（电气工程专业论文）盐城电网供配电设备故障诊断系统的研制和开发.pdf

摘要 摘要 本文针对盐城供电公司电力设备检修管理的现状，对原先开发的电网综合监测及自动预 警系统中的变配电设备故障综合诊断子模块进行了重新研制和开发，重新研制电力设备故障 诊断子系统的目的就是完善原有的故障诊断方法，充分利用现有的在线检测设备所提供的信 息，为快速实时和准确的进行故障诊断打下良好的基础。主要工作如下： ( 1 ) 系统所用的有关数据，包括静态数据( 如设备的铭牌数据，出厂试验参数等) 和动态数 据( 如在线检测数据，设备的各种预防性试验，历史维修记录等) 在采集或录入以后， 和电力部门内部的m i s 系统实现数据共享。 ( 2 ) 在系统界面中显示变电所主要设备的在线检测数据。 ( 3 ) 完善设备故障数据的分析功能。系统采用基于模糊综合评判的变压器故障模糊诊断法 进行变压器的故障诊断( 主要使用试验数据，比如油中色谱分析的数据) 。 ( 4 ) 对避雷器、电容器和其他设备主要采用在线数据给出基本的判断，再结合试验数据 进行综合分析。 关键词t 在线监测；故障诊断；状态检修# 模糊算法 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt oe l e c t r i c a le q u i p m e n tm a i n t e n a n c em a n a g e m e n ts t a t u si ny a n c h e n ge l e c t r i c p o w e rs u p p l yc o m p a n y ，f a u l tc o m p r e h e n s i v ed i a g n o s i s s u b - m o d u l ef u rt r a n s f o r m a t i o na n d d i s t r i b u t i o ne q u i p m e n ti sr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e da f r e s h , w h i c hi so fc o m p r e h e n s i v em o n i t o r i n g a n da u t o m a t i ce a r l yw a r n i n gs y s t e md e v e l o p e df o r m e r l y t h ep u r p o s ei st oi m p r o v et h ef o r m e r f a u l t d i s g n o s i sm e t h o d a n dm a k e f u l ll j s eo fi n f o r m a t i o ns u p p l i e d b y o n l i n e m o n i t o r i n g e q u i p m e n t i tw i l ll a yag o o df o u n d a t i o nf u rr e a l - t i m e p r o m p ta n da c c u r a t ef a u l td i s g n o s i s t h e m a i nw o r ka r ea sf u l l o w s ( 1 )s h a r i n gd a t au s e db yt h es y s t e mw i t hm i so fe l e c t r i cp o w e rd e p a r t m e n t ，i n c l u d i n g s t a t i cd a t a ( s u c ha sd a t af r o mn a m e p l a t ea n dd e l i v e r yt e s t ，e r e ) a n dd y n a m i cd a t a ( s u c h d a t af r o mo n l i n em o n i t o r i n ge q u i p m e n tp r e v e n t i v et e s ta n dm a i n t e n a n c e r c c o r d ，e t c ) ( 2 ) d i s p l a y i n go n l i n em o n i t o r i n gd a t ao fm a i ne q u i p m e n t so fs u b s t a t i o n i ns y s t e m i n t e r f a c e ( 3 )i m p r o v i n gf u n c t i o no fa n a l y z i n gd a t af r o mf a u l td i a g n o s i s f u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ni su s e di nt r a n s f o r m e rf a u l td i a g n o s i s ( t e s td a t as u c ha sf r o mo i l c h r o m a t o g r a p h i ca n a l y s i si sm a i n l yu s e d ) ( 4 ) m a k i n gb a s i cf a u l tj u d g m e n tb yo n l i n em o n i t o r i n gd a t af o ra n e s t e r , c a p a c i t o ra n d o t h e re q u i p m e n t s ，a n da n a l y z i n gc o m p r e h e n s i v e l yw i t ht e s td a t a k e y w o r d s ：o n f i n em o n i t o r i n g ；f a u rd i a g n o s i s ；c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ；f u z z ya l g o r i t h m i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生虢缸日期：一 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括干0 登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名f ；j 誓垒马一导师签名：虹日期：刍埠 东南大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 设备故障诊断系统研究的意义 随着国民经济的发展，电能在工农业等各方面的应用变的日益广泛和重要，电力系统 的安全性和可靠性成为了放在我们面前的紧迫问题。电力系统是由发电机、变压器、电力线 路，各种电气设备组成的，系统中各个设备的安全性与可靠性又决定了电力系统的安全性， 因此对电力设备的安全性与可靠性研究非常重要的。 电气设备由绝缘材料和导电、导磁材料及结构材料构成。绝缘材料大部分为有机材料， 绝缘纸、各种有机材料等。在运行中，由于受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，绝 缘材料容易老化劣化，造成设备故障，引起供电中断。设备绝缘结构的好坏，往往成为决定 整个电气设备寿命的关键所在，例如，在对1 l o k v 以及上的电力变压器的9 3 次事故原因进 行分析时发现，其中由于匝间绝缘、引线及对地绝缘、套管绝缘引起的各种事故分别占事故 总数的4 3 、2 3 、1 5 ；而因铁芯、分接开关等造成的非绝缘事故仅占2 0 以下。 定期预防性试验和维修已在电力部门形成制度，对减少和防止事故的发生起了很好的 作用。但是，预防性试验是在离线状态下进行的，有很多不足之处，具体表现在； 1 ) 需要停电检修，而不少重要的电力设备，轻易不能停止运行。 2 ) 停电后运行设备状态和运行中的不一致，影响判断准确性。 3 ) 由于是周期性的定期检查，绝缘仍有可能在试验间隔期间内发生故障， 4 ) 由于是定期检修，设备状态即使是良好时，按计划也要进行试验和维修，造成过 渡维修。 目前兴起的以状态监测( 通常是在线监测) 和故障诊断系统为基础的状态维修。其基 础原理如下：绝缘劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多数具有 一定的发展期。在这个期间内，会有各种前期的征兆，表现为电气、物理、化学等特性有少 量渐进的变化。随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感器技术的 发展，可以对电力设备进行在线状态监测，及时取得各种即使是很微弱的信息，对这些信息 进行处理和综合分析后，根据其数值的人小和变化趋势，可对绝缘的可靠性随时作出判断和 对绝缘余寿命作出预测，从而能及早发现潜伏的故障。必要时可提供预警或规定的操作。状 东南大学工程硕+ 学位论文 态监测( 在线监测) 与故障诊断技术的特点是可以对电力设备在运行的状态下进行连续或随 时监测与判断，可避免预防性试验的过渡维修、不能及时发现问题等缺点。 在线和离线试验并非对立，而是相辅相成。如在线监测中发现事故隐患后，必要时可 在离线状态下进行更为彻底的全面检查。采用状态监测与故障诊断技术后，可以使预防性维 修向预知性维修及状态维修过渡，从到期必修过渡到该修则修。 1 2 状态检测现状综述 状态监测的任务是要了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、 分析和判断方法，结合系统的历史和现状，考虑环节因素。对设备运行状态进行评估，判断 其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态做出报警，以使运行人员 及时加以处理，并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息、保存和积 累基础数据。 状态分析和故障诊断的任务是根据状态监测获得的信息，结合已知的结构特性、参数以 及环境条件，结合该设备的历史运行情况( 包括运行记录和曾发生过的故障和维修记录等) ， 对设备可能要发生的或已发生的故障进行预报和分析判断，确定故障的性质、类别、程度、 原因和部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障继续发展和消除故障的调 整、维护和治理的对策措施并加以实施，最终是设备恢复正常状态。 在线监测主要包括信号提取、中间变换和数据采集等过程。目前被使用的在线监测技术 和在线监测装置有： 1 ) 变压器：变压器油中气体在线监测装置，油浸变压器实时分析仪，在线油中分析 仪，变压器局部放电监测仪，声电局放监测仪等。 2 ) 断路器：g i s 局部放电超高频检测法，电磁结合法和静电法( 电气) ，局部放电 的振动法，声测法，以及光学化学诊断法。 3 ) 电缆：x l p e 电缆直流成分法，直流重叠法，在线培6 ( 介值损耗正切角) ，低 频法，超声波法等。 4 ) 避雷器：m o a 的带电监测阻性泄漏电流法的补偿法，谐波法，避雷器在线泄漏 电流监测。 5 ) 电容器设备：电容器设备数采用谐波分析法。 2 东南大学工程硕+ 学位论文 鉴于在线监测的复杂性和困难性，目前大部分在线监测设备的运行状况和监测的准 确性不是十分理想和成熟，所以，故障诊断的另一个重点就是如何监溺和测试技术取得 的数据进行分析、准确地判断出故障类型、原因和部位。人工智能技术是对信息的吸收 和加工处理，从代表性的简单数值计算发展到模拟人脑对不确定性的辨认、思考、预测、 优化和决策等方法。随着计算机技术的高速发展，智能技术也到了新的发展，形成了应 用广泛的智能计算，包括模糊算法、时序分析法和遗传算法等。这些智能算法和专家系 统、神经网络、自学习技术以及数理统计等常规的算法紧密结合、相互补充，在许多领 域的到了有益的成果。将人工智能技术与变压器的离线试验相结合对变压器进行故障诊 断，国内外许多专家学者做了许多有益的工作，也取得了许多成果。目前在这一领域运 用较多的智能技术有：专家系统、模糊数学、人工神经元、遗传算法等，其中模糊数学 的方向研究的比较活跃州1 7 1 【s j i ”。 1 3 本文所做的主要工作 2 0 0 2 年东南大学和盐城供电公司已经开发了电网综合监测及自动预警系统，其中电力 设备故障诊断系统是其中的主要部分，随着电网的不断发展和改造，系统已经不能满足设备 故障诊断的需要。重新研制电力设备故障诊断系统的目的就是完善原有的故障诊断方法，充 分利用现有的在线检测设备所提供的信息，为快速实时和准确的进行故障诊断打下良好的基 础。 整个研究工作的重点在于结合在线和离线( 试验) 数据建立系统的综合诊断模型，具 体工作如下： ( 1 ) 系统所用的有关数据，包括静态数据( 如设备的铭牌数据，出厂试验参数等) 和动 态数据( 如在线检测数据，设备的各种预防性试验，历史维修记录等) 在采集或 录入以后，和电力部门内部的m i s 系统实现数据共享。 ( 2 ) 在系统界面中显示变电所主要设备的在线检测数据。 ( 3 ) 完善设备故障数据的分析功能。系统采用基于模糊综合评判的变压器故障模糊诊断 法进行变压器的故障诊断( 主要使用试验数据，比如油中色谱分析的数据) 。 ( 4 ) 对避雷器、电容器和其他设备主要采用在线数据给出基本的判断，再结合试验数据 进行综合分析。 东南大学工程硕l 学位论文 第二章盐城电网设备故障诊断系统概要 2 1 原盐城电网综合监测及自动预警系统简介 “电网综合监测及自动预警系统”是综合自动化和管理信息系统( m i s ) 的重要组成部 分，这个系统主要包括气象云图系统、变配电设备状态监视及故障诊断系统。目前研制的少 部分的分散子系统，无法对电网的故障甚至灾难作出综合预测。日本东京电力公司建立的“中 央防灾情报系统装置”包括“防灾情报接收装置”、“自动通报雷装置”、“气象情报系统”， 无法对雷击点进行准确定位，无法了解运行电力设备的绝缘状态，无法预知环境污染对电力 设备的影响，系统的研制目的就是解决上述问题，指导电力设备的状态检修，系统的主要功 能见图2 1 。 图2 1 系统功能结构图 1 规程查询系统 该系统能提供各电力设备预防性试验规程的查询服务，包括变压器、电压互感器、电流 互感器、断路器、避雷器，而且能查看系统的使用帮助。 2 气象信息系统 4 东南人学t 程硕+ 学位论文 该系统通过卫星天线接收中央电视台发布的卫星云图，己使电力部门及时掌握气象环境 信息及发展趋势，这有利于电网的安全经济运行和事故的防范。提供大气环境信息，包括各 种气温( 日、月、年的最高、最低、年平均温度等) 数据及变化曲线；地区大风、降水、降 雪、台风、雷雨、冰雹、雾、寒潮、冻雨等开始时间和区域；高温、低温、雨季、连续阴雨 的起始时间显示，天气警报和天气报告等各种文字显示；指定时间内的雷电日、雷电小时、 落雷密度、雷电流幅值概率分布曲线。 3 变配电设备状态监视及故障诊断系统 该系统以离线和在线诊断相结合方法，通过分析历史数据、当前试验数据及在线数据来 判断变配电设备的运行状况，得出一定结论，为决策提供必要的依据。它包括： ( 1 )变压器状态监视故障诊断系统及在线检测装置。 ( 2 )电流互感器状态监视故障诊断系统及在线检测装置。 ( 3 ) 电压互感器状态监视故障诊断系统及在线检测装置。 ( 4 ) 断路器状态监视故障诊断系统及在线检测装置。 ( 5 ) 避雷器在线检测装置。 2 1 变配电设备状态故障诊断子系统研制的主要工作 随着城乡电网的不断发展，原先的“电网综合监测及自动预警系统”的变配电设备状态 监测子模块已不能适合故障诊断的需要，所以必需进行重新的设计和改造。其所做的主要工 作如下： 将先进的计算机技术、人工智能技术、通信技术应用于输变电系统的各主要电气 设备的状态监测，使电力部门实现设备检修由计划检修向状态检修转化，并实现 新的设备检修管理体制。 系统的诊断采用了在线数据和预防性试验数据相结合的方法进行综合诊断。例如 对于电力变压器，当在线数据发生异常时，采用模糊诊断等人工智能技术对预防 性试验( 油中气体) 的数据进行评定，使系统更加智能化、实用化，从而可以有 效地提高系统的诊断效能。 系统采用c s 和b s 结合体系结构，先进的j s p 编程技术，标准化的计算机程序 接口，充分实现系统与现有其它计算机系统的信息资源共享，从而使电力公司相 关部门能通过现有计算机网络系统浏览系统诊断结果。 东南大学_ 程硕士学位论文 2 3 变配电设备状态故障诊断子系统的硬件结构 系统的硬件结构见图2 2 。 黔鼐浆凰 虱 d 到 客叶机1客气机n。i “”检m i 藉苛； 析评估 策子系统 ：堪亘 j企业内 訇鱼 “。 蚕i 数据翩盼器 在线数据采集子系统 网 图2 2 系统硬件结构图 w e b 服务器负责企业内部的网络服务，包括网页的发布，新闻邮件等，同时将企业内 部的i n t r a n e t 网与外界的i n t e r n e t 网隔离开来。 数据库服务器负责存储企业内部各个部门以及其它自动化系统日常运行所需的数据。 这些数据可以通过w e b 服务器在网络中发布。 数据采集子系统实际上包括两个部分，一部分是已经投运的各类在线测量设备，如局部 放电量的在线测量，油中氢气的在线测量等，这类设备所测量到的数据可以通过网络白动的 存入数据库服务器当中；另一部分是试验工作人员的试验数据记录工作台，以供试验人员将 一些没有实现在线自动测量的数据，例如大部分的预防性试验数据以及设备的背景资料等 等，以手工输入的方式存储到数据库当中。 设备状态分析评估和故障模式分类子系统利用系统数据库提供的设备数据，根据知识 6 东南大学t 程硕十学位论文 库中的各类知识，对设备当前所处的健康状态，设备存在的故障隐患，设备状态的发展趋势 做出一个详尽的分析评估，在故障情况下，还可诊断山设备故障的类型和发生的部位。这一 子系统的分析结果可以提供给运行人员作为参考，同时，它也是制定设备维修策略的依据。 在设备状态分析评估和维修策略的制定子系统中，均预留了与操作人员进行交互的接口。操 作人员可以通过这些接口与评估程序和决策程序交互，根据实际情况添加一些规则，修改诊 断或决策的步骤，将人的判断决策加入到机器的智能决策中，提高判断和决策的可靠性。 客户机是用户的工作平台，用户可以通过它来对设备的数据、状态等进行查询，或是 启动服务器上的诊断程序，对设备的故障进行诊断并取得诊断结果。 其它的一些电力自动化系统通过与数据库服务器的交互或者直接通过与本系统的接e l 函数 来与本系统实现数据共享。这样，设备状态监视系统可以得到其它系统提供的有关设备数据 以提高诊断的准确性。其它系统也可以获取设备的状态或故障情况以调整自身的运行。 2 4 系统的软件 图2 3 是系统的数据流图。整个系统可以分为三个部分：开发维护部分、系统运行部 分和用户使用部分。 开发维护 系统运行 用户使用 图2 3 系统数据流图 客户通过统一的浏览器界面来使用本系统。系统运行的步骤可以描述如下： 1 ) 客户通过浏览器访问系统所在的站点； 7 东南大学t 程硕i ：学位论文 2 ) w e b 服务器受到用户访问请求后，启动服务程序，并将用户所需的网页发送给用户， 网页中所包含的j s p 程序同时被下载到客户机上运行； 3 ) 通过j s p 程序，用户可与系统进行交互，例如查看设备数据，运行故障诊断程序对 设备进行诊断等； 4 ) 如果用户要求查看设备数据，j s p 程序将用户要求通过s o c k e t 通讯发送给运行在w e b 服务器上的服务程序，服务程序将用户要求的数据从数据库服务器中取出，返回给 j s p 程序，j s p 程序将数据以表格或图形曲线的形式显示给用户；如果用户要求对设 备进行诊断，则w e b 服务器上的服务程序根据用户要求调用计算服务器上的诊断程 序对设备进行诊断，并将诊断的结果和维修建议意见返回给用户供用户参考。 2 5 系统的开发环境 为了实现设计目标，本文采用了以下开发工具 2 5 1 i b md b 2u d b 简介 i b md b 2u d b 是i b m 公司推出的通用数据库软件，现今得到了广泛应用，i b md b 2 数据 库使用户实现了对w e b 应用、关键数据资源以及传统应用等数据资源的集成。 从可扩展性、可用性和意外故障的角度来看，d b 2u d b ( 以及提供的其它d b m s 实现) 采 用的是“非共享”的解决方案。“非共享”在可扩展性方面具有明显的优势。 从性能的角度来看，d b 2 仍然具有领先优势。0 1 3 2 的优化器和静态s q l 的概念都具有明 显的优势。d b 2 优化器保持对应用程序完全透明，因此无需优化“提示”，甚至不允许使用 “提示”，优化器将在需要时重写接收到的查询。d b 2 还提供多个向导和其它的工具来简化 性能的调整。 日益提高的d b m s 的复杂性导致人们对极端高效的易管理解决方案( 其前景是d b m s 自治 管理) 的需求不断提高。在d b 2 以前的版本中已经解决了这个问题，并迸一步在版本7 内的 后续版本中继续增强。 i b m 将d b 2 定位于作为任何数据源的联合网关，不管这些数据是存储在d b 2 内部还是外 部。连接性是d b 2u d bv 7 2 很有说服力的特色之一，并将进一步得到加强。尤其是d b 2 优 化器集成了对异构数据源的支持。 d b 2 的安全概念采用的是握手的方法，利用相麻的操作系统和它的用户组的实现。 8 东南人学工程硕士学位论文 在标准化和集成方面，d b 2 具有相当大的优势。i b m 将自己定位在中间件提供商的位置， 鼓励与其它软件提供商建立战略联盟。这种方式使得d b 2 最近成为许多标准软件提供商的首 选开发平台。 2 5 2j s p 简介 j a v a s e r v e rp a g e s 技术可以让w e b 开发人员和设计人员非常容易的创建和维护动态网 页，特别是目前的商业系统。作为j a v a t m 技术的一部分，j s p 能够快速开发出基于w e b 、独 立于平台的应用程序。j s p 把用户界面从系统内容中分离开来，使得设计人员能够在不改变 底层动态内容的前提下改变整个网页布局。那么什么是j a v a s e r v e rp a g e 呢? 简单的说，一 个j s p 网页就是在h t m l 网页中包含了能够生成动态内容的可执行应用程序代码。此应用程 序可能包含j a v a b e a n l l i ，j d b c t m 对象，e n t e r p r i s ej a v ab e a n t m ( e j b ) 和r e m o t em e t h o d i n v o c a t i o n ( b m i ) 对象，所有的部分都可以非常容易的从j s p 网页上访问到。例如，一个 j s p 网页可以包含h t m l 代码所显示的静态文本和图像，也可以调用一个j d b c 对象来访问数 据库；当网页显示到用户界面上以后，它将包含静态h t m l 内容和从数据库中找到相应的动 态信息。 在j s p 网页中，要把用户界面和应用程序分开可以考虑在网页设计人员和开发人员之间 执行一个非常方便的授权任务。它也允许开发人员去建立灵活的代码，从而非常容易的进行 更新和重复利用。由于j s p 网页能够根据需要自动进行编译，w e b 设计人员无须重新编译应 用程序逻辑就可以改变表述代码。这也使得j s p 与j a v as e r v l e t ( 它是j a v a s e v e rp a g e s 功能的扩展) 相比成为一种可以更灵活生成动态w e b 内容的方法。 2 5 3e c l i p s e 简介 e c l i p s e 是一个开放源代码的软件开发项目，专注于为高度集成的工具开发提供一个全 功能的、具有商业品质的工业平台。它由e c l i p s e 项目、e c l i p s e 工具项目和e c l i p s e 技术 项目三个项目组成，每一个项目由一个项目管理委员会监督，并由它的项目章程管理。每一 个项目由其自身的子项目组成，并且使用c o m m o np u b l i cl i c e n s e ( c p l ) 版本1 0 许可协 议。 e c l i p s e 工具项目为不同的工具建造者提供一个焦点，以保证为e e li p s ep l a t f o r m 创 建最好的工具。e c l i p s e 工具项目的任务是为e c l i p s ep l a t f o r m 培育广泛的工具的创建。 9 东南人学t 程硕+ 学位论文 工具项目提供单一的联系点以调和开放源代码工具建造者，从而使得覆盖和重复最小化，并 保证共享的晟大化和共同组件的创建，促进不同类型1 = 具的无缝互操作。工具项目由工具开 发者委员会和工具项目的项目管理委员会提议，选择和开发的子项目组成。 e c l i p s e 技术项目的任务是为开放源代码开发者、研究者、学院和教育者提供新的管道， 以参与将来e c l i p s e 的演化。它按照研究、培育和教育三个项目流来组织，研究项目在 e c l i p s e 相关领域诸如编程语言、工具和开发环境方面进行探索和研究；培育项目是小型的、 未正式结构化的项目，为e c l i p s e 软件基础添加新的能力；教育项目聚焦于教育材料的开发、 教学帮助和课件。 e c l i p s ep l a t f o r m 是一个开放的可扩展的i d e 。e c l i p s ep l a t f o r m 提供建造块和构造 并运行集成软件开发工具的基础。e c l i p s ep l a t f o r m 允许工具建造者独立开发与他人工具 无缝集成的工具你无须分辨一个工具功能在哪里结束，而另一个工具功能在哪里开始。 e c l i p s es i ) k ( 软件开发者包) 是3 个e c l i p s e 项目的子项目( p l a t f o r m 、j d t 、p d e ) 所生产的组件合并，它们可以一次下载。这些部分在一起提供了一个具有丰富特性的开发环 境，允许开发者有效地建造可以无缝集成到e c l i p s ep l a t f o r m 中的工具。e c l i p s es d k 由 e c l i p s e 项目生产的工具和来自其它开放源代码的第三方软件组合而成。e c l i p s e 项目生产 的软件以c p l 发布，第三方组件有各自自身的许可协议。 2 5 4j b o s s 简介 j b o s s 是一个运行e j b 的j 2 e e 应用服务器。它是开放源代码的项目，遵循最新的j 2 e e 规范。从j b o s s 项目开始至今，它已经从一个e j b 容器发展成为一个基于的j 2 e e 的一个w e b 操作系统( o p e r a t i n gs y s t e mf o rw e b ) ，它体现了j 2 e e 规范中最新的技术。 e n t e r p r i s ej a v a b e a n ( e j b ) 规范定义了开发和部署基于事务性、分布式对象应用程序 的服务器端软件组件的体系结构。企业组织可以构建它们自己的组件，或从第三方供应商购 买组件。这些服务器端组件称作e n t e r p r i s eb e a n ，它们是e n t e r p r i s ej a v a b e a n 容器中 驻留的分布式对象，为分布在网络中的客户机提供远程服务。 j b o s s 应用服务器还具有许多优秀的特质： 夺 它将具有革命性的删x 微内核服务作为其总线结构。 夺它本身就是面向服务的架构( s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 。 夺 它还具有统一的类装载器，从而能够实现应用的热部署和热卸载能力。 l o 东南大学t 程硕士学位论文 主要的j b o s s 模块： 1 j b o s se j b 容器是j b o s s 服务器的核心实现。它有两个特性，第一是在运行期产生e j b 对象的s t u b 和s k e l e t o n 类，第二是支持热部署。 2 j b o s s n s 是j b o s s 命名服务用来定位对象和资源。它实现了j n d ij 2 e e 规范。 3 j b o s s t x 是由j t a j t s 支持的交易管理控制。 4 部署服务支持e j b ( j a r ) 、w e b 应用文档( w a r ) 和企业级应用文档( e a r s ) 的部署。它会 时刻关心j 2 e e 应用的u r l 情况，一旦它们被改变或出现的时候将自动部署。 5 j b o s s m o 使j a v a 消息规范( j m s ) 的实现。 6 j b o s s s x 支持基于j a a s 的或不支持j a g s 机制的安全实现。 7 j b o s s c x 实现了部分j c a 的功能。j c a 制订了j 2 e e 应用组件如何访问基于连接的资源。 8 e b 服务器支持w e b 容器和s e r v l e t 引擎。j b 0 $ s2 4 x 版本支持t o m c a t4 o 1 ，t o m c a t 3 2 3 和j e t t y3 x 服务。 2 6 故障诊断子系统总体结构 东南大学工程硕士学位论文 图2 4 变配电设备状态监视及故障诊断系统总体结构图 故障诊断系统的总体结构见图2 , 4 。由图中可以看出，系统所_ h j 到的有关设备数据，包 括静态数据( 如设备的铭牌数据，出厂试验参数等) 和动态数据( 如设备的在线状态监测数 据，设备的各种预防性试验，历史修理记录等) 在采集或是录入以后，通过电力部门内部已 有的m i s 系统或是内部局域网络传输到系统设备信息数据库中。这些数据一方面被设备管 理子系统利用，用来向运行人员提供设备背景报告和其它各种设备统计资料以外，还输送到 设备状态分析评估和故障模式分类子系统，_ f j 于设备状态的分析和故障诊断。 2 7 故障诊断子系统诊断流程图 历史资辑 图2 5 电气设备状态监测系统诊断流程图 系统的总体结构如图2 5 所示。从图中可以看出，系统主要包括以下几个部分： 设备状态评估器利用在线测量的数据对设各当前状态的好坏进行评估。 设备故障分类器利用油中各主要气体的含量对可能故障的性质进行区分。 设备故障诊断和定位子系统利用预防性试验数据以及设备的背景信息确定故障的 类型和可能发生故障的部位。 系统所用到的数据有： 在线数据 东南大学工程硕 ：学位论文 包括油中氢气含晕、局部放电量和介质损耗因数。在线数据被状态评估器用于 实时地估计设备的当前状态， 油中气体含量及气体产气速率 主要是色谱试验所测得的油中h 2 、c h 4 、c 2 h 6 、c 2 h 4 、c 2 h 2 、c o 和c 0 2 的含量及产气速率。这些数据被故障分类器用来对故障的性质进行区分。 预防性试验结果 预防性试验的结果是确定变压器故障类型和位置的最主要的数据。本系统中， 这些数据被故障诊断系统用来进行故障诊断。 设备背景信息 例如设备的电压等级、出厂日期、安装位置、投运时间等等。这些背景资料也 是专家系统在进行故障诊断时所要参考的数据。 系统的输出信息是设备当前的状态或存在的故障以及相应的处理办法。 东南大学t 程硕+ 学位论文 第三章供配电设备故障诊断原理 3 1 盐城供电公司在线检测设备使用的状况 2 0 0 0 年公司在2 2 0 k v 新城变的主变、p t ，c t 上装设了安徽马鞍山电力科技开发公司生 产的绝缘在线监测设备配置，但监测设备的泄漏电流和绝缘、效果不理想，不能真实提供监 测参数，有时误报警，目前已退出运行，2 0 0 5 年6 月在东台红光变# l 主变上安装了上海思 源生产的变压器油色谱在线监测，运行情况良好。 目前在线监测设备按照类别有：监测电容型设备的介质损及电容、监测金属氧化物避雷 器( m o a ) 、测油中溶解气体，具体的见表3 1 表3 1 在线监测设备配置及运行总体情况 设备类型设备型式产地运行情况 监测电容型设备的 固定式便携式 进口国产正常 不正常 已退 介损及电容 出 2， 1 l 监测金属氧化物避仅全电流 全电流及 进口 国产 正常不正常 已退 雷器( m o a ) 阻性电流 出 j， 7 3 6 仅h 2 、c o监测各组 进口国产正常不正常 已退 监测油中溶解气体读数分含量 l 油断路器s f 6 断路器进口国产正常不正常 已退 监测断路器特性 出 进口国产正常不正常 已退 监测变压器分接开关特性出 注上表中填写内容为台数 3 2 变压器 变压器在发生故障以前，在屯、热效应的作用下，其内部会分解出多种气体。油中溶解 气体通过定性、定量分析溶于变压器汕中的气体分成，诊断出变压器的潜伏性故障，导致变 1 4 东南大学工程硕士学位论文 压器内部析出气体的主要原因是过热、局部放电和电弧等。产生的气体主要有氢气、烃类气 体( 甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯等) 、一氧化碳、二氧化碳等。 油中溶解气体在线监测与室内的气相色谱分析比较起来有很大不同。它不能取代气相色 谱分析，归纳起来有如下特点 ( 1 ) 在线监测要求仪器的可靠性高，能长期稳定的运行，原则上不允许出现误报警或 漏报警。在线监测仪必须有足够氏的定期周期和年数以上的使用寿命，这比对室内的或便携 式仪器的要求严格很多。 ( 2 ) 油中溶解气体在线监测仪必须尽可能在靠近油流动的地方安装，使变压器内部因 故障产生的气体尽快地到达检测器被检测否则，故障可能会延时几天后才能被检测器检测 到，使测试的结果失去了及时性和准确性。 ( 3 ) 在线检测的诊断方法。在线检测是运行中的初期阶段，当监测仪出现报警时，应 立即取油样进行色谱分析，以确认故障是否存在。并进一步判断故障的类型及严重程度。另 一方面，变压器在一开始运行就或多或少的含有一定的可燃气体，。随着时间的最早在增长， 可燃气体的含量会逐渐增加，监测设备内部故障主要是依据气体的增长而不是气体含量的绝 对值，故对于运行年限不同的变压器，其初期可燃气体的含量不同，因而可有不同的报警水 准。 总之，油中溶解气体的在线监测作为一个重要的手段是无可厚非的，它可以提供设备故 障的初步信息，发现有怀疑的设备后再进一步利用色谱分析等方法进行二次诊断，因此它不 能完全替代现有的色谱分析等试验手段。 3 2 1 油中溶解气体色谱分析法( d g a 法) ( i )i e c 三比值法 在s d l 8 7 8 6 变压器油中溶解气体分析判断方法导则中推荐采用五种特征气体的 三比值作为判断故障的主要方法，称为i e c 三比值法。表3 1 和3 2 是编码规则以及典型的 编码组合及故障判断的三比值。 东南大学工程硕i ：学位论文 表3 1i e c 三比值的编码规则 特征气体的比值比值编码范围 c 2 h 2 c 2 mc h ，h 2c z 1 4 c 2 ( 0 1olo 0 1 l1 o 0 l 0l2l 3222 表3 2 判断故障性质的i e c 三比值法 序故障性质比值编码范嗣 号 c 2 h 2 ，c 2 l c h 4 h 2c 2 h 4 ，c 2 l b l 无故障 000 2 低能量密度的局部放电 olo 3 高能量密度局部放电 l1o 4 低能量放电l - 201 2 5 高能量放电 l02 6 低于1 5 0 度的热故障 ool 7 1 5 0 3 0 0 度低温范围内的热故障 o20 8 3 0 0 7 0 0 度低温范闱内的热故障 02l 9 高于7 0 0 度低温范围内的热故障o22 ( 2 ) 罗杰斯四比值法 罗杰斯四比值是用溶气浓度的四组比值来构成一组代码，据以确定故障的性质，罗杰 斯四比值法建议诊断极限如表3 3 所示。 1 6 东南大学工程硕l ：学位论文 表3 3 罗杰斯比值法建议的诊断极限 x l ：c h 4 h 2 x 2 ：c 2 h 6 c h 4x 3 ：c 2 h 4 c 2 h 6x 4 ：c 2 h 2 c 2 h 4故障诊断 ( 0 i ，i 0 ) 0 ，i 0 ) 0 ，i 0 ) 0 0 5 )v l ：止常 0 ，0 1 0 ，1 0 ) o ，i 0 ) 0 ，o 5 )v 2 ：局部放电一电 量 o ，o 1 o 。1 0 ) 0 。1 o ) 0 5 。3 o )v 3 ：局部放电一电 晕( 爬电痕迹) ( 0 1 ，i 0 ) 0 ，i 0 )( 3 0 。+ o o ) 3 0 ，+ 0 0 )v 4 ：连续的放电 故障 ( 0 i 。1 o ) o ，i 0 ) i 0 ，3 o ) 0 5 。3 o )v 5 ：电弧放电一贯 穿性放电 ( 0 1 1 0 ) 0 ，1 0 ) o 1 0 ) 0 5 ，3 0 ) v 6 ：电弧放电一 无贯穿性放电 1 0 。+ 0 0 ) 0 。1 0 ) 0 。1 0 ) o ，0 5 )v 7 ：低温过热( 1 5 0 ) 1 0 ，+ 0 0 1 0 ，+ o o ) 0 ，1 0 ) o 。0 5 ) v 8 ：1 5 0 2 0 0 过热 ( 0 1 。1 0 ) 1 0 ，+ 0 0 ) 0 ，1 0 ) 0 ，0 5 ) v 9 ：2 0 0 3 0 0 过热 ( 0 1 ，i 0 ) i 0 ，+ 0 0 ) i 0 3 0 ) o ，0 5 )v l o ：裸金属过热 i 0 ，3 0 ) 0 ，i 0 ) 1 0 ，3 0 ) 0 。0 5 )v l i ：线圈有环流 i 0 ，3 0 ) 0 1 0 ) 3 0 ，+ 0 0 ) 0 ，0 5 )v 1 2 ：铁芯和箱壳 有环流或接头过 负荷 和i e c 三比值相比，对故障的分类更为详细，但存在判据缺损的问题，举例如下”1 ： 例1 ：当0 i c h 4 h 2 i 0 ，c 2 h 6 c h 4 = 1 0 ，c 2 h 4 c 2 h 6 = i 0 ，c 2 h 2 c 2 h 4 o 5 时，则很难 确切判断故障类别是2 0 0 3 0 0 c 过热，还是裸金属过热。 例2 ：当0 i c h 4 h 2 i 0 ，c 2 h 6 c h 4 i 0 ，c 2 h 4 c 2 h 6 = 3 0 ，0 5 c 2 h 2 c 2 h 4 3 0 时，是 否仍可判断故障类别是电弧放电一贯穿性放电。 例3 ：当i o c h 4 h 2 3 0 ，c 2 h 6 c h 4 = i 0 ，c 2 h 4 c 2 h 6 = 3 0 ，c 2 h 2 c 2 h 4 o 5 时，则很难 确切判断故障类别是线圈有环流，还是铁芯和箱壳有环流或接头过负荷。 3 1 2 基于罗杰斯比值法的模糊故障诊断8 】 1 9 6 5 年美国的扎里( l a z a d e h ) 教授第一次提出了研究事物模糊性问题，并且提出 了把模糊子集的概念作为刻画模糊事物的基本数学模型，为模糊数学奠定了基础。模糊数学 1 7 东南大学工程硕上学位论文 把数学从二值逻辑的基础上转移到连续逻辑上来，把绝对“是”、“非”变成更加灵活的东西， 在适当的限阈上去相对地划分“是”、“非”。利用模糊数学可以在一定程度上接近和模拟有 经验的专家处理问题的能力。模糊数学从一提出就发展的非常快，在人工智能、模式识别、 自动控制、故障诊断和软科学领域取得了许多种要的成果。 所谓模糊综合评判，就是通过建立现象子集( 因素集) 和评价集，进而构造转换矩阵及其 权重矩阵，最后采用总分法进行初级模糊综合评判或二级模糊综合评判，得山最终评判结果。 依据罗杰斯比值法中给出的比值与变压器故障类别之间的定量关系，建立模糊现象子集相对 于不同故障类别的隶属函数，从而进行故障类别的模糊综合评判。具体如下： ( 1 ) 现象子集( 冈素集) 和评价集的建立 利用油中气体比值建立现象子集( ，= 伽l ，“2 ，“。) ，其中“，分别为气体比值c h 4 t 2 、 c 2 h 6 c h 4 、c 2 h 4 c 2 h 6 、c 2 h 2 c 2 h 4 评价集元素v = v i ，”2 ，v 。) ，其中v ，分别表示故障 类别，如表3 3 中所示。 ( 2 ) 转换矩阵和权重矩阵的建立 转换矩阵的内容实质上就是现象子集“，相对于故障类别v ，的隶属函数心权重的定义， 主要为了解决现象子集“，相对于故障类别v j 出现临界比值的情况，利用现象子集“。的论域 参数置的倒数定义为权重口p ，则可进一步反映函数以相对于故障类别v 的贴近度- 定义 如下： 在故障类别。中，现象子集封，的论域参数置以( 盯? 1 ，西2 ) 给出，则鳓( x ，) 采用正态型分布函数。 u 。( 置) = 唧卜c 罴等门 眶弘吒” 卅c 号器产门吒”销订 伊- ， 唧【_ (