基于黑板模型专家系统的电缆带电检测决策支持系统

金娜1闫贻鹏2

（1.国网上海市电力公司金山供电公司上海200540；

2.国网上海市电力公司青浦供电公司上海201700）

摘要：为提高电缆带电检测的效率，本文提出了一种基于黑板模型专家系统的电缆带电检测决策系统，该系统利用黑板模型，融合专家的知识和经验，并将电缆以往运行数据作为基础，计算出各条电缆需进行带电检测的急迫性和经济性，得出最优策略，呈现给运行人员，以提高电缆的带电检测效率。

关键词：黑板模型；电缆；带电检测；最优策略

1.引言

由于电缆占用空间少、供电可靠性高、维护费用低等特点，近年来在城市电网中已得到广泛应用，但由于电缆线路敷设于地下，对其进行故障抢修会耗费大量时间和精力。因此，如何降低电缆的故障率，已是各个公司及高校的重要研究课题。

目前，除防止电缆外损故障外，电力公司防止运行故障的方法是对电缆进行带电检测[1]，带电检测的方法一般为红外测温和局部放电试验。但是，由于近年来电缆设备的不断增多、带电检测设备费用昂贵等问题，使得有限的带电检测资源与庞大的电缆设备之间的矛盾日益突出，如何合理的安排带电检测顺序，节省运维成本的问题仍没得到有效解决。

鉴于电力电缆运行故障的复杂性、产生原因的多样性[2]，本文提出了一种在已有的电缆运行数据基础上，结合多位专家的知识和经验，基于黑板型专家系统，对电缆检测急迫性进行排序，从而合理决策并安排电缆带电检测，节省成本开支，从而利用最少的资源最大限度地保证电缆的安全稳定运行。

2.专家系统的设计

导致电缆可能发生故障的原因很多，同时各条电缆位置不同，一次带电检测工作还需考虑路线、车程等问题，因而会有多种知识会堆积在一起，如果单一考虑某一条知识很容易产生冲突或是“知识爆炸”，因此本文采用黑版型专家系统[3-4]用于协同求解多知识源的问题，以便更好地判断检测电缆的优先顺序。该系统由数据库、黑板、知识源、控制策略、人机交互平台五大部分组成。

2.1数据库

数据库用于存放有关电缆的各类数据，包括电缆的台账信息、电缆通道环境信息、电缆历史数据信息共三大信息数据表。

电缆台账信息表主要有：电缆长度、电缆接头个数、电缆接头制作人员、电缆型号、电缆本体生产厂家、电缆附件生产厂家、电缆生产日期、电缆投运日期等；电缆通道环境信息表主要有：电缆两端位置、通道位置、电缆敷设方式、周围土质湿度情况、周围环境情况等；电缆历史数据信息表主要有：近期带电检测数据、电缆通道上办过的绿卡信息、近年来电缆负荷情况、近期试验数据等。

2.2黑板

黑板是黑板模型专家系统的全局工作区域，一般分为若干个信息层，每一个信息层描述该领域问题中的某一类信息，根据前文对电缆故障原因的讨论，建立4个信息层，这4个信息层由底层到高层存在一个深入判断过程，下层信息是上层信息的基础和依据，上层信息是对下层信息的进一步提升。

信息层1是对电缆近阶段运行情况的判断，主要是通过近阶段带电检测的记录，对设备进行一个初步判断的结果；信息层2是综合周围大气、土质等环境因素分析，是综合分析的结果；信息层3是对电缆所供负荷情况的分析，是针对负荷大小及重要程度分析的结果；信息层4是对电缆绝缘情况的分析，是综合标准、趋势等因素，对电缆进一步判断，并给出相应绝缘情况估计的结果。

2.3知识源

知识源在黑板模型专家系统中式描述某个独立领域的知识库[6]，黑板不同的状态会触发不同领域的知识源。按照面向对象一一对应的原则，本文建立了4个知识源，其互相之间独立，只通过黑板进行知识源之间的交互。

知识层1是初步判断知识层。该类知识是纵向考虑，结合前期带电检测结果，是否近期有过检测，并根据电力行业的标准，总结超出警戒线的设备；

知识层2是综合分析知识层。该类知识是横向考虑，综合分析周围环境、位置等因素，并考虑同类环境下其他电缆的检测数据，进行横向比较，确定情况严重的设备；

知识层3是负荷分析知识层。该类知识是分析受电端负荷情况，考虑负荷变化对电缆检测结果的影响，并酌情考虑负荷的重要等级；

知识层4是绝缘估计知识层。该类知识是目前是结合电力行业的相关制度、标准等，综合考虑前面的结论，并给出电缆绝缘情况的判断结果。

2.4控制策略

控制策略决定了系统的决策过程。在黑板模型中，控制策略主要包括监督程序和决策程序[5]。其中，监督程序是监督黑板上数据的变化，并根据不同信息层数据的变化选择对应知识源，该知识源被激活；决策程序是选取对应的数据、信息层和知识源，做出决策，并将决策的结果放入相应的黑板信息层中。

2.5人机交互平台

人机交互平台是录入数据的场所，同时也是决策支持的方式。操作人员通过平台将数据录入数据库，通过人机交互，能够实现电缆带电检测顺序的求解，获得安排电缆带电检测的方案。

3.应用流程

图1基于黑板模型的决策系统图

当电缆带电检测人员需要安排电缆带电检测时，1）通过人机交互平台发出需检测电缆的数量；2）系统通过黑板、知识源层次调取信息和知识；3）通过调取的信息和知识，从数据库调取数据；4）利用提前设定的各项信息权重，计算出电缆带电检测的最优策略；5）计算结果由人机交互平台反馈给状态检修人员。

黑板模型的决策系统通过研究电缆设备缺陷实体模型局部放电信号的时域和频域波形，建立科学有效的数据库，进而找出缺陷类型和决策系统图之间的关系。高压电缆放电测试黑板模型的决策系统具有安全性好、准确度高和可靠性强等优点。

经过现场实际应用，成功判断所建立的高压电缆带电检测有效性评估系统能够正确识别电缆的放电能力。

4.结论

本文首先介绍了电缆运行故障的几种原因，又提出了一种基于黑板模型专家系统的电缆带电检测决策系统，利用黑板模型，快速给出最优的电缆带电检测的策略，合理安排电缆带电检测的次序，从而提高电缆带电检测效率。电力行业对于国家的发展非常重要，电缆是电力实现有效、安全运输的基础，因此，相关人员要不断完善电力电力局部放电带电检测技术，保障电力运输安全、稳定。

参考文献：

[1]周韫捷.电缆设备状态检测技术的应用现状与展望[J].供用电，2010，3（27）：47-51.

[2]缪长钦：电力系统运行中电缆故障诊断方法[J].应用方法论，2011（20）：103.

[3]阮阳，黄伟，胡文平等：基于黑板模型专家系统的黑启动决策支持系统[J].电力系统保护与控制，2009，3（37）：16-20.

[4]张毅刚，郁惟镛，赵亚奎.发电机绝缘诊断专家系统的研究[J].高电压技术.2004，9（30）：35-37

[5]李明，韩学山，王勇等，变电站状态检修决策模型与求解[J].中国电机工程学报，2012，25（32）：196-202.

[6]廖瑞金瑚，陈果，孙才新等，多专家合作诊断变压器绝缘故障的黑板型专家系统[J].电工技术学报，2002（2）：85-90