专家系统在三相异步电动机保护中的应用

田　齐

摘要：对三相异步电动机的故障形式进行了分析，针对三相异步电动机保护中的故障原因多，判断复杂，无法用数学模型精确表示等问题，提出了以序分量为基础的电流保护方法。并在此基础上引入专家系统进行故障诊断，通过建立和改进专家系统的知识库及推理机制，为三相异步电动机智能保护装置的软硬件设计提供了理论基础。

关键词：电动机保护 专家系统 故障诊断

1 三相异步电动机故障情况分析

三相异步电动机的故障形式主要分为绕组损坏和轴承损坏两方面。对电动机进行智能保护主要通过测量电量(电流、电压以及开关状态等)来检测电动机的运行状况，因此面对的主要是绕组故障。三相异步电动机常见故障的过流、负序和零序电流的分布情况如表1所示，单相故障设A相为故障相，二相故障设B、C为故障相，Ip表示故障前相电流幅值。

根据对称分量法，发生不对称故障时，电动机电流可分解为正序、负序和零序分量。当电动机三相对称时，负序和零序电流为零，而发生不对称故障时则会显著增加。因此可以在检测电动机过流程度的同时，以序分量为基础，检测负序、零序电流的大小。这样不但能更好地反映电动机的运行状况，还可以大大提高保护的灵敏度和可靠性。从表1中常见的故障信息可知，若以过流信息反映短路和堵转故障，以负序和零序电流反映各类不对称短路和接地短路等不对称故障，可以实施比较全面的电流保护。

2 基于专家系统的电动机故障诊断

2.1 专家系统的原理与结构 专家系统是人工智能研究的一个领域，其技术本质是以领域知识为基础，利用计算机程序，模拟人类领域专家的宏观推理活动，以得到与人类专家对某些特定领域问题相同的解答结论。因此，专家系统技术就是利用计算机对于符号模型描述的领域知识进行符号推理技术。

一个完整的专家系统通常由六个部分组成：知识库、全局数据库、推理机、知识获取机制、解释机制和人机接口。

2.2 故障诊断专家系统的建立

2.2.1 设计初始知识库 专家对电动机进行诊断主要是根据零序、负序、过流、电压、温度以及电流之间的相互关系来诊断的。这里对专家的经验采用产生式表示法，将这些因素以及故障原因以一定的标识符表示，然后依据这些标识符形成规则集合，其中每一条产生式就对应一个知识模块的一条规则，一般写成：如果……则……的形式，即IF a THEN b，其中a为前提，b为结论。这种产生式知识表示法与人的思维接近，易于理解，同时，由于规则的格式相同，所以规则的修改、扩充或删除都比较容易，对其余部分的影响也很小。

2.2.2 全局数据库和推理机 专家系统的全局数据库由不断检测得到的各种电流、电压、温度值和匹配的中间结论组成。

推理机包括推理方向、面向对象推理和推理控制。

推理方向可分为正向推理、反向推理和双向推理三种方式。在这里，根据具体情况采用不同的推理方向进行推理。例如：对于发生次数较少或完全不能确定故障源的故障采用正向推理。对于重复发生或大致能确定出故障源的故障采用反向推理。对介于两者之间的一类故障则采用双向推理。

面向对象推理。这里采用了面向对象的故障诊断专家系统，一个对象类既容纳了相关领域的知识，又能通过方法进行推理，在推理过程中，既有对象内部，又有对象外部的推理。

推理控制。当推理机发现不止一条规则被激活时，必须作出唯一选择，即消除冲突。若谓词带有变元，则根据变元值来确定；若谓词不带变元，则按照子句的顺序匹配。冲突解决规则可在基类中定义，其他子类既可直接继承使用又可根据实际情况加以重载。

2.2.3 知识库的改进与归纳 反复对知识库及推理规则进行改进试验，如图2，归纳出更完善的结果。

3 结论

本文通过对三相异步电动机各种故障成因的分析，在保护原理上，抛弃了传统的检测三相电流(电压)的方法，采用了检测过流幅值、零序、负序电流的方法，得出了三相异步电动机故障的准确判据，进一步确定了各种保护措施的实现方法。引入了异步电动机故障诊断的专家系统，设计了初始的知识库，改进与归纳了知识库与推理规则，完善了知识库管理系统，更好的对各种故障做出预测，实现了故障信息的实时处理。

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