输电线路故障诊断系统的应用设计

邵必飞，曹少军

（甘肃兰州供电公司，甘肃 兰州730070）

0 引 言

随着社会经济的发展以及生产技术的进步，社会对于电能的需求质量越来越高，在这样的背景下，输配电系统对于输电线路的要求也就越来越高；然而，输电线路不可避免的会出现一些故障。输电线路一旦发生故障，轻则停电导致经济损失，重则引发安全事故。因此，对于输电线路的故障必须加以重视，一旦出现故障，就要快速消除输电线路的故障，这就需要一个具有监测和快速故障诊断的系统对输电线路进行监测与监管。

在这样的背景下，笔者通过对输电线路故障诊断系统的分析设计，以期从中能够找到合理有效的面向输电线路故障诊断系统的设计与应用方法，并以此和广大同行分享。

1 输电线路故障诊断技术应用现状

1.1 故障诊断系统概述

故障诊断就是利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障，而进一步确定故障所在大致部位的过程。系统故障诊断是对系统运行状态和异常情况做出判断，并根据诊断为系统故障恢复提供依据。要对系统进行故障诊断，首先必须对其进行检测，在发生系统故障时，对故障类型、故障部位及原因进行诊断，最终给出解决方案，实现故障恢复。故障诊断的主要任务有：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。

1.2 输电线路故障诊断技术应用现状

输电线路故障诊断技术目前主要是借助于专家系统实现输电线路故障的识别与诊断。专家系统也是目前应用最为广泛和成功的人工智能技术之一。借助于专家系统，提前将输电线路可能发生的各种类型的故障特征录入专家系统，然后对输电线路设定门槛值，一旦输电线路的特征值达到预先设定的门槛值，且某种逻辑关系成立，则系统判定为发生故障，并根据系统预先设定的故障码给出故障诊断结果，这就是专家系统实现故障诊断的基本原理。目前人工智能也发展出了其他分支，诸如模糊诊断、神经网络诊断等，相对于传统的单一的专家系统实现的输电线路故障诊断模式而言，人工智能技术实现的故障诊断技术显然具有更加广阔的应用前景。

2 输电线路故障诊断系统设计

（1）故障诊断系统的功能设计

① 智能的人机接口

人机接口用于实现用户和系统之间的数据交换，从而完成对诊断结果的交互。

② 多种推理机制

由于故障诊断不可能仅仅由某一个指标推断出是否发生故障及其故障信息，对于输电线路的故障往往存在着不确定性和模糊性，因此需要借助于多指标进行推断推理，所以需要设计多种推理机制。

③ 自学习能力

一套故障诊断系统必须要具备自学习能力，这主要是为了应付不断出现新的故障类型。通过智能系统的自学习能力可以自动对故障知识库中的知识进行调整和修改，以适应不断出现的新的故障类型。

（2）故障诊断系统的结构设计

结合上述要实现的功能，故障诊断系统的总体结构框架设计如图1所示。

图1 故障诊断系统的总体结构框图

①人机接口控制。人机接口提供了用户与计算机之间的对话机制。专家系统建成以后，最终的目的是要交给用户使用，如果用户界面的质量不高，使用起来不方便，就不能被用户接受。② 知识获取系统。知识获取系统是系统实现智能故障诊断的基础，并为故障诊断提供自学习的知识基础信息。由于现有技术的制约，大量的知识基础信息目前不可能跟随故障的发生自动生成，因此目前只能是依靠输入系统不断输入更新的故障基础信息。在故障基础信息的输入系统设计上，可以设计统一的故障诊断描述语言，以实现为不同层次的用户（领域专家知识工程师、设备维修人员等）提供统一的故障诊断知识语言。③ 诊断推理模块。诊断推理模块是实现故障智能诊断的模块，依靠人机接口或者故障基础信息输入系统输入的故障特征信息，结合知识库中的推理规则，智能化的推断出有关故障的诊断信息。对于推理机制的设计，主要依赖于知识库中对故障特征信息的知识化处理规则，不同的处理规则可以实现不同的推理机制，这依赖于设计人员所设计的算法。④ 自学习机制。自学习机制的设计，主要是为了不断适应输电线路系统可能出现的新的故障，结合已经存在于知识库中的故障诊断信息，需要自动地去学习和接受这种新出现的故障类型，并给出相应的故障诊断结果。自学习的信息来源于知识库已有的故障诊断类型和新故障类型的特征提取信息，并依靠推理模块推断出的结论进行存储和学习，从而在下一次同样故障出现时给出合理的诊断结果。

（3）故障信息的知识化处理、规则设计、模糊分析和神经网络是近几年来发展比较迅速的人工智能分析方法。对于输电线路故障信息的分析处理，可以不必像专家系统那样精确地根据故障信息判定故障类型，而是可以采集多种故障信息，根据事先编制好的模糊分析法则或是神经网络学习规则，一旦满足某几个法则或者学习的结论满足某个逻辑判定时，给出可信度较高的故障诊断结果，这就是模糊分析和神经网络智能分析处理故障信息的基本原理。而采用模糊分析和神经网络这样的方法对故障信息进行知识化梳理，最大的优势在于保留了故障特征信息的“真实面目”，采用多重判断法则提高了故障诊断的结果及其可信性，因此，在输电线路故障诊断系统中的故障信息的提取分析处理方法，应当优先发展模糊分析和神经网络等人工智能处理方法。

3 结 语

随着经济的发展，对于高质量电能的需求越来越大，输电线路一旦发生故障，其后果不堪设想，因此十分有必要对输电线路进行故障诊断技术及故障诊断系统的应用研究。本论文立足专家系统，从输电线路故障诊断技术的应用现状入手分析，论述了当前输电线路故障诊断技术应用中存在的不足，并有针对性探讨研究了输电线路故障诊断技术，分析了若干故障诊断过程中的关键应用技术。

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