專利名稱：一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的斷路器故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于裝備維護(hù)保障領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是利用一種基于裝備貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型和檢測(cè)信息為裝備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
故障診斷技術(shù)是實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)性技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)由計(jì)劃?rùn)z修到狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。它是以斷路器當(dāng)前狀態(tài)為起點(diǎn)，結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性、參數(shù)、環(huán)境條件及運(yùn)行歷史記錄，對(duì)斷路器當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行診斷，對(duì)將來(lái)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析和判斷，確定故障性質(zhì)、類別及程度，為斷路器的維修決策提供支持。國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)斷路器的機(jī)械特性、線圈電流、電壽命等進(jìn)行了大量的研究，斷路器的監(jiān)測(cè)技術(shù)也從周期性檢測(cè)發(fā)展成了目前的在線監(jiān)測(cè)，一些先進(jìn)的信號(hào)分析與診斷方法，如小波分析、專家系統(tǒng)、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等被引入到斷路器的故障診斷中。斷路器的故障征兆與故障之間不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這些診斷方法一般傾向于探討故障征兆集與故障集之間復(fù)雜的映射關(guān)系，而忽視了故障征兆之間或故障之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而這些恰是反映故障機(jī)理的信息，利用這些信息可以在較少已知條件下對(duì)故障進(jìn)行診斷。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)可視化的建模和推理工具，在斷路器復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境、多樣的故障模式，以及不確定的故障原因和機(jī)理的情況下，能很好的表達(dá)故障之間、故障原因之間，以及故障和故障原因之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。許多學(xué)者在利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷方面，做了很多研究。公開號(hào)為CN101915234A的中國(guó)專利公開了一種名為“一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的壓縮機(jī)關(guān)聯(lián)故障診斷方法”的故障診斷方法。該方法為克服以設(shè)備或測(cè)點(diǎn)為對(duì)象的監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的不足，提供了一種基于工況、操作一故障一征兆的三層貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械診斷知識(shí)的推理和表達(dá)技術(shù)。該方法利用專家知識(shí)和特定診斷對(duì)象的先驗(yàn)信息建立三層貝葉斯模型；然后 利用Monte Carlo方法進(jìn)行仿真，對(duì)樣本序列進(jìn)行單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，得出節(jié)點(diǎn)的邊緣概率，對(duì)相關(guān)列進(jìn)行聯(lián)合統(tǒng)計(jì)，得出節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)合概率和條件概率；最后，利用模型對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行故障診斷。該方法考慮了設(shè)備的工作環(huán)境和人為因素對(duì)設(shè)備可靠性的影響，但是該方法過(guò)度依賴于專家知識(shí)，其建模過(guò)程沒(méi)有考慮設(shè)備真實(shí)的工作環(huán)境，不適用于工作環(huán)境復(fù)雜、導(dǎo)致故障因素不確定的復(fù)雜裝備的故障診斷中。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的斷路器故障診斷方法，本發(fā)明采用斷路器在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境中能反映與失效模式相關(guān)的各種復(fù)雜因素的數(shù)據(jù)(如斷路器基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、失效數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)等)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行、老化規(guī)律建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，利用專家系統(tǒng)對(duì)故障模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的診斷；首先，針對(duì)電網(wǎng)常見(jiàn)斷路器故障的事實(shí)確定要識(shí)別的故障模式，以及可能與故障模式相關(guān)的影響因素；其次，收集斷路器故障模式和影響因素的數(shù)據(jù)集，并對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；最后，綜合數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)建立斷路器故障診斷模型，將斷路器故障診斷數(shù)據(jù)影響因素的值輸入建立的貝葉斯模型中，對(duì)故障模式進(jìn)行診斷，并將推理得到的斷路器狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。具體步驟如下:1、確定需要預(yù)測(cè)的目標(biāo)故障模式和故障的影響因素，在斷路器故障數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索對(duì)應(yīng)的故障記錄，形成關(guān)于該故障模式的故障數(shù)據(jù)集；2、整理故障數(shù)據(jù)集，剔除無(wú)效數(shù)據(jù)，對(duì)于非結(jié)構(gòu)化的、敘述各異的故障數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化成符合規(guī)定的結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)描述方式；3、對(duì)于故障數(shù)據(jù)集中故障記錄存在缺值的情況，通過(guò)賦予平均值、眾數(shù)值或期望優(yōu)化值等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)修補(bǔ)，形成完整的故障數(shù)據(jù)集；4、完成故障模式的編碼和連續(xù)數(shù)據(jù)的離散化處理:對(duì)于認(rèn)識(shí)深入的影響因素，利用各種因素的判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)離散化處理；對(duì)于認(rèn)識(shí)模糊的影響因素，利用決策樹、等距離法、等頻率法和Kmeans完成數(shù)據(jù)的離散化處理；5、樹增強(qiáng)貝葉斯(TAN)算法在樸素貝葉斯算法的基礎(chǔ)上，松弛了各獨(dú)立變量之間條件獨(dú)立的假設(shè)，允許屬性變量所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)之間有連接弧連接，能很好的表達(dá)因素對(duì)故障模式的影響和各影響因素之間的關(guān)系，所以采用TAN算法完成模型的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)和參數(shù)學(xué)習(xí)；6、分析建立的斷路器故障診斷模型，通過(guò)咨詢故障領(lǐng)域?qū)＜遥舸嬖谂c專家知識(shí)明顯相悖的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過(guò)添加或改變有向邊方向來(lái)增加或改變相互關(guān)聯(lián)關(guān)系對(duì)模型進(jìn)行修正，此過(guò)程中保證模型中不形成有向圈，之后對(duì)模型重新進(jìn)行參數(shù)學(xué)習(xí)；

7、利用混淆矩陣、ROC曲線、Lift曲線等方法，對(duì)模型的可靠性、精度等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，若模型性質(zhì)不好，可以通過(guò)修改影響因素的離散區(qū)間和改變結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)算法來(lái)調(diào)整；8、計(jì)算各因素的先驗(yàn)概率分布，依次修改各影響因素的取值狀態(tài)，記錄斷路器各故障模式的概率取值，按照多態(tài)重要度計(jì)算公式計(jì)算出各影響因素相對(duì)于各故障模式的重要度；9、以故障檢測(cè)現(xiàn)象實(shí)時(shí)信息為驅(qū)動(dòng)，利用故障診斷模型的推理能力和條件概率，對(duì)斷路器故障模式進(jìn)行診斷。


圖1是基于故障數(shù)據(jù)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型建立流程圖。圖2是基于TAN的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。圖3是斷路器故障診斷貝葉斯模型混淆矩陣。圖4是斷路器故障診斷貝葉斯模型可靠性。圖5是斷路器故障診斷貝葉斯模型精度。圖6是斷路器故障診斷模型狀態(tài)6的ROC曲線。圖7是斷路器故障診斷模型狀態(tài)6的Lift曲線。圖8是斷路器I故障診斷結(jié)果。圖9是斷路器2故障診斷結(jié)果。
具體實(shí)施例方式一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的斷路器故障診斷方法，本發(fā)明采用斷路器在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境中能反映與失效模式相關(guān)的各種復(fù)雜因素的數(shù)據(jù)(如斷路器基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、失效數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)等)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行、老化規(guī)律建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，利用專家系統(tǒng)對(duì)故障模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的診斷。首先，針對(duì)電網(wǎng)常見(jiàn)斷路器故障的事實(shí)確定要識(shí)別的故障模式，以及可能與故障模式相關(guān)的影響因素；其次，收集斷路器故障模式和影響因素的數(shù)據(jù)集，并對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；最后，綜合數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)建立斷路器故障診斷模型，將斷路器故障診斷數(shù)據(jù)影響因素的值輸入建立的貝葉斯模型中，對(duì)故障模式進(jìn)行診斷，并將推理得到的斷路器狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。實(shí)施例本發(fā)明以云南電網(wǎng)積累的斷路器實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明及發(fā)明的有效性做進(jìn)一步的說(shuō)明。參照附圖1所示的基于故障數(shù)據(jù)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型建立過(guò)程，對(duì)建立斷路器故障診斷貝葉斯模型的步驟詳細(xì)說(shuō)明。步驟I確定斷路器操作機(jī)構(gòu)的故障模式為合閘線圈運(yùn)動(dòng)阻力大、合閘線圈短路、合閘線圈燒毀斷線、與鐵芯頂桿連接的鎖扣和閥門變形、輔助開關(guān)及合閘接觸器接觸不良、直流電源和系統(tǒng)輔助電源故障，附表I所示為故障數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索與故障模式相關(guān)的影響因素，建立故障集對(duì)應(yīng)的因素集，為分閘線圈電流有效值、分閘線圈電流時(shí)間、分閘線圈兩端電壓異常、動(dòng)觸頭平均速度、控制箱內(nèi)溫升，附表2所示為故障影響因素。
權(quán)利要求
1.一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的斷路器故障診斷方法，其特征在于，采用斷路器在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境中能反映與失效模式相關(guān)的各種復(fù)雜因素的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行、老化規(guī)律建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，利用專家系統(tǒng)對(duì)故障模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的診斷；首先，針對(duì)電網(wǎng)常見(jiàn)斷路器故障的事實(shí)確定要識(shí)別的故障模式，以及可能與故障模式相關(guān)的影響因素；其次，收集斷路器故障模式和影響因素的數(shù)據(jù)集，并對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；最后，綜合數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)建立斷路器故障診斷模型，將斷路器故障診斷數(shù)據(jù)影響因素的值輸入建立的貝葉斯模型中，對(duì)故障模式進(jìn)行診斷，并將 推理得到的斷路器狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。
全文摘要
一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的斷路器故障診斷方法，本發(fā)明采用斷路器在真實(shí)運(yùn)行環(huán)境中能反映與失效模式相關(guān)的各種復(fù)雜因素的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行、老化規(guī)律建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，利用專家系統(tǒng)對(duì)故障模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的診斷。本發(fā)明的有益效果為，解決了在不確定和缺少已知信息情況下斷路器故障診斷問(wèn)題，同時(shí)引入了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的重要度分析方法，對(duì)故障機(jī)理的分析起到一定的輔助作用。該發(fā)明能快速準(zhǔn)確的對(duì)斷路器故障進(jìn)行診斷，為斷路器維修決策的制定提供支持，有效的提高維修效率、降低電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。
文檔編號(hào)G01R31/327GK103245911SQ201310160910
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月3日
發(fā)明者張文斌, 王達(dá)達(dá), 張少泉, 徐樹振, 蔡志強(qiáng) 申請(qǐng)人:云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司