。在神经网络系统中，信息的存储和基于智能技术的电力变压器故障诊断系统- 3 -处理是合为一体的，能从不完全的，不精确的信息联想出完整的信息，因而神经网络具有很强的学习能力，信息处理能力和学习过程中的完善性能。但是，它也有以下缺陷：1 对奇异故障模式的诊断能力差2 神经网络对结论和过程无法给出解释3 神经网络只是单纯对数据进行分析，缺乏全局观，无法对诊断对象的所有层面进行整体分析。实际应用：决策树神经网络模型采用分级别的方法，是对故障的诊断逐步得到细化，最终得出引发故障的具体原因。这种决策树分类网络具有较高的诊断准确率和实用价值
19、。根据故障的特点，提出了一种基于决策树的变压器故障识别方法。在故障决策树的基础上，以小波分类网络为基本单元模块，构造组合神经网络模型在结构复杂性和学习难于收敛等方面的不足，大大提高了故障分析的准确度。在这种诊断模型中，初始的判断结论较粗略，但准确性较高；随后判断逐级细化，表现出对故障良好的辨识能力。变压器故障表象与机理间的联系错综复杂，种种单一的诊断方法均存在一定的弊端。往往考虑将几种判断方法结合起来分析。以变压器油中溶解的气体的分析为基础，建立基于范例推理的变压器绝缘故障综合诊断模型。这样能够在一定程序上弥补各种范例检索算法的不足，在比较了待诊下个一级标题前插入分页符提示：引言（或绪论）应说
20、明本课题的提出， 课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题。基于智能技术的电力变压器故障诊断系统- 4 - 电力变压器绝缘故障诊断模型专家系统的知识库中的知识是从专家那里来的变压器领域专业知识，也就是他们对于变压器故障性质、种类、原因，及其诊断技术的专家经验。本章将从电力变压器结构、故障检测手段以及故障性质的分析入手，制定电力变压器故障诊断的模型，为以后的故障诊断打下坚实的基础。2.1 电力变压器结构简介电力变压器由铁芯、绕组、油箱、绝缘套管装置、冷却装置和保护装置等组成，可用图 2-1 表示。变压
21、器油箱（包括油箱本体及附件）冷却装置（散热器或冷却器）保护装置（储油柜、油表、安全气道、吸湿器、继电器等）出线装置（高、中、低压瓷套管等）器身铁芯绕组绝缘引线和分接开关变压器油图 2-1 油浸式电力变压器结构二级标题格式： 1.1（半角） 后空一格(全角) 黑体四号字 居左 1.5 倍行距 段前 0.5行 段后 0行图 1-1 空一格（全角）后说明，字体及图中字体都为宋体五号提示：以下内容是毕业论文的主体，要着重反映大学生自己的工作，要突出新的见解，例如新思想、新观点、新规律、新研究方法、新结果等。主体内容是 对研究工作的详细表述，包括：研究工作的基本前提、假设和条件；模型的建立，实验方案的
22、拟定；基本概念和理论 基础；设计计算的主要方法和内容；实验方法、内容及其分析；理论论证，理论 在课题中的应用， 课题得出的 结果，以及对结果的讨论等。主体内容要求论点正确，推理 严谨，数据可靠，文字精练，条理分明，文字图表清晰整齐，计算单位采用国务院颁布的统一公制计量单位中文名称方案中规定和名称。各类单位、符号必 须在论文中统一使用，外文字母必须注意大小写，正斜体。简化字采用正式公布过的，不能自造和误写。在论文的行文上，要注意语句通顺，达到科技论文所必 须具备的“ 正确、准确、明确”的要求。注意：是否如实引用前人结果反映的是学术道德问题，应明确写出同行相近的和已取得的成果，避免抄袭之嫌。利用别
23、人研究成果必须 附加说明。引用前人材料必 须 引证原著文字，标引一律用上标形式的方括号内数字表示，例如 3，方括号和数字不必用粗体。基于智能技术的电力变压器故障诊断系统- 5 -图 2-2 数据管理中心2.2 电力变压器的故障及检测手段2.2.1 故障原因及其种类1) 变压器故障的原因一般非常复杂，而且多数是不明确的。但弄清故障原因，对制定防止故障的对策是非常必要的。变压器的故障原因可分为以下几类： 选用规格不当：变压器绝缘等级选择错误；所选电压等级，电压分接头不当；容量太小。 制造质量不良：材料不好，包括导电，磁性，绝缘材料；设计和制造工艺三级标题格式： 1.1.1（半角）后空一格（全角）
24、黑体小四号字 居左 1.5 倍行距 段前 0.5行 段后 0行图片插入图的格式：插图、照片应尽量通过扫描粘贴进正文中；图居中排列；图与上文应留一行空格；图中若有附注，一律用阿拉伯数字和右半圆括号按顺序编排，如注 1） ，附注写在图的下方；“设置图片格式”的“版式”为“上下型”或“嵌入型” ，不得“浮于文字之上” ；图的大小尽量以一页的页面为限；图名居中并位于图下，须与图位于同一页中，编号应分章编号，如图 2-1，图 2-2；图名与下文留一空行；中文图名设置为宋体，五号，居中；英文名称设置为 Times New Roman，五号，居中。基于智能技术的电力变压器故障诊断系统- 6 -不好。相对产气
25、速率：表示某一设备已含有一定的气体初始浓度，经过一定的时间间隔后，计算出每月每种气体的含量增值占该气体初始值的平均百分值。可按下式计算 9：r= （1-1）%102tCi式中：r相对产气速率（%/m 或%/d）Ci1,Ci2分别为第一次，第二次取样测得的油气中气体浓度，两次取样时间间隔中的实际运行时间，按月或日计算t2) 变压器故障的种类变压器故障的种类是多种多样的，可按故障按发生部位和发生过程加以分类，如表 1-1 和表 1-2 所列表 2-1 按故障发生的部位分类内部故障 外部故障1.绕组：绝缘击穿，断线，变形 1.油箱：焊接质量不好，密封垫圈不好2.铁心：铁心层叠之间绝缘不好，接地不好，铁心穿心螺栓绝缘击穿内部的装配金具2.电压分接开关传动装置：机械饱和部分，控制设备整个公式用公式编辑器输入，居中，序号右对齐表头：宋体五号加粗居中表题：按章编号，如表 1-1，表 1-2（半角）后空一格（全角）后说明，字体五号居中标引居右上角，数字与参考文献对应公式的格式：公式用公式编辑器编写，居中；公式序号应按章编号，编号用圆括号括起放在右边行末，如(2-1)、(2-2)，公式与编号间不加连接虚线；公式位置：公式之间及上下文间设置半行间距或者 6 磅，作者可根据情况适当调整，以保证格式协调和美观。
