1　引言 　　隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高和系統(tǒng)容量的增大，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，對電力設(shè)備運行的可靠性要求也更高。在惡劣環(huán)境和不良工況下，電氣設(shè)備的內(nèi)部絕緣材料常常會加速老化，造成突發(fā)性損壞。一旦絕緣損壞就會造成整臺設(shè)備退出運行，甚至造成系統(tǒng)大范圍停電，這在現(xiàn)代社會是一種災(zāi)難。因此，絕緣監(jiān)視和故障診斷對于保證電氣設(shè)備的正常運行具有重要意義，也是供電企業(yè)的一項日常工作。 　　以往，設(shè)備絕緣狀況的判斷是通過專業(yè)人員對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向和橫向的比較及分析，并依據(jù)相關(guān)的規(guī)程、導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)驗來作出的。由于絕緣監(jiān)視是一項日常性的工作，人工判斷的工作量非常大，也難以對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的考察，而且專家判斷容易受到地理位置、工作強(qiáng)度、外界環(huán)境、心理狀態(tài)的影響。因此，供電企業(yè)對電氣設(shè)備絕緣監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)的需求非常迫切。 　　 隨著計算機(jī)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)據(jù)庫對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和監(jiān)視、利用模糊技術(shù)進(jìn)行故障診斷已成為可能。為了滿足未來發(fā)展需要，筆者結(jié)合福州電業(yè)局生計科管理信息系統(tǒng)（MIS）工程，開發(fā)了電氣設(shè)備絕緣監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)。 　　系統(tǒng)以Windows NT為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，采用了客戶/服務(wù)（client/server）結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫采用Oracle 7.3，客戶端開發(fā)工具采用PowerBuilder 5.0。為了保證系統(tǒng)的開放性、可重用性和可維護(hù)性，系統(tǒng)采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計、分析和編程方法。 　　以變壓器故障診斷為例，在檢測油中溶解氣體方法的基礎(chǔ)上引入模糊理論，不僅能對變壓器故障性質(zhì)進(jìn)行合理判斷，而且能提出建議和預(yù)防措施。 2　模糊理論的引入 　　目前用于電氣設(shè)備故障診斷的各種規(guī)程中，一般只給出一個判定邊界的描述，難以確切反映故障與表現(xiàn)特征之間的客觀規(guī)律。這種“判定邊界的描述”有的以確定的數(shù)值形式給出，有的以歧義性很大的語言描述。在用特征氣體法進(jìn)行變壓器故障診斷時，氣體含量用“高”、“較高”、“主要成分”等含糊字樣描述，具有不確定性。用三比值法判斷時，由于其比值范圍編碼不多，在實際工作中常因查不到比值范圍而無法對故障進(jìn)行判斷。模糊數(shù)學(xué)正是對人類模糊思維和模糊語言加以定量分析，尋找適合于計算機(jī)仿效人腦進(jìn)行模糊識別和判別等的數(shù)學(xué)工具，并具有多因素綜合分析的特點。本文運用閾值原則和擇近原則，判斷變壓器過熱故障、放電故障和鐵芯多點接地故障。其基本思想是： 　　（1） 確定模糊模式　設(shè)U為所有變壓器全部故障的集合，u為故障集中任一具體故障。以H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C1+C2（總烴）等相互比值作為參量確定模糊子集。 　?。?） 構(gòu)造模糊模式的隸屬函數(shù)　根據(jù)統(tǒng)計試驗結(jié)果，模糊子集的隸屬函數(shù)近似為正態(tài)分布：μ（u）＝e－k（u－a）2，其中k和a可通過分析與試驗經(jīng)計算得到。計算出隸屬函數(shù)值后就能夠用數(shù)字表示各參量隸屬于故障樣本的嚴(yán)重程度。 　?。?） 對故障進(jìn)行識別判斷 　　1）根據(jù)閾值原則判斷過熱、放電故障 　　設(shè)A1為變壓器放電故障，A2為變壓器過熱故障，隸屬函數(shù)分別為μA1（u），μA2（u）。根據(jù)統(tǒng)計計算結(jié)果，規(guī)定一個閾值λ∈［0，1］，則 　　①當(dāng)max｛μA1（u）,μA2（u）｝<λ，uA1且uA2時，則認(rèn)為沒有故障發(fā)生； 　?、诋?dāng)min｛μA1（u）,μA2（u）｝≥λ，u∈（A1⌒A2）時，則認(rèn)為發(fā)生了放電兼過熱故障； 　?、郛?dāng)λ為其它值，u∈A1或u∈A2時，則認(rèn)為發(fā)生了放電或過熱故障。 　　2）根據(jù)擇近原則判斷變壓器鐵芯多點接地故障 　　設(shè)有一狀態(tài)B，其隸屬函數(shù)為μB（ui）；鐵芯多點接地故障A，其對應(yīng)的隸屬函數(shù)為μA（ui），狀態(tài)B中有故障A的可能性則用貼近度n（A,B）描述。n（A,B）愈大，狀態(tài)B中有故障A的可能性也愈大。當(dāng)貼近度超過0.5時，則認(rèn)為存在變壓器鐵芯多點接地故障，否則認(rèn)為運行良好。 3　系統(tǒng)分析與設(shè)計 3.1　網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 　　為了實現(xiàn)信息快速傳遞與資源高度共享，必須建立監(jiān)督信息網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)運行在由福州電業(yè)局和高壓試驗班構(gòu)成的廣域網(wǎng)上，它們之間用電纜線直接聯(lián)接或通過Modem用電話線相連，油務(wù)試驗班、變電部和生計科處于電業(yè)局局域網(wǎng)內(nèi)。生計科內(nèi)部以太網(wǎng)是基于服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，高壓試驗班是基于客戶機(jī)體系結(jié)構(gòu)，單機(jī)既是服務(wù)器又是客戶機(jī)。油務(wù)試驗班和絕緣專職都是網(wǎng)絡(luò)客戶。選用Windows NT Server 4.0為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫選用Oracle7.3，客戶端開發(fā)工具PowerBuilder,操作系統(tǒng)選用Windows95。 3.2　運行模式設(shè)計 　　從覆蓋范圍、安全性、開放性和易擴(kuò)展性等多方面要求綜合考慮，傳統(tǒng)的文件管理系統(tǒng)開發(fā)模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，因此本系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器（client/server）模式。在基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備故障診斷系統(tǒng)中，各類關(guān)鍵性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放于服務(wù)器中，在客戶機(jī)上只有一般的輸入、輸出以及故障診斷等應(yīng)用程序。查詢、翻閱、存儲等操作都是通過客戶機(jī)上的應(yīng)用程序發(fā)出對服務(wù)器的請求來實現(xiàn)的。在這樣的結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)氖强蛻粽埱蠛鸵话憬Y(jié)果，而不是以前的整個數(shù)據(jù)文件，使網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔⒘繙p少到最小，以改善系統(tǒng)的性能，提高數(shù)據(jù)處理的效率，使得在數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)性能、安全性能、數(shù)據(jù)的完整一致性、數(shù)據(jù)的并發(fā)操作、數(shù)據(jù)的故障恢復(fù)等方面滿足企業(yè)管理信息系統(tǒng)的需要。 3.3　數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 　　數(shù)據(jù)庫設(shè)計時采用集中管理與分布應(yīng)用相結(jié)合的方式，電業(yè)局內(nèi)部采用集中式結(jié)構(gòu)，油務(wù)班數(shù)據(jù)和試驗注意值存放于生計科服務(wù)器；電業(yè)局和高壓班采用分布式結(jié)構(gòu)，局部數(shù)據(jù)局部存取，使用時才向相應(yīng)的節(jié)點申請服務(wù)，這樣可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸量，減輕服務(wù)器壓力。因此數(shù)據(jù)庫分為生計科數(shù)據(jù)庫和高壓班數(shù)據(jù)庫。 　　 網(wǎng)絡(luò)上不同用戶對數(shù)據(jù)訪問的權(quán)限是不同的，根據(jù)系統(tǒng)功能需求，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按使用情況可分為以下幾類：類型1，變電部設(shè)備銘牌數(shù)據(jù)，全局統(tǒng)一為一份數(shù)據(jù)，只有變電部有權(quán)修改，基層試驗班組只能調(diào)用；類型2，各種電氣設(shè)備的電氣試驗數(shù)據(jù)、充油設(shè)備的油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)（包括中間計算結(jié)果和診斷結(jié)論）、油務(wù)試驗數(shù)據(jù)，生計科只能查詢不能修改；油務(wù)班對油務(wù)數(shù)據(jù)具有讀寫權(quán)，對高壓班數(shù)據(jù)只有讀的權(quán)利，而高壓班的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限正好相反；類型3，試驗規(guī)程中的試驗注意值，絕緣專職可以修改，基層班組只能調(diào)用。 　　對于類型1數(shù)據(jù)，分別在生計科和高壓試驗班數(shù)據(jù)庫建立對變電部的數(shù)據(jù)庫鏈（database link）和同義詞（synonym）調(diào)用數(shù)據(jù)。對于類型2數(shù)據(jù)，在生計科和高壓試驗班數(shù)據(jù)庫中分別建立數(shù)據(jù)表（table），數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)的產(chǎn)生地，生計科數(shù)據(jù)庫建立對高壓試驗班的數(shù)據(jù)庫鏈、數(shù)據(jù)表的快照（snapshot），絕緣專職對有示警情況的設(shè)備和指標(biāo)進(jìn)行查詢。對于類型3數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存放在生計科的數(shù)據(jù)庫中，高壓試驗班通過創(chuàng)建視圖（view）調(diào)用數(shù)據(jù)。具體表、視圖、快照的關(guān)系如圖2所示。 4　軟件功能與實現(xiàn) 　　系統(tǒng)主要功能包括：調(diào)用變電部服務(wù)器的設(shè)備銘牌數(shù)據(jù)；完成對各種電氣設(shè)備的電氣試驗數(shù)據(jù)，充油設(shè)備的油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)，油務(wù)試驗數(shù)據(jù)的錄入、修改、查詢和打??；對試驗的重要指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)超過注意值時發(fā)出示警，還可以用圖形方式進(jìn)行監(jiān)督；絕緣專職可按設(shè)備和指標(biāo)對有示警情況的設(shè)備進(jìn)行查詢；對變壓器故障進(jìn)行自動診斷；試驗數(shù)據(jù)可按不同條件組合打印。 4.1　主控模塊 　　主控模塊通常稱為“主菜單”，它是進(jìn)入系統(tǒng)的總?cè)肟冢彩窍到y(tǒng)和操作人員進(jìn)入人機(jī)會話的界面。系統(tǒng)開始運行時，主控模塊展現(xiàn)在用戶面前的是系統(tǒng)所具備的各種功能及提示信息。使用者只要按照菜單中的提示進(jìn)行選擇，按主菜單一步一步地選擇自己所需要的信息。 　　系統(tǒng)對操作實施密碼和權(quán)限控制。每個操作員有自己的密碼，禁止非操作人員使用該系統(tǒng)，對操作員實施權(quán)限控制。操作員分為3類：系統(tǒng)管理員、一般操作員和絕緣專職。由于某些特定操作只能由某類操作員完成，因此系統(tǒng)在判別操作員身份后，會根據(jù)操作員的類型屏蔽掉一些不能由該操作員執(zhí)行的功能菜單。系統(tǒng)管理員可修改各種操作人員的權(quán)限。 　　主控模塊有6個子模塊，它們相互獨立，各自可以作為一個系統(tǒng)選擇安裝，有利于新功能的擴(kuò)充。 4.2　高壓絕緣試驗子系統(tǒng) 　　此模塊包括變壓器、互感器、套管、電容器、避雷器等17種電氣設(shè)備試驗報告，這些報告單的形式很相似，都由不同的絕緣預(yù)防性試驗構(gòu)成。每種試驗報告都有錄入、修改、查詢、打印和調(diào)用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)功能。 4.3　油務(wù)試驗子系統(tǒng) 　　此模塊包括絕緣油氣相色譜、絕緣油油質(zhì)、絕緣油微量水分、SF6氣體濕度4種試驗報告以及氣相色譜、油質(zhì)、微量水分、氣體濕度4種分析臺帳。4種分析臺帳主要是把試驗報告中的數(shù)據(jù)按設(shè)備分類匯總，并按時間排序，這樣有利于對數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向歷史分析，更加直觀地反映數(shù)據(jù)變化趨勢。設(shè)備的各項試驗周期是按照試驗規(guī)程和前一次的試驗值自動劃分的，并跟蹤設(shè)備的絕緣變化。如果試驗值與注意值相差很遠(yuǎn)裕度較大時，則取較長的周期。這樣做的目的是為了減輕管理與試驗人員的工作量。 4.4　示警子系統(tǒng) 　　當(dāng)高壓試驗和油務(wù)試驗的數(shù)據(jù)超過《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》中規(guī)定的注意值時，數(shù)據(jù)的背景顏色則變?yōu)榧t色，以提醒工作人員注意，縮短試驗周期并進(jìn)行跟蹤分析。除用上述方式進(jìn)行監(jiān)督外，還可以用圖形方式更加直觀地監(jiān)測各指標(biāo)的發(fā)展趨勢，如各氣體含量隨時間的變化曲線和T-D（過熱-放電）圖。絕緣專職還可以通過兩種方式進(jìn)行示警查詢：一種是按設(shè)備查詢，可對變電站、設(shè)備類型和設(shè)備名稱任意組合進(jìn)行查詢；另一種是按指標(biāo)進(jìn)行查詢，如查看H2、C1+C2（總烴）、介質(zhì)損耗因數(shù)示警情況。 4.5　故障診斷子系統(tǒng) 　　對變壓器油中色譜數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行分析及運用色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)診斷時，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中自動取出所需要的數(shù)據(jù)。此時有兩種可能，一是從數(shù)據(jù)庫采集來的是兩組數(shù)據(jù)，二是從數(shù)據(jù)庫采集來的只是一組數(shù)據(jù)。對于后者，說明數(shù)據(jù)庫只有一次記錄（例如新投運的變壓器，首次進(jìn)行油色譜分析的變壓器），此時的診斷系統(tǒng)約定為非跟蹤狀態(tài)，而對前者則約定為跟蹤狀態(tài)。獲取數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)便進(jìn)行一系列計算及診斷。若其中有一項氣體含量大于《導(dǎo)則》規(guī)定的注意值時，則根據(jù)是否處于跟蹤狀態(tài)再分別對待。在非跟蹤狀態(tài)，數(shù)據(jù)不足，盡管進(jìn)行故障診斷，僅給出“可能的結(jié)論”，并提示近期應(yīng)進(jìn)行色譜跟蹤分析。若總烴產(chǎn)氣率也大于注意值，則用模糊數(shù)學(xué)兩種方法判斷故障性質(zhì)以及調(diào)出故障點部位、故障源溫度等結(jié)論的顯示。若總烴產(chǎn)氣率未超過注意值，則給出近期還需跟蹤提示。診斷流程見圖3所示。 　　當(dāng)鼠標(biāo)移到窗口中的某些控件時，會在控件附近自動產(chǎn)生黃底黑字的提示條，以提示注意事項。如對于開放式變壓器，當(dāng)CO含量突然增大并且超過300　ppm時，則給出注意負(fù)載、油溫的提示；當(dāng)CO/CO2的比值超過注意值時也會給出相應(yīng)的提示等等。當(dāng)以上兩種情況并存時，則會出現(xiàn)“可能存在固體絕緣故障”的提示。 4.6　組合打印子系統(tǒng) 　　高壓絕緣試驗和油務(wù)試驗子系統(tǒng)中的打印功能是針對正在編輯的試驗報告而言的。在實際工作中，試驗人員不可能調(diào)出一份打印一份，都是大批量的錄完數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行集中打印。此模塊可以按照不同的條件組合進(jìn)行批量打印。 4.7　系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng) 　　此模塊包括高壓試驗人員維護(hù)、油務(wù)試驗人員維護(hù)、示警注意值維護(hù)和用戶權(quán)限管理。不同的操作人員有不同的口令和權(quán)限，以保證系統(tǒng)安全性。 5　系統(tǒng)特點 　　本系統(tǒng)作為一種工具，為電業(yè)局及基層班組保存電氣設(shè)備歷史資料和評價設(shè)備性能提供了一種有效手段。它具有如下特點： 　?。?） 監(jiān)視信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息及時傳遞和資源高度共享。 　?。?） 將模糊數(shù)學(xué)引入故障診斷，對變壓器故障性質(zhì)進(jìn)行診斷，并給出相應(yīng)的預(yù)防措施及故障源位置、故障點溫度等輔助結(jié)論。 　?。?） 采用多種方式實現(xiàn)絕緣監(jiān)視。如重要試驗指標(biāo)超過注意值就示警，用圖形方式監(jiān)視氣體變化趨勢以及對示警情況進(jìn)行查詢。 　?。?） 整個系統(tǒng)界面清晰美觀，操作簡單，用戶無需太多計算機(jī)方面知識，按照屏幕提示就能完成所需進(jìn)行的全部工作。提供了鍵盤操作和鼠標(biāo)驅(qū)動兩種方式，漢字輸入量很少。 　　（5） 采取了多種安全措施，只要頁面或窗口有變化，就會彈出對話框提示保存，防止數(shù)據(jù)丟失。系統(tǒng)保密性強(qiáng)，安全性好。 6　實例分析 　　某變電站110 kV的SFSB6-31500/110型變壓器，1996年11月投入運行，投運一個月后，色譜檢測發(fā)現(xiàn)總烴為184 ppm（大于部頒《導(dǎo)則》規(guī)定值150 ppm），色譜繼續(xù)跟蹤。1997年8月19日，總烴高達(dá)604 ppm，而且乙炔為10 ppm（超過注意值5 ppm）。具體測試數(shù)據(jù)如表1所示。 　　為了查明原因，消除事故隱患，1997年10月14日該變壓器停運。經(jīng)試驗，多項電氣試驗項目正常。但吊芯檢查時將上接地小套管聯(lián)接片解開后鐵芯仍有接地，后用電容儲能放電法沖擊，發(fā)現(xiàn)變壓器下鐵軛與箱底間有根鐵絲和大量金屬屑，造成多點接地而引起過熱。經(jīng)處理后投運，每次色譜分析均正常。 　　應(yīng)用本系統(tǒng)對“1997-08-19”色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，診斷結(jié)果（見圖4）與試驗檢查結(jié)果相一致，驗證了本系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實用性。 7　結(jié)束語 　　本文系統(tǒng)不僅能及時、快速地傳遞數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，消除數(shù)據(jù)冗余，而且提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證了數(shù)據(jù)的一致性和安全性。它改變了原來的管理模式，大大減輕了試驗人員和絕緣專職的工作量，提高了辦公效率和工作質(zhì)量，并通過示警系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)的綜合分析，為試驗人員采取相應(yīng)措施提供了依據(jù)，保證電氣設(shè)備的安全運行。特別是在故障診斷方面，通過對幾個單位的變壓器潛伏性故障的及時、準(zhǔn)確的分析診斷，為企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時也驗證了本系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實用性。該系統(tǒng)的應(yīng)用使得絕緣監(jiān)視管理工作更趨于科學(xué)化、現(xiàn)代化。