摘 要：現(xiàn)代化生產(chǎn)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求日益提高，而電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的大型化，復(fù)雜化的趨勢又給技術(shù)人員判斷電網(wǎng)故障增加了困難。以德興銅礦35 kV電網(wǎng)為對象，首先采用Matlab對電網(wǎng)的隨機諧振故障進行故障仿真來驗證諧振誘因，然后對電網(wǎng)的采集數(shù)據(jù)通過模糊理論中的隸屬函數(shù)計算相應(yīng)的隸屬度，編寫模糊規(guī)則，為電網(wǎng)維護人員判斷解決諧振故障提供有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)安全；諧振故障；模糊理論；模糊規(guī)則

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2008)2016204

Study of Fault Diagnosis on Resonance in Power System of Large Enterprise

YOU Fang，LUO Jing，WANG Rugang，WU Liangdan

(Jiujiang University，Jiujiang，332005，China)

Abstract：Modern production needs safe and more efficient power system，more and more complicated power network structure makes fault diagnosis more difficult，In this paper，it analyzes power system of 35KV in Dexing Copper Mining Company，and checks resonance caused with Matlab and brings forward a way of fault diagnosis expert system based on fuzzy theory by applying theory of artificial intelligent，database and fuzzy theory，applies the technology of the ER database to establish the database，adopts positive inference control policy in inference module，applies the object-oriented technology to realize the system，gives the gist to solve resonance fault for workers.

Keywords：security power system;resonance fault;fuzzy theory;fuzzy rule

1 引 言

隨著現(xiàn)代化大生產(chǎn)的飛速發(fā)展和科學(xué)進步，企業(yè)生產(chǎn)對電網(wǎng)安全運行的需求與日俱增?，F(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的一個明顯趨勢是大型化、高速化、連續(xù)化和自動化，設(shè)備組成與結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，潛伏著一個危機，即一旦發(fā)生故障，所造成的直接、間接損失也將十分嚴重。在電網(wǎng)各種故障事故中，由于過電壓引起的事故又占主導(dǎo)地位，其中，因系統(tǒng)的電感、電容參數(shù)配合不當，出現(xiàn)的諧振過電壓因幅值高，且持續(xù)時間長，危及電器設(shè)備的絕緣，也能因持續(xù)的過電流燒毀電感元件設(shè)備（如電壓互感器），還會影響保護裝置的工作條件（如避雷器的正常運行），給企業(yè)造成巨大的損失^［1，2］。在我國，35 kV線路往往采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地的形式，在中性點不接地系統(tǒng)中進行開關(guān)操作或發(fā)生故障時，外加的強迫振蕩頻率等于振蕩系統(tǒng)中的某一自由振蕩頻率時，容易激發(fā)起持續(xù)時間較長的鐵磁諧振，引起諧振過電壓^［3］。

系統(tǒng)采用自檢的方法，在沒有故障發(fā)生時，系統(tǒng)每隔一段時間進行自檢，以判斷電網(wǎng)狀態(tài)；一旦故障發(fā)生立即進入諧振故障診斷模塊，判斷諧振故障原因，給出診斷結(jié)論，為技術(shù)人員

快速準確地解決諧振故障恢復(fù)電網(wǎng)供電提供幫助。

2 江西德興銅礦動力廠35 kV諧振故障仿真實驗

以德興銅礦回水2站為例，系統(tǒng)開始運行在20 kV，0.3 s后給等效加沖擊電壓35 kV，系統(tǒng)迅速振蕩到50 kV，在1 s后切除沖擊電壓，系統(tǒng)電壓幅值超過30 kV，且負載系統(tǒng)不能恢復(fù)正常運行。仿真波形近似于鋸齒波形，在橫坐標1 s處系統(tǒng)進入穩(wěn)定振蕩。線路在母線接地電容C=1e-6 F時35 kV線路的三相電壓波形為正常的正弦波形，電壓幅值為28 kV。當在0.5 s處將母線接地電容人為更改為C=2e-5F時，線路上通過三相電壓計得到的線路三相電壓波形表示系統(tǒng)進入了穩(wěn)定諧振，通過三相電壓計得到的線路三相電壓幅值為40 kV且系統(tǒng)不能恢復(fù)正常電壓。

將后兩種情況下的波形比較可以得出：在提高線路對地電容值后，線路相電壓將由2.8 kV升高到3.5~3.8 kV，并且進入了穩(wěn)定振蕩。

3 模糊專家系統(tǒng)的研發(fā)

模糊專家系統(tǒng)是在知識獲取、知識表示和運用過程中全部或部分采用模糊技術(shù)來處理其不確定性的一類專家系統(tǒng)。也就是說，在傳統(tǒng)專家系統(tǒng)處理解決問題的過程中，往往存在著許多概括性的、籠統(tǒng)的、含糊的表示事物狀態(tài)的自然語言，以及具有不完善的專家知識模式。運用模糊技術(shù)來處理這類專家系統(tǒng)，并稱其為模糊專家系統(tǒng)^［4-6］。

3.1 隸屬函數(shù)的構(gòu)建及模糊規(guī)則

電網(wǎng)諧振故障誘因較多，是一種或多種原因的組合。本模糊專家系統(tǒng)是將諧振故障發(fā)生時SCADA系統(tǒng)監(jiān)測的電網(wǎng)各相電壓，電壓互感器的開口電壓和電流值通過模糊理論的隸屬函數(shù)計算隸屬度為技術(shù)人員快速準確判斷故障原因，解決故障恢復(fù)生產(chǎn)提供依據(jù)^［7，8］。

當采集到實時數(shù)據(jù)后，根據(jù)實時數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍分別與模糊語言較高或較低相對應(yīng)，再計算相應(yīng)的隸屬度。如：UA=28 kV，則電壓高的隸屬度為：

μ高=28－（3－1）×20.220.20.6

將檢測到的電流和電壓經(jīng)過隸屬函數(shù)的預(yù)處理后和相應(yīng)的模糊規(guī)則進行匹配，判斷諧振故障發(fā)生的原因和發(fā)生故障的位置，從而得出診斷結(jié)果，所以本系統(tǒng)采用帶有可信度的模糊規(guī)則。系統(tǒng)根據(jù)專家經(jīng)驗和企業(yè)歷來發(fā)生諧振故障時各種故障征兆所占比例給定每個規(guī)則激活閾值和結(jié)論可信度的對比值，即診斷結(jié)論可信度>0.5，則認為診斷結(jié)論正確。限于篇幅原因，僅列舉本系統(tǒng)中的一些規(guī)則。

規(guī)則1：如果頻率高（0.4）且開口電壓高（0.6），則線路高頻諧振（0.5，0.4）。

規(guī)則2：如果UΔ正常（0.3）且UB低（0.5）且UA高（0.1）且UC較高（0.1），則線路B相接地（0.6，0.4）。

規(guī)則3：如果UΔ正常（0.3）且UC低（0.5）且UB高（0.1）且UA高（0.1），則線路C相接地（0.6，0.4）。

以規(guī)則1為例，假設(shè)采集到現(xiàn)場電壓互感器的開口電壓為50，頻率為45，先計算開口電壓高的隸屬度和頻率高的隸屬度分別為0.6和0.4，則：

前件合取可信度=0.6×0.4+0.4×0.6=0.48，而規(guī)則1的規(guī)則激活閾值為0.4，0.48>0.4，則證據(jù)匹配成功，激活規(guī)則1，結(jié)論可信度CF=0.5×0.48=0.24。

3.2 本系統(tǒng)的知識庫管理模塊的具體實現(xiàn)

本系統(tǒng)的知識庫管理模塊的具體實現(xiàn)為：

(1) 以數(shù)據(jù)庫為載體。采用Microsoft SQL Server 2000進行知識庫的建立和存儲；

(2) 分為原始知識庫（事先已設(shè)計好）、知識錄入界面、知識修改界面3個子菜單；

(3) 人機接口界面。使操作簡單直接；

(4) 口令驗證界面，提高系統(tǒng)的安全性；

(5) 語法檢查，避免誤操作；

(6) 隨著實踐的發(fā)展，對故障原因、處理措施等不斷總結(jié)的事故樣本庫，通過樣本管理界面實現(xiàn)樣本的查詢、刪除、添加和修改4個內(nèi)容^［9-11］。

事故樣本管理界面如圖1所示，雙擊某個樣本記錄可調(diào)用樣本修改模塊，對該樣本進行修改；若雙擊表格空處則調(diào)用樣本添加模塊，由用戶自行增加事故樣本。對事故樣本的查詢采取2種方式：一是按事故類型查詢，一是按事故發(fā)生的時間查詢。用戶可自行選擇查詢的方式。事故樣本查詢界面如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)的樣本管理界面

圖2 系統(tǒng)的樣本查詢界面

對事故樣本的修改和添加包含對事故的處理措施，則可由用戶選擇是否將其處理措施設(shè)為默認措施。用戶選擇是，當發(fā)生同類事故時，系統(tǒng)將自動把該處理措施提示給用戶。事故樣本修改界面如圖3所示。

3.3 系統(tǒng)測試

(1) 單相接地引起的諧振故障測試

測試過程：以324線路為例，先設(shè)定故障值如圖4所示，此值將產(chǎn)生一個單相接地故障。

點擊開始，系統(tǒng)運行。系統(tǒng)運行結(jié)果如圖5所示；點擊故障符號，顯示故障線路的狀態(tài)值，并彈出詳細故障信息窗口。雙擊表中記錄，只彈出詳細故障信息窗口，如圖6所示；故障結(jié)束后，單擊“事故日志”（見圖7），其故障信息已存入歷史記錄。

測試分析：系統(tǒng)可如實反映出故障信息和故障時的電氣狀態(tài)，并診斷出基頻諧振是由于324線路A相單相接地故障引起，與事實相符。響應(yīng)速度達到設(shè)定時間的要求，其功能達到預(yù)期目標。

圖3 系統(tǒng)的樣本修改界面

圖4 324線路參數(shù)設(shè)置界面

圖5 324線路故障運行界面

(2) 單相斷線引起的諧振故障測試

輸入信息：以318線路為例，設(shè)定值如圖8所示；測試過程：點擊開始，系統(tǒng)運行。點擊故障符號，顯示故障線路的狀態(tài)值，并彈出詳細故障信息窗口。如圖8所示。

雙擊表中記錄，只彈出詳細故障信息窗口圖9；故障結(jié)束后，單擊“事故日志”，其故障信息（見圖10）已存入歷史記錄（見圖11）。

測試分析：系統(tǒng)可如實反映出故障信息和故障時的電氣狀態(tài)，且響應(yīng)速度達到設(shè)定時間的要求，其功能達到預(yù)期目標。

4 結(jié) 語

首先分析鐵磁諧振故障機理及其產(chǎn)生條件，將模糊理論、專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫理論、面向?qū)ο?/p>

的程序設(shè)計方法

圖6 324線路故障信息窗口

圖7 324線路故障信息存入事故日志窗口

圖8 318線路單相斷線故障參數(shù)設(shè)置

等應(yīng)用于諧振的故障診斷中，并成功的設(shè)計了一個基于企業(yè)電網(wǎng)的諧振故障診斷模糊專家系統(tǒng)。軟件已經(jīng)在江西銅業(yè)集團的德興銅礦上機調(diào)試，基本達到了預(yù)期的功能效果。本系統(tǒng)具有以下特點：

(1)在系統(tǒng)的開發(fā)上，本模糊專家系統(tǒng)模型的搭建繼承并改進了專家系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)和Visual C++ 6.0程序語言開發(fā)專家系統(tǒng)，并采用Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫構(gòu)造知識庫，突破以往采用人工智能語言LISP，Prolog開發(fā)專家系統(tǒng)的框架。

(2)在模糊知識設(shè)計上使用了模糊產(chǎn)生式規(guī)則形式和正反向推理機制。獨到的解決了系統(tǒng)的不確定性的特點。

(3)在實現(xiàn)組態(tài)王向用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)傳輸大量數(shù)據(jù)的編程中，巧妙地解決數(shù)據(jù)庫接口問題，提高了系統(tǒng)的編程效率，并實現(xiàn)了該系統(tǒng)的可移植性。

圖9 318線路單相斷線故障運行界面

圖10 詳細故障信息

參考文獻

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圖11 故障信息存入事故日志界面

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作者簡介 游 芳 1974年出生，碩士。研究方向為計算機控制。

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