断路器故障诊断专家系统研究

现 ， 设计 的故障诊 断专 家 系统 由于 推理 过程 复 杂 、 所 用时
较长 ， 以用于小 型 ＣＰ 如 单片机 、 Ｐ等所 设计的本 体 难 Ｕ ＤＳ 在 线诊 断系统 ， 不过 这可 以通 过变 电所 的所 有断路 器监 测 组 网、 主控室 集中深层诊断来解 决。 ［ 考 文 献］ 参
点 ｃ处于 “ ” ， 分 位 ｄ处于 “ ” 。当控制 室发 出合闸 信号 合 位 时， 由于 ｙ ６触 点处 于 “ 位 ， 线 圈上 电 ， 合” ｎ触点 闭合 ， 从 而给合 闸线圈 ｃ ｃ上电 ， 产生合 闸线圈 电流 ； 当合闸电磁
作， 对断路器 进行检修和 维护必 不可少 。
ｖ／ 擦脚 数 、 点电流参数 ，并由触点状态转换信号计算分闸操作 ３
故障时 ， 线圈电流低于正常值 ， 器操 作时间也较正常 状 同时 况加长 。如上所述 ， 以信号方式输 入专家 系统诊 断 ， 与 此时 ， ，厶 ｔ相关的规 则激活 ，同时 发现 电流 Ａ ２ ， ，， ． Ｂ段斜 率低于
分
助 触点 ｃ打开 辅助触 点 ｄ 这样 就使 线圈 ｙ上 电 ， 、 ， 其所有
的触 点状态 发生改 变 ； ｙ上 电一 直维持 至 合闸 触发信 号消 Ｕ 失， 合闸 过程结束 。这里线 圈 ｙ的作用 就是防止合 闸线 圈 二 次上 电 ， 使在 一次合 闸信 号 内合闸 线圈 上 电一次 ， 这就
装 后是不 可更改 ； 专家 知识 库可 以存储 断路 器故 障诊 断专
中间一 层为检测 信号 ， 、 上 下两层 为各 种故障 ， 线关 系表 连 明 该信 号可 以从 某一方 面反映故 障 ， 同故 障可 能对应 不 不
同的特征 参数 。
家 根据 经验所 总结 的诊 断规 则 ， 它是 可 以通 过人机 接 口人 工添加 的 ； 自动 更新知 识 库由 系统根 据一 系列更新 规 则 自 动 添加或 删除 的 ， 主要 存储 系统 根据 不同断 路器历 次 的输 入信 息所 做 出的趋 势分析 等 ，可用 作下次诊 断 的参 考 ， 它 对于 一些缓 变故障 的预测 比较有效 。
专 题研 究
［ 文章编号 ］ｏ２—０ ２ （０ ２ ０ —０６ 一ｏ １ｏ ６４２１）１ ０８ ３
东北水 利水 电
２１ ０ ２年第 １ 期
断路器故障诊断专家系统研究
白 丽 １， 晓 光 ２ 胡
（． １ 中水东北 勘测设计研究有限责任公司， 吉林 长春 １０２ ；． ３ ０１２北京航空航天大学 ， 北京 １０９ ） ０１ １
１ 断 路 器运 行 分 析
断路 器 的操 作是通 过 其本 身 的 ２个 部分 的控制 电路 来 完成 的 ， 合 闸控 制 电路和 分 闸控 制 电路 ， 即 其简 化 电路
如图 １ 所示 。
合
Ｌ
铁 能 量达 到一定 程度时铁 芯被推 出线圈 ， 压缩弹 簧释放 使
能量 ， 闭合主触头 ； 主触 头一 旦 闭合 ， 构就 会同时 闭合辅 机
ｌ １ Ａ． Ｐ ｌｃｒｏ ， Ｓ ｏ ｅ ｌＥ ｅ ｔｔ ｎ ｎ ｈ ｐ ｊ Ａ． ｏｙ ￣ｐ ｕ Ａ． ｏ ｍ ｔａ， ｖ ｎ ｉ ｇａ ｄｓａ ｅ ｍｉ
滑不 充分 ， 并给 出报 警 信息 ： 再经 ２ 操作 后 可能 有拒 分 次
护现状 的基础上 给出合理的检修 建议 。不过 同时也可 以发
操作 信号 ， 经过 规则 判断发现 ： 时刻 后移超 过 设定 阈值 。 ｔ 。 与 ｆ 关规 则被 激 活 ， ． 相 经规 则判 断 与趋 势分 析 ， 结果 是不 能 导致故 障 。 输入 第三次操 作信号时 ， 输 出结果 。 在 系统 与 “相关 的规则 再次 被激 活 ， 继续 处理 后发现 线 圈耗 能增加
终 的决 策报 告与检修建议 中。 根 据 ＩＥ Ｅ Ｅ建议报 告及 断路器维 护人 员经验 ，设计断 路 器故障 ／ 检测信 号对应关 系 ， 部分 对应关 系如 图 ４ 。图 中
针对 目前 断路 测试 、 修的 现状 ， 检 设计 了一 个基 于 规 则的断 路器故 障诊 断专 家 系统 ， 中包括 的规 则主 要来 源 其 于断路 器检 修人 员经 验与 ＩＥ Ｅ Ｅ所 建议 的断路 器故 障诊 断 规则 。专家 系统 的核 心是 推理机 构 ， 主要 包括数 据库 和 它 推理 引擎 ， 据库 主要 用来保 存用 于断 路器 故障诊 断 的各 数 种规 则信 息和历 史数 据 。推理 机构 根据诊 断规 则 ， 出输 找 入信 息与故 障信息间 的对 应关系 。其 中数据 库由三 部分组 成： 原始 知识 库 主要 用 来存 储 断路 器诊 断 基本 信 息 ， 断 如 路 器安装 使用 说明 中所规 定 的限值 信息 等 ， 这一 部分 在安
状 的 基 础 上 给 出合 理 的检 修 建 议 。
［ 关键词 ］断路 器 ； 故障 ； 圈电流 ； 线 专家 系统 ［ 中图分类号］Ｔ ｖ 断路 器作为 电力 系统 中重要 的设 备 ， 它担 负着开 断系 ［ 文献标识码 ］ Ａ 电 ， 生分 闸线圈 电流 ， 产 分闸 电磁铁蓄能 。当能 量到达 一定 程度 时铁 芯被 推 出线圈 ， 使维 持蓄 能的 掣子 动作 ， 缩弹 压 簧释 放能量 以驱 动其 它机构分 开主触 头 ； 断路 器主触 头一 旦 打开 ， 辅助触 点 Ｃ ｄ随之 改变状 态 ， ， 分闸 线圈去 电 ， 分闸
是 ｔ时 刻后移 。 利用信号 方式依次将 ３次操作 信号输 入专 家 系统 。 第一次操 作信 号 ， 对 系统 输 出表示正常 ； 第二次 对
１
１
０
Ｏ
分析 了断路 器操 作 线圈 电流的 特性 及 其在 断路 器故 障诊 断中的应用 ， 门就 操作线 圈电流信 号和 触点状 态信 号 并专 设计一实 用的故障诊 断专家 系统 。经试验验 证 ， 专家 系 该 统可 以准 确地诊断 出断路 器多种 故障 ， 并在 目前断 路器 维
正常 ， 电流扰动有所增加； 趋势分析认为这是偶然状况， 不
能预测 。综合分析 后 ， 系统得 出结果 ： 分闸线 圈阻抗增加 。
５ 结 语
该 文在 详细介绍断 路器 分 、合 闸操作过 程的 基础上 ，
时 间 。 ５６ ２ 次分闸操 Ｏ 电流信号和 触点状 态转 图 为连续 ３ ８ ４ 作的 换信 号 ， 从图 中可以发现 ， 断路 器操 作时 间逐 渐增长 ， 尤其
统 结构 ， 以实 现安排 各种负 载 网络 配置 的任 务 ； 同时 ， 路 断
器还用于 隔离 系统故 障部分 ， 减小 部分故 障对 电网带 来的
影响 。如此 重要的 作用就 要求断 路器 实时准 备操作 ， 任何
操作失误都 可能带 来严重的 后果 。为了避 免断 路器的误操
操作 完成 ， 断路器准备合 闸操作 。 因而在分 闸状态 ， 辅助接
器故障的原因。
图 １ 断路器控 制电路简化 图
断路器分闸控制 电路主要包括 ： 分闸线圈 和辅助触 点 ｃ图中其余的部分即为合闸控制电路。 ，
当断路 器 处于 “ ” 合 状态 时 ， 有 的 ｃ触 点处 于 “ ” 所 合
２ 电流信 号及 故 障分 析
一
般 情况 下 ， 圈电流波形可 以反映的状态 有铁芯行 线
程 ， 芯卡滞 ， 铁 线圈 状态（ 如是否有短路 匝 ） 与铁芯 顶杆连 ， 接的铁ｆ ｑ和阀门 的状态 ， 合分 线圈的辅 助接点状 况与转 换
位 。控制室给 控制 电路发分 闸动作信 号 ，分 闸线圈 上
・ห้องสมุดไป่ตู้
６ ・ ８
铁芯停 止运 动 ， 始由机 构通 过传 动 系统带 动动 触头开 始 开
超 过设定 阈值 ２１ 纹 波系数 低于 上次操 作 ； ．％， 同时 发现分 闸操作时 间比 上次操作 增加 ２５Ｉ 。 势分析 单元得 出结 ．ｌ 趋 ｌ ｓ 论： 最近 连 续两 次线 圈耗能 增加 ， 别 为 １５ １４ ｔ时 分 ． ％、 ．％， ． 刻后移分 别为 １９ ３３娜 。综合 决策 部分 据此 判断机构 润 ．， ．
［ 要 】文章 分析 了高压断路 器的操 作过程 ，并根 据其操作特性提 取隐合在 线圈电流和触点 摘 状 态 中的 有效信 息 ； 在找 出特 征参数 与 断路 器状 态对应 关 系的基 础上 ， 计 了基 于规 则的 断 设
路 器故障诊 断专家 系统 ； 以锁 勾润 滑不足 、 闸线圈故障 两种故障 为实例 ， 分 分析 专家 系统的推 理过程 。经试验验证 ， 专 家系统 可以准确地诊 断出断路 器 多种故 障 ， 该 并在 目前断路 器维护现
３ ０
４ ０
５ ０
时间／ ｍｓ
图 ６ 断路器分 闸操作信 号（ 曲线正 常 ） 上
断 路 器分 闸锁勾 润滑 不足是 断路 器运 行 中经常 会 出 现 的一 种故 障 ， 它是一 种缓 变故 障 ， 如果 不能在 其 发 展 但 过 程 中及 时的 检测 出来并做 出相应 的处理 ， 其结果 会导 致 断 路器 出现拒分 的恶性 故障 。 这种故障 可以通过 对分 闸线 圈电流信 号与 触点转换 时间的分 析检测 出来 。 先信 号预 首 处理 部分 从 此 次操作 的 线 圈电流 信号 中提 取 ５ 时 间参 点
是所 谓的“ 反泵” 。
在 断路 器的每次分 合过程 中 ， 铁心 的任 何运 动细节 都
会 引起 操作线 圈电流的 变化 ； 同时 ， 铁芯 、 线圈及其它相 关 机 构如锁勾 、连杆等 的运 行状 态也可由操作线圈 电流信 号 反映 出来 ，这也 是多年来利用操作线圈 电流信 号诊 断断路
可 以反映 电磁铁 动铁 芯 的速度 信 息 ， 这三 点 电流 量也 可 以 作 为分析动作 的 参考 。
３ 专 家 系统 设 计
３１ 推 理 机 构 与 诊 断 原 理 ．
更复杂 的推 理使用 。处于 推理 过程 中间 的规 则一般 只输 出 中间结 果 ，但对于某故 障敏 感规则的输 出也可以反映到最
３２ 一 般 推 理 规 则 ．
数据 库 中的每 条诊断 规则 解释 一个 用于 决策过 程的 知识框 架 。规 则都使 用 Ｉ— Ｈ Ｎ 表达 ， ＦＴ Ｅ 其中 Ｉ Ｆ部分叫做 前提 ， ＨＥ 叫推理 。前提部分指定一 系列的标准 ， Ｔ Ｎ 只有满 足了标准 ， 该条规 则才能被 激活 。规则 激活后 ， 推理 中的处 理程序才能 被执行 。一条推理 可能给 出断路 器状态的最终 诊断结果 ， 也可 能只是得出一个 中间 结果 ， 以被其他规则或
图 ３ 推 理 引 擎
分闸 ， ｔ 段时 间曲线 的变化反 应了 电磁 铁铁 芯运 动是 ｔ 广 这 否有 卡制 、 脱扣 、 释能 机械 负载 变 动等 的情况 ； 时 刻 断路 ￡ ，
器辅 助 接 点切 断 ， “阶 段 电流 达到 近似 的 稳态 ； 时 刻 ｔ 广 ｔ ４ 辅助 开关 开断 ， 此时刻 之后 电流迅速 减小 。同时 日点电流 可 以反映 电源 电压 ， 电流 可以反映 线圈 电阻 ， 点 电流 ｃ点 Ｄ
图 ４ 断路器故障／ 检测信 号对应关 系图
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６ ・ ９
专 题研 究
东北 水 利水 电
２１ ０２年第 １ 期
推理过程 使用 ｃ ＋ｂｆｅ实 现 ，并设计 较好 的人机 ＋ ｕｄｒ ｌ
界面。 推理规则做成模块 ， 供推理过程调用。 专家系统有参 数输入和信号输入两种输入方式 ， 前者输入已经提取出来
的参数 ； 后者 直接 以文 本文件 方式输 入信 号 。下面 以两种
典型的故障 ： 分闸锁勾润滑不足 、 分闸线圈故障， 来解释专
家 系统 的推理过 程 。
．
：
．
Ｖ
．
．
．
＼ ＼
：
４ 实 际 应 用分 析
４１ 分 闸锁勾 润滑不足故 障 ．
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１ ０
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