配电网分布式故障诊断数据库的设计

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２００８年第４期　煤矿机　电　

配电网分布式故障诊断数据库的设计　

安文斗　

（煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆４０００３７）　

摘　要：　根据现代电网在功能和结构上具有多层次、分布式的特点，提出了分布式故障诊断数据　

库的具体设计方法。实验结果表明，其不仅提高了对配网系统的诊断效率和诊断速度，而且灵活性　

和现场的适应性很强，应用效果好。　

关键词：　分布式；数据库；故障诊断；方法库　

中图分类号：ＴＰ２７７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１—０８７４（２００８）０４—０００１—０４　

Ｄａｔａｂａｓｅｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｆａｕｌｔｓ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　

（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｃｏａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００３７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅｓ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ　ｆａｕｌｔｓ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｂｙ　ｍｏｄｅｍ　ｅｌｅｃｔｉｒｃ　

ｎｅｔｗｏｒｋ　ｈａｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｕｓｅ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｉｔｓ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　

ｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ　ｗｏｒｋ　ｆｉｅｌｄ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｗａｓ　ｇｏｏｄ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ　ｄａｔｂａｓｅｓ；ｆａａｕｌｔｓ—ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｍｅｔｈｏｄ—ｄａｔａｂａｓｅ　

１　引言　

一

间的耦合关系又错综复杂，而且某一变量出现故障　

会导致与之有关联的众多可测变量出现异常，因此，　

故障诊断可以采用分布式多层次诊断技术。首先将　

系统分解为ｎ个功能相互独立的子系统（Ⅳ　一，　

个大型的配网系统具有多个变电站，不仅分　

布在不同的地方，而且每个变电站的综合自动化水　

平、通信技术、信号测量技术的发展与分布参差不　

齐，他们既相互独立又相互关联。根据其功能和结　

构上具有多次次、分布式的特点，现提出分层分布式　

故障诊断方法。整个系统分成若干个相互关联且功　

能相对独立的子系统，按各子系统的特点选用不同　

的智能诊断方法，独立完成该系统的故障诊断，然后　

），可得各子系统的关联信息表，它们有三种类　

型：　

（１）子系统间相互作用关联信息表Ａ　

表Ａ中元数０　定义为：　

若子系统Ⅳｌ直接影响子系统　，０　ｆ＝１，则０　

＝０ｏ　

将诊断结果上传至调度中心进行综合评判，得出最　

终结论。该方法的关键就是建立分布式多层次故障　

（２）子系统间可测变量的相互作用关联信息表　

ＢＭ　

诊断系统数据库，主要由变电站信息关联数据库、故　

障诊断方法库及故障诊断程序模块库三个子库组　

成。系统数据库经实验结果表明，不仅提高了诊断　

设子系统ⅣＩ中有ｎ个可测变量（１≤ｋ≤ｎ），子　

系统　中有ｍ个可测变量（１≤１≤ｍ），Ｂ　中元素　

６　可定义为：　

效率，而且更具有灵活性，应用效果良好。　

２变电站信息关联数据库的设计　

配网系统结构复杂，设备种类繁多，各设备变量　

若子系统　中第ｋ个可测变量能影响　中第　

个可测变量，６　＝１，则６　＝０。　

（３）子系统内可测变量间的相互作用关联信息　

表Ｃ　

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２・　煤矿机　电　２００８年第４期　

设子系统Ⅳ　中有ｎ个可测量（１≤ｐ≤ｎ，１≤ｑ≤　

ｎ），Ｃ　中元素ｃ　可定义为：　

若子系统　中第Ｐ个可测变量能直接影响第ｑ　

个可测变量，Ｃ，Ｅ　ｌ　：１，则Ｃ　Ｅ　ｉ　＝０。　

将这三种关联信息表进行组合，就形成了变电　

匝圊　

站信息关联数据库。这样故障诊断系统就可采用分　

层模块化设计方法，每一个子系统均对应一个子诊　

［—　显　匦　

断模块　（ｉ＝１，…，ｎ）。　

Ｉｌ同一设备内和Ｉ

ｌ异常变量相关Ｉ

　Ｉ

的可测变量

　ｌ与异常变量Ｉ

同一变电站内Ｉ　ｌ与异常变量相关Ｉ　

在诊断过程中，若某一子诊断模块　检测到　

ｌ　ｌ相关的设备Ｉ

ｌ的其他变电站Ｉ

Ｉ　的可测变量　Ｉ　

Ⅳ　子系统中某可测变量　出现异常，则通过搜索对　

应该模块的关联信息表ｃ　找出Ⅳ　子系统内能导　

唪　雏　ｌ　

致变致　异常的其它可测变量并提交综合智能诊　

断模块用于故障诊断；同时综合智能诊断模块可搜　

索关联信息表Ａ找到能影响Ⅳ　的其它相关子系统　

圈　圆圈　

Ⅳ　，再通过关联信息表Ｂ　搜索相关子系统Ⅳ　以找　

出能直接影响子系统Ⅳ　中变量　异常的Ｎ　中的可　

匝四壅因ｔ　　

测变量；再由综合智能诊断模块根据相应的故障诊　

断策略判断出具体是哪一子系统中的可测变量出现　

故障。　

此方法可在全系统内找到与异常变量　有关　

的所有可测变量，然后进行全局诊断，可有效地防止　

漏诊或误诊。　一　

３故障诊断模型库的设计　

变电站多层次智能诊断系统的流程图如图１所　

表１设备类型表　

所在变电站名　所在线路名　设备类型　设备编号　运行编号　电压等级　

（３）设备故障类型表　设备主要故障分类如图２～４所示。　

变压器主要故障类型　

避雷器主要故障类型　

铁芯多ｌ引Ｊ漏磁发Ｊ匝绝缘｝绕１分接Ｉ悬ｌ围』引ｌ油　

点接地ｌ线Ｉ热或磁Ｉ损伤并Ｉ组ｌ开关

表面ｌ内Ｉ内　

机械ｌ其　

及局部ｌ故ｌ屏放电ｌ匝间短ｌ低ｌ故障

ｌ浮ｌ屏１线ｌ中　

Ｉ放Ｉ放Ｉ闪ｌ放　

污染ｌ部ｌ部　

原因ｌ他　

短路ｌ障Ｉ过热ｌ　路　Ｉ温ｌ　Ｉ电Ｉ电ｌ络ｌ电　

／

络

闪ｌ故ｌ受　

引起Ｉ故　

Ｉ障ｌ潮　

故障ｌ障　

图２变压器主要故障类型框图　图３避雷器主要故障类型框图　

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２００８年第４期　煤矿机　电　・３・　

电容性设备主要故障类型　

对设备的某种故障的诊断效果作一个模糊表达，如　

表３所示。再依据表３总结出表４—６所示的配网　

设备故障诊断方法表。该三表所列的方法，只是一　

部分常用的方法，如果再有好的方法，还可以随时往　

表里添加。　

表３诊断方法效果的模糊表达　

方法正判率　

正判率＜６０％　

６０％≤正判率＜７０％　

７０％≤正判率＜８０％　

８０％≤正判率　

描述　

不好　

一

ＩＪ萎路ＪＩ　热ＩＪ　翥Ｊ　ＩＪ垂电ＩＪ薹因　

图４　电容性设备（耦合电容器、电流互感器、　

容性套管及ＣＶＴ）故障类型框图　

４故障诊断方法库的设计　

在建立故障诊断方法库前，先对某种诊断方法　

般　

好　

较好　

表４变压器故障诊断方法表　

故障　

方法　

三比值法　

模糊一范例推理诊断法　

ＢＰ神经网络法　

铁芯多点接地　引线　

及局部短路　

好　

较好　

好　

好　

好　

好　

好　

漏磁发热或　匝绝缘损伤　绕组低　分接开　悬浮　围屏　引线　油中　

故障　磁屏放电过热　并匝间短路　温过热　关故障　放电　放电　闪络　放电　

般　好　

好　

较好　

不好　不好　不好　不好　不好　

一

较好　

较好　较好　

好　好　

较好　

一

般　

好　

一

般　

好　好　

好　

较好　

较好　

较好　

好　

较好　

较好　

较好　

较好　

好　

好　

一

好　好　好　

好　

一

较好　较好　

较好　较好　

一

一

覆盖集诊断法　

粗糙集分析法　

小波神经网络法　

范例推理综合诊断法　

较好　

较好　

好　

较好　

较好　

好　

好　

般　

好　

较好　

好　

好　

般　

不好　

好　好　

一

般　不好　

好　

好　

般　较好　

般　

较好　

表５避雷器故障诊断方法表　

方法编码，从诊断程序模块库中调出对应的诊断程　

…障一潮　薰　

总　竺流　一般　测量法　…　

较好　

较好　

较好　

较好　

好　

好　

一

序模块进行综合故障诊断。　

表７为故障诊断程序模块编码表。表中变压器　

代号为“Ｙ”，避雷器代号为“Ｂ”，容性设备代号为　

“Ｒ”，互感器代号为“Ｈ”。故障诊断程序模块的编　

Ｙ　Ｙ　Ｙ

般　

电流测量法　…　兰　较好　

介损法　较好　

较好　

较好　

码＝“设备类型代号”＋“序号”。例如，诊断变压器　

的“三比值”法，其程序模块的编码为“ＹＯ１”。　

表７故障诊断程序模块编码表　

表６电容性设备（耦合电容器、电流互感器、　

叭　∞

容性套管及ＣＶＴ）故障诊断方法表　

三比值法　

模糊一范例推理诊断法　

ＢＰ神经网络法　

介损测定法　好　一般　不好　较好　

覆盖集诊断法　

粗糙集分析法　

局部放电法　

油中气体分析法　

油特性检查法　

好　

较好　

不好　

较好　

好＿　

一般　

不好　

一般　

好　

好　

好　

不好　

小波神经网络法　

范例推理综合诊断法　

决策树神经网络法　

总泄漏电流测量法　

电阻性泄漏电流测量法　

介损测定法　

局部放电法　

Ｒ　

Ｒ　

Ｒ　

Ｒ　

●●●　

５故障诊断程序模块编码表　

把比较成熟的故障诊断方法编成程序，设计成　

各个诊断程序模块，组成一个故障诊断程序模块库，　

并给每个程序模块编号码。当设备故障诊断时，依　

油中气体分析法　

有特性检查法　

据设备故障的类型和特点，查询方法库，确定需要哪　

几种诊断方法进行联合诊断，然后依据相应的诊断　

（下转第６页）　

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６・　煤矿机　电　２００８年第４期　

开口槽靠近刀盘中心的底部、支柱与刀盘结合处的　

边缘和在刀盘边缘刮刀安装位置应力比较集中，设　

４结语　

计时需要对这些部位进行结构优化，其它部位应力　

应用Ｐｍ／Ｅ、ＡＮＳＹＳ及ＡＤＡＭＳ对盾构刀盘进　

值较小，与实际工作的结果一致。刀盘变形量很小。　

行三维实体建模、有限元结构分析及运动／动力学仿　

刀盘设计满足强度及刚度的控制标准，且还存在一　真分析，实现结构优化和虚拟装配设计，得到的模拟　

定的结构优化空间。　

结果与刀盘实际工作情况基本吻合，可以代替反复　

（３）刀具库系统　

刀盘物理样机试验，为工程实际提供理论参考。应　

刀具模型库和数据库系统的开发是用Ｐｒｏ／Ｅ内　用Ｐｒｏ／Ｅ二次开发技术建立刀盘及刀具参数化模型　

部二次开发语言Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ进行的，调用其内部函　

库和数据库系统，实现刀盘、刀具的参数化设计，大　

数，在Ｐｒｏ／Ｅ菜单栏Ｔｏｏｌｓ菜单的右侧添加新菜单　大提高了设计质量和缩短了产品开发周期。整个研　

“刀具库”，在刀具库菜单下嵌套一个二级菜单，具　

究工作有助于复合盾构刀盘的理论研究进一步完善　

体操作过程不再赘述。提取刀具库参数是采用Ｖｉｓ—　

与发展，有助于盾构设计水平的提高。由经验研究、　

ｕａｌ　Ｃ＋＋的ＭＦＣ　ＯＤＢＣ数据存取技术来实现Ａｃ—　

定性研究逐步走向定量研究。　

ｃｅｓｓ数据库与Ｐｒｏ／Ｅ的相连，先访问ＯＤＢＣ驱动器　

参考文献：　

管理器，再调用数据库ＯＤＢＣ驱动器，把数据读入表　

［１］　秦东晨，梁颖，等．基于Ｐｒ０／Ｅ和Ａｎｓｙｓ的铰链梁设计系统集成　

格。可以清晰地显现出刀具的参数，且可按照已建　

研究［Ｊ］．郑州大学学报，２００５（６）　

［２］许静，王铁，等．Ｐｒ０／Ｅ与ＡＮＳＹＳ集成方法的比较［Ｊ］．现代制　

好的数据库数据生成实体模型，并可对刀具数据库　

造工程，２００５（１）　

的内容方便地实现添加、修改、删除等操作。　

［３］　李俊娜，赵喜荣，等．虚拟样机技术及其实践［Ｊ］．煤矿机械．　

２００５（１０）　

３刀盘性能仿真与评价　

［４］　王强，赵喜荣，等．盾构刀盘虚拟样机优化设计与研究［Ｊ］．矿　

山机械，２００６（１２）　

将刀盘整机模型通过专用数据转换接口导入　

［５］郭卫，李富柱，等．基于Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ软件的装载机工作装置虚　

ＡＤＡＭＳ，完成运动约束、运动激励的定义，产生参数　

拟样机与仿真分析［Ｊ］．工程机械，２００５（３）　

化的刀盘样机模型，并进行运动／动力学仿真，最后　

［６］　宋克志．无水砂卵石地层盾构推力及刀盘转矩的计算［Ｊ］．设　

对仿真结果进行分析和性能评价。如果与工程实际　

计制造，２００４（１０）　

［７］　陈鹏，曾建谋，等．基于Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ二次开发的参数化程序设　

结果不符合，则对刀盘虚拟样机进行结构优化设计，　

计［Ｊ］．机电工程技术，２００５（６）　

得到新的设计方案，开始新一轮的建模仿真分析；如　

作者简介：王强（１９８１一），男，讲师。２００３年毕业于河南科技大学　

果满意，则确定为最终的设计方案。　

（硕士学位），现在黑龙江工程学院从事教学工作，发表论文７篇，参　

编教材１部。　

（收稿Ｆｔ期：２００８—０２—１８；责任编辑：陶驰东）　

（上接第３页）　

力，２００２（５）　

６结语　

［２］　毕天妹，焦连伟，严正，等．用于分布式故障诊断系统的新型网　

（１）可使对应的每一个子诊断模块　的诊断　

络分割法［Ｊ］．电力系统自动化，２００１（１６）　

［３］吴今培，吴伟蔚．一种分布式专家系统开发策略［Ｊ］．长沙铁　

策略简单化，诊断系统更易于构造。　

道学院学报，２００２（１）　

（２）由于各模块之间的关系明确，功能确定，若　

［４］　齐红威，段志红，林建平，等．多层专家系统知识表达与推理技　

系统的某一子系统功能发生增减或改变，仅需对其　

术的实现［Ｊ］．河北工业大学学报，２０００（６）　

对应的子诊断模块作修改，使整个诊断系统更具有　

［５］Ｗｅｎｄｏｕ　ＡＮ，Ｃａｉｘｉｎ　ＳＵＮ，Ｑｕａｎ　ＺＨＯＵ，Ｊｉ　ＹＡＮＧ．Ｇｉｓ　Ｂａｓｅｄ　

应用的灵活性和现场的适应性；当某一可测变量发　

Ｍｕｌｔｉ－・Ｌｅｖｅｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｆａｕｈ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅ・－　

ｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＩＳＥＩＭ　２００４（９），Ｉｎｄｉａｎａ，ＵＳＡ　

生异常，很容易及早发现与其相关的可测变量是否　

作者简介：安文斗（１９６６一），男，高级工程师。２００５年毕业于重庆　

异常。该方法不仅易于检测子系统中的一般不稳定　

大学电气工程学院（博士后），现从事配电设备故障诊断技术及矿井　

特征，而且能够对早期故障发现进行及时预测。　

电网安全监控技术的研究，发表论文３０多篇。　

参考文献：　

（收稿Ｆｔ期：２００８—０３—３１；责任编辑：姚克）　

『１］蔡卫峰．多层次分布式系统智能故障诊断技术［Ｊ］．现代电