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1、第1章 绪论1.1 本课题的目的和意义在电力系统中，电能的集中和分配、电压和电流的变换都是在变电站中实现的。作为电力输配电系统中极其关键的环节，变电站通过变压器将各级电压的电网联系起来。变电站故障诊断就是将故障征兆信息从变电站的某些检测量中提取出来，然后通过对这些信息的分析与处理，判断出故障的位置和根源。其中，包括保护开关动作、断路器跳闸等的故障征兆信息，由变电站监控系统和故障录波器的检测量提供，而判断出的故障根源一般是输电线路、变压器、母线和无功补偿设备等。改革开放以来，电网的规模模随着电力系系统的发展越越来越大，不同区域电网之间的联联系也越来越紧密密。各类电压等等级的变电站站数量历年递递增
2、，导致电电网结构愈加加复杂。这也就使得得变电所的故故障对电力系系统的影响范范围及严重程程度大大增加加。同时，各地电电力公司正逐逐步建立和完完善集控站系系统，越来越越多的变电站站实现了无人人值守，且用户对电电能质量的要要求越来越高高。如何令运行行人员快速准准确地找到故故障位置，辨辨识、隔离真真正的故障元元件，使非故故障区域迅速速恢复至故障障前状态，增增强供电的可可靠性和连续续性，是目前前的急需解决决的问题。与此同时，变电电站不断提高高其综合自动动化的水平，继电电保护与自动动装置在变电电站中得到了了越来越多的的应用。这些二二次设备会当当变电站发生生故障时产生生大量诸如断断路器跳闸、保护装置告警、保
3、护动作、故障录波器动作等等的报警信息。变电站发生故障的瞬间，这些报警信息会不加选择地出现在监控系统的异常窗口内。如果出现复杂的多重故障、断路器或保护出现动作不正常（拒动、误动）、告警信号受干扰丢失等情况时，故障诊断的复杂性问题更会严重凸显。这种情况下，调度运行人员在很短的时间内要阅读这么多未经任何加工处理的报警信息，理解其中的含义并抓住报警信息的实质是相当困难的。这将使现场人员极易产生误判断和误处理，以致扩大事故范围，拖延故障恢复时间，甚至发展成更为严重的停电事故。因此研究变电站智能化故障诊断方法，为调度及运行人员提供辅助判据具有重要的理论意义与实践指导作用。1.2 国内内外研究成果果故障诊断
4、问题的的研究，可以以追溯到上个个世纪的600年代，当时时的研究者们们试图使用传传统数学建模模的方法来解解决这个问题题，但是由于于故障诊断的的过程和计算算技术非常复复杂，无法用用传统的数学学模型和计算算方法来描述述，以致对变变电站故障诊诊断问题的研研究进展极其其缓慢。进入入七八十年代代的中后期，随随着人工智能能技术的迅猛猛发展，研究究者们也从中中找到了一条条研究电网故故障诊断问题题的新路，即即：将人工智智能技术与电电网故障诊断断相结合。由由于人工智能能技术可以模模仿人类的思思维方式和处处理问题的过过程，并具有有类似人类的的学习能力和和经验积累，使使得这一技术术在故障诊断断领域里脱颖颖而出。目前，
5、将国内外外在变电站故故障诊断领域域应用的人工工智能方法进进行归纳，可以分分为以下几类类：基于专家系系统(Expertt Systeem)的方法、基基于人工神经经网络(Artifficiall Neurral Netwoork)的方法、基基于模糊理论论(Fuzzyy Theoory)的方法、基基于Petrri网的方法法、基于粗糙糙集（Rouugh seets）的方方法、基于AAgent技技术、小波分分析（Wavvelet Analyysis）的的方法等。1. 专家系统统(Experrt Systeem)最早开发的人工工智能技术就就是专家系统统(Expeert Systeem)。它也是众众多人工智
6、能能技术中发展展相对成熟的的一种。作为为专家系统的的创始人之一一，费根鲍姆姆（EAFeigeenbaumm）认为该系系统不是一个个普通的应用用软件，而是是一种智能化化的计算机程程序，可以像像专家一样，运运用丰富的储储备知识和严严密的推理步步骤解决复杂杂的问题。专专家系统不仅仅能合理利用用各种资料中中的理论知识识来处理各种定定性的问题，而且还可像像专家一样进进行总结并运运用实际经验验来求解非定定性问题。另另外，专家系系统在可以快快速处理数学学解析法不能能解决的问题题的同时，还还能大幅缩小小需求解问题题的知识搜索索范围、减少少推理路径，加加快解决问题题的速度、提提高推理效率率。尽管专家系统可可以在
7、模拟故故障诊断专家家的基础上有有效地完成故故障诊断过程程，但是在实际应应用过程中仍仍然不可避免免有一定的不不足：(1) 由于知知识的获取以以及对其完备备性的验证是是一个很困难难的过程，因此怎样获获取完备的知知识库成为故故障诊断专家家系统的瓶颈颈问题就在所所难免了。(2) 专家系系统毕竟不能能像人类一样样具有对新事事物的学习能能力，所以一旦发发生储备知识识库里无法搜搜索到的新故故障情况，将将导致专家系系统的错误诊诊断或不诊断断。(3) 专家系系统没有较好好的容错能力力。当故障后后，尤其保护护装置和断路路器错误动作作或者丢失动动作信息的时时候，专家系系统不能有效效识别，易产产生错误诊断断。(4)
8、由于电电力网络的结结构和自动化化装置的配置置不断变化，作为故障诊诊断的专家系系统，其储备备的知识库随随之也会进行行相应的修改改、校核。由此可可见，及时更新专家家系统的知识识库是一项费费时费力的工工程。因此，最近几年年专家系统呈现现一些新的发展趋势势：将ANN与专专家系统结合合，使之具备备自学习与联联想的功能；将模糊理论与专专家系统结合合，使之可以以实现不确定定性推理；将粗糙集与专专家系统结合合，使其知识识库具有容错错能力。2. 人工神经经网络(Artifficiall Neurall Networrk)人工神经网络(Artifficiall Neurral Neetworkk)是一种采采用模仿
9、人类类神经系统工工作的原理来来进行信息传传输、处理的的人工智能方方法。相较于于专家系统，通过神经元及神经元间的有向权重连接来隐含处理那些系统的知识是其最大的优点。除此之外，人工神经网络还具有以下优势：(1) 在学习习的能力方面，人工神经网网络的学习过过程首先是确确定其基本结构，紧接着用算法法进行样本的训练，最终完成自自身对知识的的理解和组织织。整个学习习过程结束后后，人工神经网网络还具备了一定程度的泛化能能力；(2) 在容错错能力方面，即使输输入信号带有有一些噪声干扰扰，人工神经经网络也可以以输出正确的的结果，容错错的能力相对对还是比较强强的。(3) 在执行行速度方面，神经元之间相对独立，都是
10、各自进行计算，这样有利于系统内事件的并行处理，所以执行速度相对还是比较快的。当然，在故障诊诊断领域的应应用中，ANN也存在在以下的几点点问题：(a) ANNN不能够对电电网拓扑结构构进行描述和和表示，所以通常只只能在一些规规模较小的并并且采用固定定接线的电网网中应用；(b) 在应用用ANN分析处处理问题前，需要学习足够多典型的样本，另外学习过程所采用的算法往往收敛的速度不快；(c) ANNN不善于分析析那些带有启发性的知识。由于它缺少少对诊断结果果进行解释的的功能，运行行人员在理解解结论时存在在一定障碍。3. 模糊理论论(Fuzzyy Theoory)模糊理论(Fuuzzy TTheoryy)
11、是通过对对传统的论模模糊化，同时时引入语言以以及近似推理理的逻辑来解解决任何不确确定性问题的的一种智能化化技术。该理理论更加符合合人类的表达达习惯，其知知识库利用语语言变量来使使用专家掌握握的经验。故故障诊断中不可避免的的存在不确定因因素，而专家家系统要求匹匹配一致，否否则极易产生错误结果。将模糊糊理论引入到到专家系统方法法中，推理就由精确向近似似转变，专家系统的的容错能力也就得到了极极大的提高。模糊理论也不可可避免地存在在一定的不足足。在运用模模糊理论进行行分析时，经经常需要类似于基本概概率指派函数数、模糊隶属属函数和有关关统计概率分分布等的数据据附加信息或或先验知识，而要获得这些信息是有一
12、定的难度的。4. Petrri网(Petrii net)Petri网(Petrii net)是在年间由由德国数学家家提出的一种种通用的数学学模型。它采用可视视化描述离散散事件系统的的静态结构及及动态行为，易易于理解。同同时因为Peetri网能能够描述离散散事件系统的的结构，所以以它可以抓住住系统中事件件的先后和异异同步等特征征。电力系统统的继电保护护的基本要求求之一就是选选择性。当电电网发生故障障时，各类保保护会有选择地切切除故障。这这个过程用Pettri网络描描述特别适宜宜，因为它就就是系统同时时发生或次序序发生的活动动。在利用Petrri网理论对对大型电网建模时时，设备增多与网络扩大大会导
13、致状态的组组合爆炸。同同时，对于时时间特征要求求高的行为，基本Petri网不具备描述能力。因此采用高级Petri网进行大型复杂系统的建模势在必行。5. 粗糙集理理论(Roughh Sets TTheoryy)上世纪末，ZPawlaak教授等人人提出了一种种处理不确定定问题和不精精确数据的方方法，粗糙集理论论(Rouggh Sets Theorry)。该方方法研究的对对象是不完整整数据，可以处理不不精确的知识识，并对知识识进行学习和和归纳。它与与概率统计和和模糊集理论论处理问题的的方法都不相相同，最大特特点是只需要要求解问题时时要求处理的的数据集合，其其他的任何先先验信息都不不没必要提供供，因此
14、可以相对客观的表达和处理理不确定的问问题。变电站的故障障诊断可以归归结为模式分分类问题，粗糙集决策策表方法对于于解决这类问问题是相当适适宜的。另外外，变电站中中存在因为断断路器及保护护装置误动或或拒动、通信信装置故障等等原因造成的的信号不完备问题。粗糙集理论论在容错力方方面的优势在在解决该问题题上可以充分发挥挥。1.3 粗糙糙集结合Petrri网方法的的可行性分析析变电站的故障诊诊断就是依据据断路器和保保护的动作情情况判断故障障元件、误动动作的断路器器和保护等，其中最为关关键的是对故故障元件的识识别。因为一一旦识别出了故障元件，就可以利用保护动作作的原理结合逻辑推理理对误动作的断路路器和保护进
15、行识识别。用于故障诊断的的信息主要由由继电保护动动作信号、断断路器动作情情况、自动重重合闸动作情情况、故障录录波器信息等等构成。这些些信息之间有有很强的因果果关系，一些些信息通常是是由另一些信息息的出现而产产生，也就是是说这些信息息之间的冗余余度很高，这这也为粗糙集集的应用提供供了必要条件件。运用粗糙集可可以通过属性性和属性值的的约简排除冗余的条件属属性和属性值值，获得最简简的诊断规则则。其诊断效率率大大提高。然然而，利用粗糙集规则进进行推理决策策过程中，当数据量较较大时，对规规则进行查表表匹配的计算量量将挺大。Petri网理理论在有向图和矩阵运算的基础上，对对系统的静态结结构和动态过过程进行
16、描述述和推理的一一种方法。Petrii网方法的知识库库系统具有结构规范范、形式简单单的特点，所以空间搜索索和推理的效率率高。Petrii网可以利用用简单的矩阵阵运算演绎推推理的动态过程，求解速速度快，可用用于变电站的的实时故障诊诊断。然而，Pettri网方法法不具备对知知识加以处理理的能力，只能进行知识的表达与推理理。换句话说说它的建立就就是依靠先验验知识。如果先验知识识存在冗余信息息，Petrii网模型的规规模就会过大，直接接影响推理的的效率。在使用规则知识识进行决策和和推理的这个问问题上，粗糙集理理论和Petrii网理论可以以很好的进行行互补。首先先，粗糙集理论不不仅可以进行行知识的约简，
17、还可以以进行不确定定信息的处理理，最终可以实实现知识的属性优选，可可以获得最佳的决策规则。其次，将将这些决策规规则用Pettri网理论论进行描述建立立模型。这样就可以以利用Pettri网理论论在推理过程程中的优点，最最终实现高效效的诊断。将将粗糙集理论论和Petrri网理论进进行结合，不仅仅仅可以克服粗粗糙集的查表表搜索过程计算量量大的问题，还还可以解决PPetri网网络的先验知知识存在冗余余性问题。这这样它们各自自的优点也就就可以得到充充分的发挥。1.4 本课课题研究的主要工工作通过阅读大量文文献，本文分分析了变电站站故障诊断的的特点以及故故障诊断信息息的来源，系系统全面地对对国内外变电电站
18、故障诊断断的方法进行行了归纳和总总结，在此基基础上对变电电站故障诊断断问题进行了了探索和研究究。目前变电站故障障诊断课题面面临的主要问问题是故障信信息的不确定定性和不完备性。这类问题题很适合用粗粗糙集(RSS)理论来解决。但利用用粗糙集规则则进行推理决决策过程中，当当数据量较大大时，对规则则进行查表匹匹配的计算量量将特别大。因此本文文将Petrri网和粗糙糙集理论相结结合，利用Pettri网对粗粗糙集理论提提取出的诊断断规则进行描描述，再利用用Petrii网并行推理理的能力，实现了高效效的变电站故故障诊断。同时考虑到到变电站的扩扩建通常一次次只针对某一一个电压等级级，故将变电电站按电压等等级划
19、分为多多个相对独立立的区域，针针对每个区域域进行了诊断断模型的建立立，从而提高高了诊断的灵灵活性和适用用性。主要的研究究内容如下： (1) 针对粗糙集理论论及Petrri网模型的的特点，对粗糙集理论论结合Pettri网方法法在变电站故障障诊断应用中中的可行性和和优势进行分分析，确立了了基于粗糙集集理论和Pettri网模型型的变电站故故障诊断方法法。 (2) 变电站的故障诊诊断以故障后后所表现的征征兆信息为分分析和研究的的基础， 本本文系统地分析了变电电站故障数据据的来源，并并对变电站常常见的故障进进行了整理。 (3) 以实际的1100kV变电站站为例，将其按电压等级级划分为多个个相对独立的的区
20、域。根据据其开关和保保护的动作情情况，考虑单单重故障和开开关拒动的情情况，对于各各个区域分别别建立建立变变电站故障诊诊断系统的基基础原始决策策表。 (4) 利用粗糙集理论论对各个区域域的原始决策策表进行属性性约简及属性性值约简，提提取出诊断规规则，然后用用Petrii网对诊断规规则进行描述述，建立了各各个区域诊断断模型。 (5) 对所建立的故障障模型进行样样本测试和方方法的分析比比较。结果表表明：该方法法确是一种快快速准确、容容错性强、适适应性好的变变电站故障诊诊断方法，对高效地进行行变电站在线故障诊断断具有重要的的意义。第2章 变电站站故障诊断的的信息来源及及常见故障变电站故障诊断断系统是运
21、行和调度度人员分析和处理理事故的辅助助工具，能够够帮助缩短事事故的处理时时间，防止事事故的进一步步扩大，对提提高变电站自自动化水平具具有重要意义义。SCADAA()与变电站的运运行监测系统统为运行人员员提供了对变变电站进行监监视和控制的平台。然而在在变电站发生生故障的瞬间间，现有的电电力自动化系系统会毫无选选择的把采集集来的大量的的报警信息提提供给监控和和运行人员，以以致运行人员员往往来不及及处理和判断断。而且SCCADA系统统采集的信息息还不能完全全满足现场运运行的需要。在这种情况况下，变电站站故障诊断应应运而生。准确的故障诊断断主要由以下下两个方面来来决定：（1）故障诊断断是否采用了了准确
22、、完整整的信息；（2）故障诊断断是否采用了了可靠的诊断断方法。当变电站遇到故故障时，借助助SCADAA系统能采集集到很多的故故障信息，其其中故障诊断断所能利用的的信息包括：电网的遥信信量信息，如如断路器、隔隔离开关等设设备实时状态态信息；电网网的遥测量信信息，如电压压、电流和有有功、武功功功率的测量值值；保护时间间信息，如不不同规约的保保护动作和时时间顺序记录录（）信息等等。由于故障障来源和故障障信息传输、处处理的速度不不同，各个信信息对于故障障诊断的作用用也不一样，通通常情况下，继继电保护和断断路器的动作作信号反应最最快，用于快快速故障诊断断和隔离，故故障录波器信信息最为全面面，一般用于于事
23、故追忆。2.1 SCCADA系统统的基本知识2.1.1 SCADAA系统的基本本结构及数据据流程SCADA系统统是电力综合自动化系统中最基本的功功能模块之一。它以计算机机为基础，监视和控制制现场的运行行设备，从而而实现了数据采集、参参数调节、设设备控制、测测量以及各类类信号报警等等多种功能，也就是人们熟知的四遥遥。其基本组成包括：FTUU(馈线终端端单元)、RTU(远远程终端单元元)。在现今的变电站站综合自动化化建设中，SSCADA系系统以微机保保护装置和RTU为信息源，运用计算机系系统监视和操操控变电所的的控制、信号号、测量等回回路，并以此此取代传统的的监控屏，成功的减少了变电所的设设备投资
24、以及及占地面积，提提升了二次设备的可靠性性。变电站的SCADAA系统的硬件系统由由RTU、信道道和主站计算机机构成，其基本本结构示意图如如图2-1。 图2-1 SCADA系统统结构示意图图目前，变电站使使用的现场远远方量测终端端（RTU）装装置有两种，分分别为布线式式数字远动装装置和微机远远动装置，主要实现的功能如如下：(1)收集变电电站现场的量测量量以及状态量等等数据，即遥遥测遥信数据据。通过主站发出指令令控制现场的设备。(2)对采集的的数据进行一些基本本处理，包括：量测量的死区比较、状态量的变位比较以及及越限的告警等。(3)与主站之之间进行通信信，具体是指指进行通信规规约的处理，将数据传送
25、送至主站，同时接收主主站下达的命命令和数据。SCADA系统统是现场设备备和人之间联联系交流的一一个重要平台台。在变电站中，首首先将电压互感器器和电流互感感器采集电气气量送到电流流、电压以及及功率的变送送器中，将其转换成很小的直流电电压信号。其其次，在远方方终端(RTTU)中通过过多路采样、模模数转换和抗干扰编码码三个环节将将直流电压信信号处理成了了数字信号，继继而采用调幅幅、调频和调调相等调制方方式将其调制制在信息载体体上。然后，信号传输到到主站计算机机中进行解调调，之后经智智能接口的串串并转换以及及译码处理到到达前置机，信息在经过过前置机的刻度转换和和初检测后，由主机确认是否否可用，可用用就
26、送入到数据库。最最后，运行人人员可以通过过模拟盘和显显示器监控到到现场量测量量和状态量，从从而实现对现现场一次设备备的监视和控控制。其详细的数数据流程示意意图如图2-2，图的左左侧为一次系系统，右侧为为二次系统。 图2-2 SCADA系统统数据传输流流程示意图2.1.2 变电站SCAADA系统的的功能随着综合自动化化水平的提高高，SCADDA系统在变变电站得到了了普遍的应用用。变电站SSCADA系系统的基本功功能有以下三三点：(l) 各种设设备状态数据据的采集以及及控制指令的发送。监控系统对变电电站的许多运运行信息进行行了采集、分分析和处理。这些运行信息包括一次设备的电压、电流和功率大小等。同
27、时监控系统还为运行人员提供了观测这些数据的窗口。另外，运行人员利用监控系统可以向测控设备下达控制命令(例如开关的分闸、合闸等)，实现对现场的一次设备的有效控制。(2) 各种设设备参数状态态表达以及报警信号处理监控系统可以明明确的表示变变电站设备的的状态量。这些状态量量包括断路器器状态、刀闸闸状态的变化化、继电保护护装置的动作作情况等。变电站的设备备在运行的过过程中难免会会出现短路、过过电压、过负荷等异常情况。监监控系统提供供了事件与报报警功能，使得一次设设备运行的各各种异常状态态以及各种变变化都能迅速速得到响应。另外，监控系统还具有对远程设备进行参数调节、修改以及向上级电力调度系统发送数据等作
28、用。(3) 事故追追忆和趋势分分析监控的目的除了了监视和控制制设备外，还还有可以对设设备的运转情情况进行分析析评价，对事事故发生可能能性进行预测测。从这个意义义考虑，监控系统具有对实时历历史数据的保保留和系统操操作情况记录录功能。2.2 变电电站常见的故故障变电站故障诊断断需要判断的的故障源通常常有电力线路、母母线、变压器器、无功补偿偿设备等。下下面将对变电电站中上述设设备的常见故障依次次进行详细的介绍。2.2.1 电力线路故障电力线路是电力力系统的重要要组成部分，电电能通过它进进行分配和传传输。通常把把从电源向负负荷中心传输输电能的线路路定义为输电电线路，其电电压等级为：35kV、110kV
29、V、220kVV、330kVV、500kVV等；把担任任分配任务的的线路称为配配电线路，其其电压等级为为：380/220V、6kV、10kV等。变电所之之间通过输电电线路进行联联接，通过配配电线路将电电能送到用户。电力力线路按照其结结构可以分为为两类：架空输输电线路和地地下电缆线路。它们是电力系统统的动脉，其其运行情况决定电网的安全性、可可靠性和效益益。电力线路常见的的故障类型及故故障原因见表表2-1。表2-1 电力力线路的故障障类型及故障障原因故障类型故障原因断路故障 导线在外力作用用下被碰断； 导线的连接金具具锈蚀，连接接头松脱； 铜铝接头严重腐腐蚀、氧化造造成断开； 导线连接部位发发热熔
30、断。短路故障 导线绝缘层、支支持绝缘等受受外力作用损损坏； 雷击、大风等恶恶劣天气导线线间绝缘被破破坏； 导线绝缘子表面面污秽，造成成闪络； 由于检修失误或或操作错误造成人为为的短路。2.2.2 母线故障母线是变电站中中重要的一类类元件。变电所所中同一电压压等级配电装装置的连接，以以及变压器等等电气设备和和相应电压等等级配电装置置的连接都是是通过母线实实现的。母线线有软硬之分分，多是矩形或圆形形截面的裸导导线。通过母线，电能才才可以集中、分配与传送。一旦母线发发生故障，与与母线相连接的所有有元件都将停电，甚至造造成变电站全全站失压和供供电区域内的的大面积停电电，后果非常常严重。母线本身故障主主
31、要是短路故故障，并且大大多数情况下下为单相接地地短路故障。母线失电是指母线本身无故障而失去电源，一般是由于系统故障、继电保护、开关误动或该母线上的出线、变压器等故障、开关或保护拒动，而使该母线上的电源开关越级跳闸所致；判断母线失电的依据是同时出现下列现象：（1）该母线的电压显示消失；（2）该母线的各出线及变压器负荷消失；（3）该母线所供的站用变失电。母线故障通常是是由母线差动保护动作来切切除的。引起起母线差动保护动作的的主要原因有有：（1）母线绝绝缘子因污秽秽或者大雾天天气等引起的的闪络；（22）母线电压压互感器发生生故障；（33）连接在母母线上的电流流互感器发生生故障；（4）断路器和和装设在
32、母线线侧的隔离开开关的支持绝绝缘子损坏；（5）由于工工作人员的误误操作而产生生的母线故障障。2.2.3 变压器故障障变压器作为变电电站的核心设设备，在变电电站中的地位位非常重要。它的作用是是通过变换电压压达到传输功率的目目的。变压器主要要有升压变压压器和降压变变压器两种类类型。升压变变压器进行升升压后，线路路损耗得以减减少，送电成本就就更加经济，可以实现电电能的远距离离传输；降压变压器进行行降压后，高高电压变为满满足用户需要要的各级使用用电压。由于于变电站的变变压器大多安安装在户外，受受外界的自然环境的影响比比较大，同时时变压器的运运行还受到负负荷的影响，加加上短路故障障的威胁，极极有可能出现
33、现异常和故障。变压器器常见的故障障类型和原因因如表2-22。表2-2 变压压器的故障类类型及故障原原因故障类型故障原因内部短路 各相绕组之之间相间短路路； 一相绕组线线匝间短路； 某相绕组与与铁芯间接地短路； 某相引出线线与外壳间接地短短路。外部短路 外部引线之之间发生相间间短路； 绝缘套管破破损或闪络等等引起的引出出线经外壳单单相接地短路路。2.2.3 无功补偿设设备故障变电站用于无功功补偿的设备主要是是并联电容器器。并联电容容器的主要功能是用于补补偿电力系统统的无功功率率，使得功率因数数提高，从而改善电压压质量和降低线路损损耗，提高电电力系统中电电气设备出力力。电力系统中的负负荷如变压器器
34、、电动机等，大大部分都是感性负荷荷，它们在运行过过程中需要消消耗大量的无无功功率。在变电站中安装装并联电容器器等无功补偿偿设备，就可以向这些设设备提供无功功率率，就能够减少了了无功功率在在电力系统中的流流动，降低变变压器、线路等因输送无功功功率而造成的电能能损耗。变电站的并联电电容器通常是油浸式的，这类电容器器用金属箔（作作为极板）与与绝缘纸一起起卷绕，由若若干元件、绝绝缘件和紧固固件经过压装装而构成电容容心子并浸渍渍到绝缘油中，电容极板板的引线经串串、并联后引引至出线瓷套套管下端的出出线连接片。现在有的电力力电容器还装装设放电线圈圈和熔丝。电电容器常见的的故障类型和和可能的故障障原因见表22
35、-3。表2-3 电容容器的故障类类型及故障原原因故障类型故障原因渗油 外壳焊接处处锈蚀 瓷质套管和和外壳交界的地地方有裂纹； 旋紧套管接接头螺栓过程程中用力过大造成套管破裂裂； 设备外壳质质量不好，有有渗漏点。异响 外部套管、引线接头发生放点； 内部电容有有局部放电； 内部引接线线松动接触不不良造成放电电。发热 导线连接处处螺丝松动； 反复投切，多次受励磁涌流作用用； 过电压运行行； 环境温度过过高。电容击穿 小动物（如如老鼠等）钻钻入引线接头间造成短路； 瓷瓶表面积积攒大量灰尘尘，受潮等外部部影响下发生生相间短路 长期在过电电压情况下运行，绝绝缘介质过早的老化变形、爆破 绝缘油渗漏漏，内部进
36、入入空气，导致致介质膨胀； 电容器与外外壳间的绝缘缘遭到破坏 通风条件差差，油温升高高、运行电压压变化较大 电容设备质质量差，内部部元件击穿2.3 本章章小结本章首先介绍了了变电站故障障诊断的信息息来源,即SSCADA系系统的基本知知识。SCADAA系统是电力力综合自动化化系统中最基本的功功能模块，具具有信息量大大、实时更新新、能帮助快快速诊断出系系统故障状态态等优势，已已成为电力调调度必不可少少的工具之一一。该系统以以计算机为基基础，对现场场的运行设备备进行监视和和控制。另外，对变电站站常见故障类类型进行了介介绍，变电站站故障诊断的的主要任务就就是对故障源源的识别过程程,变电站常常见的故障源
37、源有电力线路路、母线、变变压器、无功功补偿设备等等。本文在简简要介绍了常常见故障源的的基本功能和和在系统中所所处地位的基基础上，又详细分析析了不同故障障源的故障类类型、原因和和现象，为故障诊断断提供可靠依依据。第3章 粗糙糙集的基本理理论粗糙集（Rouugh Seet，RS）理论是是由波兰科学学家ZPaawlka在在1982年年提出的一种种数学方法，该该数学方法是是用来处理不不确定信息的的方法。由于于该方法能够够定量的分析析处理不严密密、不确定或或不完全的信信息与知识，因因此受到了社社会科学及自自然科学和工工程等各领域域学者的广泛泛关注。于此此之前的数学学方法有概率率统计理论、证证据理论、模模
38、糊集理论，它它们都是用来来处理不精确确不确定性的的数学工具。传传统的这些对对不确定信息息处理的方法法在处理问题题时需将先获获得所要处理理问题的大量量信息，比如如说数据的附附加信息等，这这些在实际问问题中是很难难获得到的，所所以在处理信信息量较大的的问题方面就就显得能力不不足，而RSS理论作为一一种独立的理理论也可与上上述方法相结结合，克服传传统方法的不不足来增强处处理不确定性性、不精确问问题的能力。RS理论作为一一种新的理论论，在最近的的十几年里有有着飞速的发发展，受到了了学者们的广广泛的关注。目目前，该理论论的有效性已已成功应用在在多种领域。它它具有以下几几种特点:(1) 不考虑虑先验知识。
39、利利用粗糙集分分析不确定问问题的时候只只需提供数据据本身所有的的信息，不用用额外附加任任何先验信息息。而对于其其他传统方法法，比如概率率论和模糊理理论等方法一一般来说需要要额外提供数数据信息，如如概率分布和和模糊隶属函函数等，而现现实应用中往往不不容易得到或或者得不到此此类信息。(2) 强大的的数据分析工工具。RS理理论具有强大大的处理不确确定性、不完完备或错误的的信息的能力力。它能够对对所要分析处处理的数据进进行简约并能能得到其最简简形式，又不不失关键信息息。在工程领领域尤为适用用。(3) 具有知知识与分类的的能力。在粗粗糙集理论中中，“知识”是对论域的的划分，利用用知识对所要要分析的数据据
40、进行划分，而而所有这种方方法的集合就就构成了知识识库。(4) 新型成成员。粗糙集集理论避免了了主观人为等等因素的影响响，它可以根根据已存在的的分类知识得得出粗糙集的的隶属度。这这一点与传统统方法不同。(5) 知识表表达较为科学学。粗糙集利利用决策表对对知识进行表表示与简约，在在实际工程中中，通过对数数据进行操控控来处理知识识。本章将系统地介介绍粗糙集（Rough Set，RS）理论的相关概念与方法。3.1 等价价关系掌握等价关系的的概念，是准准确理解粗糙糙集理论的基基础。定义3.1.11 假设两个集集合和，则称为一个个序偶。在序序偶中不可以以交换和的位置，若若交换，则变变成另一个序序偶。若与来
41、自同一集集合，则序偶偶中的两个元元素和也都来自同同一个集合。定义3.1.22 对于两个集合合和，则所有构成的的集合为和的笛卡尔乘乘积，记为。即即。定义3.1.33 两个集合合和的乘积的集合中中，一个子集集称为到的一个关系系。记为。例3.1 一一组关于水果果的集合苹果，香蕉蕉，梨，桔子子，哈密瓜，西西瓜，柚子，黄黄桃，葡萄，石石榴，水果数量量的集合22，4，6，7，则(苹果，7)，(香蕉，7)，(梨，7)，(桔子，7)，(哈密瓜，4)，(西瓜，4)，(柚子，4)，(黄桃，2)，(葡萄，2)，(石榴，6)，就是水果的的集合到其对对应数量集合合的一个关系系。定义3.1.44 定义3.1.4 如果集集
42、合上的关系系集合满足下下列条件，则则是集合上的等等价关系。设集合是集合上上的关系，满满足：(1)如果，则则称满足自返返性集合或者者称是自返的的。(2)如果，若若由必然推出出，则称满足对对称性或称是是对称的。(3)如果，若若由并且必然推出出，则称满足传传递性或称是是可传递的。定义3.1.55 如果集合上的的关系满足以以下几个性质质，即，它是是可传递的、对对称的、自返返的，则称为为等价关系，若若，则称和等价或者称称和是不可分辨的的。定义3.1.66 若是上的等价关关系，对于任任意，定义所所有与等价的的元素所构成成的集合为，即即，则称是由元素所生生成的等价类类。对于例3.1中中的关于水果果的集合，具
43、具有“相同数量”的等价类如如下所示：“数量为7的水水果” (苹果，7)，(香蕉，7)，(梨，7)，(桔子，7)“数量为6的水水果”(石榴，6)“数量为4的水水果”(哈密瓜，4)，(西瓜，4)，(柚子，4)“数量为2的水水果”(黄桃，2)，(葡萄，2)对于集合上的等等价关系若满满足以下关系系：(l)对于所有有，或，或；(2)从(1)可以得得出，若，则则说明生成的的等价类与生成成的等价类必必相等。所以以对于，无需需指明是哪种种元素。从(2)可以得得出，元素所所生成的等价价类的并集为为集合。定义给定集合，设非空集集合满足：(1)；(2)，如果，则则；(3)；则称集合是对集集合的划分。由上述定义可知知
44、，上的一个个等价关系可可以推出集合合的一个划分分，相反，这这个结论反过过来说也是成成立的，即由由的一个划分分也可以推出出上的等价关关系。设为的一个划分分，则的定义义为：设与是中的元素，若若与都属于，则。通过验验证得到关系系是上的一个等等价关系。由由此验证得出，划划分与等价关关系是相对应应的。3.2 知识识的定义与分分类知识是人工中一一个非常的概概念。解决复杂性性问题需要的的知识以及这这些知识的机机构。知识在在不同的范畴畴中有不同的的含义。但任任何知识都是是对事物变化化及规律的一一种概括性描描述。在粗糙糙集理论中，知知识被看作是是关于论域的的划分，是一一种对对象进进行分类的能能力。归根结结底知识
45、就有有对事物的特特征将进行分分门别类。在在该理论中，可可以通过对象象属性值的不不同而将其分分为不同的类类别。基于等等价关机较为为易处理，所所以就可以把把分类用等价价关系来替代代。定义3.2.11 设为论域，且且，为中的一簇等价关系，则则二元组称为为一个知识库库。定义3.2.22 若,且，则（P中全全部等价关系系的交集）也也是一种等价价关系，记为为，称为P上上的不可分辨辨关系。其中中，为所有与与不可分辨的的对象所在的的集合，即，中的每个对象都与有同样的属性。在分类知识中，基基本等价类为为其最小模块块。设基本等等价类为，由由U中得到，它它是将U中的的不可辩分关关系(P)分分成相互之间间不可相交的的
46、子集，即。由由于描述中对对象的属性都都是相同的，所所以之间是不不可分割的。令和为两个知识识库，若，也也就是说时，则则说明是等价价的，即。它的涵义义是：将化分的基本本等价类的一一样的，描述述的对象的概概念也是一样样的。换而言言之，知识等等价类就是用用不同的描述述方式来描述述同一的相同同事实。比如如说，首先令要被分分类的对象的的集合为，再令已经分类类后的结果放放在属性集中中，若分类的的结果无误的的话，则可以以说和的等价类是是一致的，即即用划分的等等价类与用描描述的分类结结果。3.3 信息息系统四元组被称为粗粗糙集理论中中的一个知识识系统，或者者也可以称为为属性值系统。它它是对客观事事物的一种描描述
47、。U为论论域，且,用来表示，AA是表示属性性的集合，且且,可来表示，VV为属性值域域集，是的值域，V，是一个个信息函数，它它为每个对象象的每个属性性赋予一个信信息值，即。设为一个知识表表达系统，且且，称为条件属属性集，为决决策属性集且且和都可用以下下两个集合来来表示：，故决策系系统也可用信信息系统来表表示，即用来来表示。例如，设F的论论域;其属性性为其中是条件属属性集，为决决策属性集。各各属性值域均均为:，F的信息表表可用下图表表示，信息表表中所有对象象的全部信息息都可以直接接通过该表来来查看，每一一行就代表一一个对象的全全部信息，其其中：行为对对象，列为属属性。表3-1 信息息表的一个示示例Uabcd0120120110102101110000103.4 可辨辨识矩阵和可可辨识函数3.4.1 可辨识矩阵阵 令为信息系统，其其中，论域为为（），条件属属性集合为，决决策属性为，将将在属性上的值值记录到中，为矩阵中中第行与第列所对对应的元素。则则用下面集合合来表示可辨辨识矩阵： （3-1）其中，。该矩阵阵可解释为，第第一行所描述述的意思是其其对应的元素素值不是同一一个属性值的的集合；第二二行当所对应应的元素值是是0的时候代代表其决策值值是相同的；第三行所对对应的元素值值是，即其属属性值是一样样的，而决策策值不是一样样的，此种情情况说明该记记录为冲突的的。3.4.2