蔡胜勇
（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004）
摘 要：文章基于SCADA/EMS（数据采集与监视控制系统）的工作原理与设计，将“水电设备故障诊断工作站”这个新模块嵌入SCADA/EMS系统，从而实现水电设备整体分布式在线监测与故障诊断，结果表明，这种做法可以充分利用SCADA/EMS系统已有的网络平台与数据资源实现资源共享，减少重复建设，节约投资，在水电设备故障诊断领域具有普遍适用性。
关键词：水电设备；故障诊断；专家系统
1.1 水电设备监测项目
通过状态监测旨在实现对水电设备各监测项目参数以及随着时间的变动各参数变动趋势等数据的收集、记录与分析，并对各类数据进行横向与纵向比较，并通过监测系统将分析比对结果加以显示、便于调用。如若所监测的结果超出合理范围系统便会实时作出预警，以便及时发现安全隐患所在。水电设备状态监测技术重点与难点在于在线式监测传感变送器的研制与运用，当前水电设备在线式监测传感变送器及其主要测试项目如表1所示。功能的工作站构成，“水电设备故障诊断工作站”这个新模块嵌入系统后，可以充分利用原有的系统资源，实现资源共享。在水电设备附近设置传感器及其他信息采集与处理模块，并通过SCADA网络上传所收集的监测数据并在监控中心进行数据综合处理，以实现水电设备运行状态的实施监控、故障诊断和处理。
2.2 系统结构
作为人工智能的重要分支，水电设备故障诊断专家系统通过运用业内有关专家的知识与经验，并结合系统自学习的特性优势，进行人类思维过程的模拟，对原本需
表1 水电设备在线式监测传感变送器的主要测试项目
主要设备测试项目变压器 绕组、铁芯温度的测量；油量、油位及油温的测量；绕组输入（出）电压、电流的测量；绝缘分解物测量；水电设备内部局部放电量测量；冷却系统监测电容型设备 三相不平衡电流的监测；电容量与介质损耗系数的监测高压断路器 合闸、分闸线圈通路（或时间）及电压、电流监测；超程监测；合闸、分闸弹簧状态监测；机械振动测试；操作次数记录GIS设备 SF6气体监测；开关电寿命测试；开关机械特性监测；局部放电情况监测避雷器 泄漏电流监测
1.2 水电设备状态监测的传统方法
当前所采用的水电设备监测的方式主要是定期停电的集中式预防方式，在此传统方式下，无论采用单台设备测试+手动记录，还是水电设备试验车+集成测试系统，均会出现故障漏报、早报、错报、试验成本高、断电延误生产等弊端，监测效率较低。
近年来，水电设备状态在线式监测与故障诊断系统逐渐开始应用，该系统包括信息收集、信号传送、数据处理、信息反馈等部分，上述部分分别由系统智能单元和监控室状态监控与故障诊断程序完成。在处理中，“数据处理”所包含的步骤与内容较多，必须辅之以人工智能等信息处理技术才能完成故障特征的提取与分类、故障诊断与处理等任务。加入人工智能后，使长距离连续在线监测成为可能，既能提供水电设备实时运行状态信息，也能对重要参数的动态加以分析，进行隐性故障是否存在等的判断，从而彻底实现了水电设备定期检修向状态检修的过渡。
2.1 系统概况
基于SCADA/EMS的水电设备故障诊断专家系统由SCADA数据传输信道、现场数据采集及网络平台等不同要专家才能解决的难题加以解析，具备这种诊断性质的专家系统适用于对经验性要求较强的水电设备故障诊断，在以往的水电设备故障诊断中缺乏数学模型和相关软件的应用，且从专家经验中较容易获取故障发生、运行规程及故障诊断等方面的原始数据，但是所得出的诊断结论往往数量有限，搜索空间相对狭小，大大降低了水电设备故障诊断环节的工作效率。
2.3 知识的获取与表达
水电设备故障诊断专家系统主要通过获取故障诊断相关知识，作为故障分析与推理的基础，所需获取与表达的知识的主要来源包括：通用水电设备预防性试验规程，水电设备现场运行与检修经验，水电设备故障诊断专家系统通过“自学习”所给出的主要结论。
在运行电压下，水电设备中的变压器油与油中固体绝缘材料会逐渐发生变质与裂解，进而产生少量低分子烃类气体后迅速溶解在油中；变压器存在隐性故障的情况下会加速烃类气体的产生，所以通过分析油中已经溶解气体的组分与含量便可推算出变压器是否存在隐性故障及故障程度。《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（GB/T7252-2001）对变压器故障类型及气体组分等进行了相关规定。
假设一组水电设备变压器油气试验的基础性数据已知，如表2所示，则水电设备故障诊断专家系统所给出的诊断结果置信程度如表3所示，系统最终给出的诊断结果为“过热+高温”，所以必须对变压器进行停运检修处理，以避免更严重安全事故的发生。
表2 变压器油气试验的基础性数据
表3 水电设备故障诊断专家系统诊断结果
故障 过热 放电 过热+放电 过热+低温 过热+高温 过热+中温0.67 0.859 -0.957 0 0.004 0.784 0.135
2.4 系统功能与流程
水电设备故障诊断主要实现以下目标：通过诊断判断故障是否存在，若存在则需判断故障的性质与部位，通过分析给出故障的合理解释与处理意见。基于上述目标，可将水电设备故障诊断专家系统的主要功能与运作流程进行设计，水电设备故障诊断系统运行后便进入自动诊断状态，在数据库中进行变压器状态监测数据的相关检索，并结合设备状态阶段性评估知识，对变压器运行工况下所可能存在的隐性故障进行监测诊断，并结合数据库中所能检索到的其他关联性数据，进一步进行故障的证实、原因分析及部位确定。通过“人机接口界面”将故障诊断结果向用户做出解释，并根据结果及解释进一步提出预警、减轻负荷、停运检修、正常运行等处理建议。
综上所述，通过将“水电设备故障诊断工作站”新模块嵌入水电设备故障诊断专家系统的做法切实可行，既充分利用了SCADA/EMS系统已有的网络平台资源，实现资源共享，又可以借鉴原系统已有的水电设备运行特性参数，大大降低诊断误差率，彻底实现水电设备故障的分布式在线监测与故障诊断。
参考文献：
[1]张孝远,周建中,王常青,等.考虑样本交叠的水电机组振动故障诊断[J].电力系统保护与控制,2012,40(3):8-14.
[2]朱传古,田桂岩,杨克,等.水电厂主设备分析诊断策略[J].水电自动化与大坝监测,2012,36(5):5-9.
[3]关洪华.水电站电气设备检修技术革新与运行维护[J].工程技术研究,2016,(6):31-32.
[4]林伟青.水电站厂房的设计探究[J].工程技术研究,2016,(5):245-246.
[5]徐伟忠.设备电气的维修与故障排除技术及方法探讨[J].南方农机,2015,46(7):73-74.
中图分类号：S219.033
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）11-0102-02
作者简介：蔡胜勇（1972-），男，高级工程师，研究方向：水电站机电设备安装技术工作。
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