真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統的製作方法

2023-12-01 09:13:46

專利名稱：：真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，具體是電網中基於專家系統的真空滅弧室真空度測量和壽命管理的方法。
背景技術：
：目前電網中真空滅弧室在生產過程中有可靠的真空度測量方法，因此產品出廠參數是可信的，但這些測量方法不能用於出廠後的產品。出廠後真空度的準確測量一直是個問題。包括申請者在內的國內外研究者，都曾致力於已經安裝在開關櫃中的真空滅弧室真空度監測的研究，測量網上滅弧室真空度的方法主要有脈衝磁控放電法、波克爾電光轉換法、屏蔽罩電位法、放電聲發射法、雙波紋管法、冷陰極真空規管法和發射電流衰減速度法等等。這些方法可以分為在線監測和"在網上測量"兩大類第一類是在線監測，就是測量裝置處於常開狀態，時時測量並顯示測量數據，測量裝置是常開狀態；第二類是在網上測量，就是不需要從開關櫃內拆卸真空滅弧室而能夠測量其真空度，測量裝置是常閉狀態，對電網可靠性影響較小。CN97241647.1公開了一種真空滅弧室真空度的免拆卸測量裝置，主要由一種矽鋼片疊裝成型的"C"形鐵芯，在外面套上繞制的線圈，置於真空滅弧室一側的無障礙空間中，實現滅弧室真空度的免拆卸測量目的。CN200810123365.8公開了一種真空滅弧室真空度在線檢測方法，在滅弧室外部充滿SF6氣體作為外絕緣氣體，且在外絕緣氣體中混合有515%重量的氦氣作為標示氣體，通過檢測真空管中的氦氣來檢測真空度，一旦真空管發生洩漏，就可在真空管中測到該氣體的存在。本申請者在2009年的第六屆模糊系統和知識發現國際會議上發表的論文《A卯licationoffuzzyneuralnetworkstovacuumlevelmeasuring》中，提出了基於模糊神經網絡判斷測量傳感器是否失效的方法。第一類的在線真空度監測系統的使用，即使與電網沒有電氣連接，也增加了電力系統的複雜係數，降低了電網的可靠性，因此各種在線監測方法在電網中的實際推廣應用受到了限制。第二類在網上測量裝置，又失去了監測的作用，測量真空度後缺乏對數據的建庫和分析處理，更沒有預測剩餘壽命和壽命管理的功能。國家標準中規定，真空滅弧室的出廠壽命要保證20年，即在20年內真空度不應劣於1.33X10—2Pa。真空度劣於1.33X10—2Pa即標誌著真空度壽命的結束。在沒有外界不可抗因素的作用下，真空度的變化有其自身的規律，而且是變化非常緩慢的漸變量。因此，我們以第二類的在網上測量真空度的技術為基礎，由軟體設定一定的時間間隔，自動啟動測量裝置定期測量真空度，代替時時在線測量，然後建立專家系統，分析不同時間間隔內真空度的變化趨勢，找出真空滅弧室真空度特有的變化規律，預測滅弧室的剩餘壽命，建立壽命管理系統。這樣既可以把對電網運行可靠性的影響降到最小，又可以監測真空滅弧室的真空度狀態。
發明內容本實用新型的目的是提供一種真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，可以3克服已有技術的缺陷。它是建立完備的包括軟硬體部分的專家系統，能夠實現不在線的監測，又不會降低電力系統的可靠性，還可以增加測量數據綜合分析和真空滅弧室的剩餘壽命管理功能，滿足開關電器狀態檢修的需要，實現真空開關智能化。本實用新型提供的真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統包括專家系統主模塊、剩餘壽命預測模塊和壽命管理模塊、測量裝置；測量裝置包括磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置；專家系統主模塊分別與剩餘壽命預測模塊和壽命管理模塊、磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置連接。磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置在線測量的數據提供給專家系統，專家系統基於測量數據的可信度知識庫提供的模型結果，依據測量數據的可信度結果輸入輸出模塊，通過推理操作模塊輸出壽命管理信息。所述的專家系統主模塊包括知識庫模塊、綜合資料庫模塊、推理機模塊、人機接口模塊、解釋機構模塊以及知識獲取機構模塊。由於真空度測量、壽命預測問題沒有算法解，需要在不精確或不確定或不完全的信息基礎上進行推理，作出結論，因此採用專家系統。專家系統是人工智慧的一個重要分支，是一種在相關領域中具有專家水平解題能力的智能程序系統，它能運用領域專家多年積累的經驗與專門知識，模擬人類專家的思維過程，求解需要專家才能解決的困難問題。按專家系統的特性及處理問題的類型，可分為如下10類解釋型；診斷型；預測型；設計型；規劃型；控制型；監測型；維修型；教育型；調試型。本專家系統兼有預測型和診斷型兩方面特徵。真空滅弧室剩餘壽命預測是預測型特徵；系統硬體部分工作異常的診斷屬於診斷型特徵。本專家系統包括知識庫、綜合資料庫、推理機、人機接口、解釋機構以及知識獲取機構六個部分。(1)知識庫知識庫用於存取和管理問題求解需要的專家知識和經驗，包括事實、可行操作與規則等。如與領域問題有關的理論知識、常識性知識；作為專家經驗的判斷性知識、啟發式知識，描述各種事實的知識，如與該領域有關的定義、定理和確定的或不確定的推理法則等。知識庫只有知識存儲、檢索、編輯、增刪、修改和擴充等功能。一個專家系統的能力很大程度上取決於其知識庫中所含知識的數量和質量。知識庫的建造包括知識獲取以及知識表達。知識獲取按自動化程度劃分，有非自動知識獲取和自動知識獲取兩種形式。非自動知識獲取要解決的問題是如何從專家那裡獲得專門知識；自動知識獲取涉及模式識別和歸納推理。知識表示的核心是選擇計算機能理解的形式，表達所獲取的專家知識並存人知識庫中。本專家系統主要採用一階謂詞邏輯表示法和產生式表示法進行知識表示。其表現分別形式為—階謂詞邏輯表示法，HIGHER(x，y):x比y高。當定義了x是前次真空度測量值，y是本次真空度測量值後，這表達式的含義就是本次真空度測量值低於前次真空度值。產生式表示法，IFPTHENQ。其中P是前提，Q是結論。例如當定義了P表示本次真空度測量值低於前次真空度值，則有結論Q:本次測量過程正常。(2)綜合資料庫綜合資料庫也稱總資料庫、動態資料庫、工作存儲區或簡稱資料庫，它是問題求解過程中符號或數據的集合，有時也統稱為事實。它用於存放所需的原始數據和推理過程中產生的中間信息(數據)，包括原始信息、推理的中間假設和中間結果、推理過程的記錄等。因此資料庫中的事實可以而且也是在經常變化的。在本專家系統中，過程中的實時信息通過過程接口裝置(包括硬體和軟體)送入資料庫，實時地增加和刪改資料庫的內容。(3)推理機推理機是專家系統的組織控制機構，在它的控制和管理下，使整個專家系統能夠以邏輯方式協調地工作。它在一定的推理策略下，根據資料庫的當前狀態，按照類似專家水平的問題求解方法，調用知識庫中與當前問題有關的知識進行分析、判斷和決策，推出新的事實或結論，或者執行某個操作。推理機的程序與知識庫的具體結構和組成無關，即推理機與知識庫是相分離的，這是本專家系統的主要特徵。它的優點是對知識庫的修改和擴充無須改動推理機。系統綜合應用知識表示方法和傳遞算法，匹配算法及衝突消解策略。根據問題的複雜程度以及問題求解的情況隨時調整推理的策略。推理機能夠根據知識進行推理和導出結論，而不是簡單地搜索現成的答案。(4)解釋機構解釋機構負責對求解過程作出說明和解釋，回答用戶提出的問題。對用戶輸出推理的結果。解釋機構的工作通常要用到資料庫中推理過程的中間結果、中間假設和記錄，以及知識庫中的知識。系統的透明性主要決定於解釋機構的性能。在故障診斷步驟中，解釋機構成為重要的輸出通道。(5)知識獲取機構知識獲取機構負責建立、修改與擴充知識庫，以及對知識庫的一致性、完整性等進行維護。知識獲取機構具有知識變換手段，能夠把與專家的對話內容交換成知識庫中的內部知識，或用以修改知識庫中已有的知識。知識庫中的知識獲取有兩種途徑一是通過"人工移植"的方法獲得，即本專家系統的設計者將專家的知識經過分析整理後，以計算機能理解的形式輸入知識庫。另一種途徑，是採用機器學習等方法來自動獲取知識。具體地說，知識獲取機構通過用戶對每次求解的反饋信息、實時檢測到的過程信息以及控制結果，自動進行知識庫的修改和完善。並可在系統求解過程中自動積累，形成一些有用的中間知識，自動追加到知識庫中去。實現專家系統的自學習。(6)接口本系統中主要是指人機接口。人機接口是用戶與系統的信息傳遞紐帶，負責用戶到專家系統、專家系統到用戶的雙向信息轉換，即信息的計算機內部形式和人可以接受的形式之間的轉換。它使系統與用戶間能夠進行對話。用戶能夠輸入數據，提出問題，了解推理過程及推理結果；系統可通過人機接口，要求用戶回答問題，進行必要的解釋。本系統中，人機接口主要是可視化的窗口。為了保證系統安全穩定運行，本系統對不同的用戶權限進行了設定。設有操作人、監護人、管理員口令。專家系統權限設定為用戶級，管理員級和超級用戶級。其中，用戶級(operator)只面對普通操作人員，是最低權限，只能進行決策推理和一般知識錄入；管理員級(administrator)面對有豐富現場知識的工藝員(工程師)，可以進行專家知識錄入；超級用戶級(super)為最高權限，對象為專家系統的設計和維護人員，可以打開所有的資料庫，並進行增刪修改。專家系統的核心部分是知識庫、綜合資料庫和推理機構。一個專家系統的設計主要也是要解決這方面的問題。磁控法測量真空度時，真空度與放電電流有單值對應關係。所述的磁控法真空滅弧室真空度測量裝置主要包括真空滅弧室l，兩觸頭間拉開額定開距，高壓電源5，勵磁線圈6和線圈勵磁電源7:勵磁線圈6用支架固定在真空滅弧室1的中部，勵磁線圈6的兩個端面與真空滅弧室1間隙大致相等，高壓電源5的引線接到真空滅弧室的上端接線端子，放電電流信號線接下端接線端子。所述的屏蔽罩電位法真空度測量裝置主要包括真空滅弧室，屏蔽罩，探頭，開關櫃。探頭3用專用絕緣支架固定，放置在真空滅弧室1和開關櫃4機殼之間，接好電位值輸出線連接。圖4(b)的屏蔽罩電位法等效電路中，Q是中間屏蔽罩2和觸頭導電桿之間的等效電容，C2是中間屏蔽罩2和測量探頭之間的等效電容，C3是探頭3和開關櫃4機殼之間的等效電容，C4為對地的耦合電容。本實用新型提供的真空滅弧室真空度測量及壽命管理與專家系統的使用方法1)在電網(任何地點，全部電壓等級)中運行的真空開關年檢時，開關櫃斷開高壓電，真空開關分閘，打開上、下隔離開關。打開開關櫃櫃門。2)將磁控法真空滅弧室真空度測量裝置中的傳感器部分的安裝固定勵磁線圈用專用支架固定在被測真空滅弧室的中部，使真空滅弧室大致位於兩線圈端面的正中。高壓電源的引線接到真空滅弧室的靜端(上端)接線端子，放電電流信號線接動端(下端)接線端子。3)將屏蔽罩電位法真空度測量裝置中的探頭用專用絕緣支架固定，放置在真空滅弧室和開關櫃機殼之間，接好電位值輸出線。4)啟動專家系統，用兩種方法分別測量真空度，由專家系統給出測量可信度，得出真空度測量值。具體步驟(1)取系統前一次實測的真空度值、前一次測量的具體時間以及這段時間內的短路開斷次數，計算出當前真空滅弧室真空度的理論值。(2)取當前真空度的實際測量值，與理論值對比。如果兩差值在允許範圍內，則認定當前測量值，根據此測量值計算滅弧室剩餘壽命，把剩餘壽命和真空度值記錄資料庫中，完成此次測量；(3)如果實測值優於計算值且超出允許範圍，再把此次實測值與前一次實測值對比。若劣於前次實測值，則系統認定此次的計算值為正確；若優於前次實測值，認定本次測量無效，提示檢查系統。(4)如果實測值劣於計算值且超出允許範圍，專家系統調入真空度測量可信度值。若可信度正常，則判定真空開關出現異常，提示檢查真空開關工作記錄，找出原因；若可信度異常，則認定本次測量無效，提示檢查系統。本實用新型用於已經安裝在電網中的真空滅弧室，不屬於在線監測。但能夠不必從電網的開關櫃內拆卸真空滅弧室，測量的數據經過專家系統處理後，能夠預測真空度的變化，預測剩餘壽命。在專家系統的控制下，聯合應用兩種方法，測量網上真空滅弧室的真空度，應用數據融合技術解決真空度測量值的可信度問題。再由真空滅弧室漏氣特性和滅弧室內的各種材料的吸氣、放氣特性，考慮正常運行和短路開斷大電流電弧期間放氣量，建立動態的真空度模型，預測真空度的變化，由專家系統的推理機與實測真空度進行對比分析並修正，預測真空滅弧室剩餘壽命並進行壽命管理。本實用新型提供一種真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，可以克服已有技術的缺陷。它是建立完備的包括軟硬體部分的專家系統，能夠實現不在線的監測，又不會降低電力系統的可靠性，還可以增加測量數據綜合分析和真空滅弧室的剩餘壽命管理功能，滿足開關電器狀態檢修的需要，實現真空開關智能化。圖1是本實用新型整體結構組成示意圖。圖2是專家系統主模塊組成運行結構框圖。圖3是本實用新型真空度測量流程框圖。圖4是屏蔽罩電位法真空度測量裝置和等效電路。圖5是磁控放電法真空度測量裝置圖。圖6是本實用新型專家系統與壽命管理流程框圖。具體實施方式以下結合附圖和實例對本實用新型的技術方案進一步說明。如圖1所示，以專家系統主模塊101為核心的包括軟、硬體的綜合系統。專家系統主模塊101與磁控法真空度測量裝置201和屏蔽罩電位法真空度測量裝置202連接。專家系統主模塊101還連接剩餘壽命預測模塊301和壽命管理模塊302。專家系統主模塊101的組成主程序模塊可分為知識庫模塊、綜合資料庫模塊、推理機模塊、人機接口模塊、解釋機構模塊以及知識獲取機構模塊。組成和連接方式與運行程序如圖2所示。簡要描述如下知識庫模塊直接連通推理機模塊、人機接口模塊和綜合資料庫模塊，綜合資料庫模塊在知識庫模塊和解釋機構模塊之間，解釋機構模塊、推理機模塊和知識獲取機構模塊依次連通。本專家系統的核心部分是知識庫、綜合資料庫和推理機。系統的知識庫用於存取和管理求解問題所需要的專家知識和經驗，包括事實、可行操作與規則等。本系統中，知識的獲取，有非自動知識獲取和自動知識獲取兩種形式。而系統推理所用的原始數據和推理過程中產生的中間信息(數據)，保存在綜合資料庫。因此綜合資料庫中的事實是在經常變化的。推理機是專家系統的組織控制機構，在它的控制和管理下，使整個專家系統能夠以邏輯方式協調地工作。推理機與知識庫是相分離的，這是本專家系統的主要特徵。它的優點是對知識庫的修改和擴充無須改動推理機。系統的推理機綜合應用知識庫中的各種知識表示方法和傳遞算法，匹配算法及衝突消解策略。根據問題的複雜程度以及問題求解的情況隨時調整推理的策略。推理機能夠根據知識進行推理和導出結論，而非簡單地搜索現成的答案。人機接口模塊就是屏幕上的可視化窗口，它執行解釋機構模塊設定的程序，實現專家系統與人的對話。知識獲取機構負責建立、修改與擴充知識庫，以及對知識庫的一致性、完整性等進行維護。7[0056]本實用新型的真空滅弧室真空度測量裝置是由磁控法真空度測量裝置201和屏蔽罩電位法真空度測量裝置202組成，如圖3所示，測量過程是在專家系統主模塊101啟動後，按既定程序進行的。屏蔽罩電位法真空度測量裝置202和磁控法真空度測量裝置201在不同量程段內，靈敏度不同，預先經過互補性設計。兩種測量裝置的準確度通過可信度參數體現，由專家系統主模塊101給出。屏蔽罩電位法真空度測量裝置202如圖4所示。1真空滅弧室，2屏蔽罩，3探頭，4開關櫃，探頭3用專用絕緣支架固定，放置在真空滅弧室1和開關櫃4機殼之間，接好電位值輸出線。圖4(b)中，Q是中間屏蔽罩2和觸頭導電桿之間的等效電容，(^是中間屏蔽罩2和測量探頭之間的等效電容，(:3是探頭3和開關櫃4機殼之間的等效電容，c;為對地的耦合電容。探頭3用專用絕緣支架固定，放置在真空滅弧室1和開關櫃4機殼之間，接好電位值輸出線。磁控法真空度測量裝置201包括，真空滅弧室1(兩觸頭間拉開額定開距)，高壓電源5，勵磁線圈6和線圈勵磁電源7:勵磁線圈6用支架固定在被測真空滅弧室1的中部，兩線圈端面與真空滅弧室1間隙大致相等，高壓電源5的引線接到真空滅弧室的上端接線端子，放電電流信號線接下端接線端子。真空滅弧室1本身，加上高壓電源5和勵磁電源7，構成了測量傳感器。將真空滅弧室的觸頭拉開到額定開距，在觸頭間施加8kV脈衝電壓，以便在其間產生一強電場，同時在滅弧室觸頭間施加0.2T橫向磁場。此時滅弧室內的氣體形成自持放電。此放電電流與真空滅弧室內的真空度有單值對應關係。通過測定放電電流，傳送到專家系統中，根據真空度-放電電流單值對應關係，便可測出滅弧室內的真空度。本實用新型提供的真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統的使用方法1)在電網(任何地點，全部電壓等級)中運行的真空開關年檢時，開關櫃斷開高壓電，真空開關分閘，打開上、下隔離開關。打開開關櫃櫃門。2)將磁控法真空滅弧室真空度測量裝置中的傳感器部分的安裝固定勵磁線圈用專用支架固定在被測真空滅弧室的中部，使真空滅弧室大致位於兩線圈端面的正中。高壓電源的引線接到真空滅弧室的靜導電桿(上端)接線端子，放電電流信號線接動導電桿(下端)接線端子。3)將屏蔽罩電位法真空度測量裝置中的探頭用專用絕緣支架固定，放置在真空滅弧室和開關櫃機殼之間，接好電位值輸出線。4)啟動專家系統，用兩種方法分別測量真空度，由專家系統給出測量可信度，得出真空度測量值。具體步驟(1)取系統前一次實測的真空度值、前一次測量的具體時間以及這段時間內的短路開斷次數，計算出當前真空滅弧室真空度的理論值。(2)取當前真空度的實際測量值，與理論值對比。如果兩差值在允許範圍內，則認定當前測量值，根據此測量值計算滅弧室剩餘壽命，把剩餘壽命和真空度值記錄資料庫中，完成此次測量；(3)如果實測值優於計算值且超出允許範圍，再把此次實測值與前一次實測值對比。若劣於前次實測值，則系統認定此次的計算值為正確；若優於前次實測值，認定本次測量無效，提示檢查系統。(4)如果實測值劣於計算值且超出允許範圍，專家系統調入真空度測量可信度值。若可信度正常，則判定真空開關出現異常，提示檢查真空開關工作記錄，找出原因；若可信度異常，則認定本次測量無效，提示檢查系統。屏蔽罩電位法真空度測量裝置202和磁控法真空度測量裝置201在不同量程段內靈敏度不同，在大於等於10—3Pa數量級，屏蔽罩電位法可信度較高；在小於10—1數量級量程段，磁控法可信度高，預先經過互補性設計。可信度判據考慮三個方面l.每個方法在不同的量程段內，準確度不同，由方法本身特性決定，經過測量實驗摸索得出，存入專家系統知識庫；2.與專家系統的計算值對比。3.考慮設備工作狀態參數的波動變化(如磁控法的電磁線圈勵磁電流、高壓電源的電壓值)。應用實施例地點，本實驗室開關柜上，條件環境，室溫。產品型號為ZKTD3150/10-40的真空滅弧室，按上述使用步驟操作，結果數據如下真空度測量全過程數據tableseeoriginaldocumentpage9[0077]壽命預測管理全過程數據tableseeoriginaldocumentpage9權利要求一種真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，其特徵在於它包括專家系統主模塊、剩餘壽命預測模塊和壽命管理模塊、測量裝置；測量裝置包括磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置；專家系統主模塊分別與剩餘壽命預測模塊、壽命管理模塊、磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置連接。2.根據權利要求1所述的真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，其特徵在於所述的專家系統主模塊包括知識庫模塊、綜合資料庫模塊、推理機模塊、人機接口模塊、解釋機構模塊以及知識獲取機構模塊；知識庫模塊直接連通推理機模塊、人機接口模塊和綜合資料庫模塊，綜合資料庫模塊在知識庫模塊和解釋機構模塊之間，解釋機構模塊、推理機模塊和知識獲取機構模塊依次連通。3.根據權利要求1所述的真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，其特徵在於所述的磁控法真空滅弧室真空度測量裝置包括真空滅弧室，兩觸頭間拉開額定開距，高壓電源，勵磁線圈和線圈勵磁電源，勵磁線圈用支架固定在真空滅弧室的中部，勵磁線圈的兩個端面與真空滅弧室間隙相等，高壓電源的引線接到真空滅弧室的上端接線端子，放電電流信號線接下端接線端子。4.根據權利要求1所述的真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統，其特徵在於所述的屏蔽罩電位法真空度測量裝置包括真空滅弧室，屏蔽罩，探頭，開關櫃和等效電路；探頭用絕緣支架固定，放置在真空滅弧室和開關櫃機殼之間，接好電位值輸出線連接；屏蔽罩和觸頭導電桿之間有等效電容&，屏蔽罩和測量探頭之間有等效電容G，探頭和開關櫃機殼之間有等效電容C3，C4為對地的耦合電容。專利摘要本實用新型涉及一種電網中真空滅弧室真空度測量及壽命管理專家系統。包括專家系統主模塊、剩餘壽命預測模塊和壽命管理模塊、磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置；專家系統主模塊分別與剩餘壽命預測模塊和壽命管理模塊、磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置連接。磁控法真空度測量裝置和屏蔽罩電位法真空度測量裝置在線測量的數據提供給專家系統，專家系統基於測量數據的可信度知識庫提供結果，輸出壽命管理信息。本實用新型可以測量電網中真空滅弧室的真空度，又能夠預測剩餘壽命，能夠實現不在線的監測，避免在線測量設備的接入而降低電力系統的可靠係數。滿足開關電器狀態檢修的需要，實現真空開關智能化。文檔編號G06N5/00GK201503328SQ200920220850公開日2010年6月9日申請日期2009年9月24日優先權日2009年9月24日發明者王麗君,趙智忠申請人:河北工業大學