【正文】 種功能，也就是人們熟知的四遙。其基本組成包括：FTU(饋線終端單元)、RTU(遠(yuǎn)程終端單元)。在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中，SCADA系統(tǒng)以微機(jī)保護(hù)裝置和RTU為信息源，運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)視和操控變電所的控制、信號(hào)、測(cè)量等回路，并以此取代傳統(tǒng)的監(jiān)控屏，成功的減少了變電所的設(shè)備投資以及占地面積，提升了二次設(shè)備的可靠性。變電站的SCADA系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由RTU、信道和主站計(jì)算機(jī)構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖21。 圖21 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖目前，變電站使用的現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)方量測(cè)終端（RTU）裝置有兩種，分別為布線式數(shù)字遠(yuǎn)動(dòng)裝置和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：(1)收集變電站現(xiàn)場(chǎng)的量測(cè)量以及狀態(tài)量等數(shù)據(jù)，即遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)。通過主站發(fā)出指令控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。(2)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一些基本處理，包括：量測(cè)量的死區(qū)比較、狀態(tài)量的變位比較以及越限的告警等。(3)與主站之間進(jìn)行通信，具體是指進(jìn)行通信規(guī)約的處理，將數(shù)據(jù)傳送至主站，同時(shí)接收主站下達(dá)的命令和數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和人之間聯(lián)系交流的一個(gè)重要平臺(tái)。在變電站中，首先將電壓互感器和電流互感器采集電氣量送到電流、電壓以及功率的變送器中，將其轉(zhuǎn)換成很小的直流電壓信號(hào)。其次，在遠(yuǎn)方終端(RTU)中通過多路采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換和抗干擾編碼三個(gè)環(huán)節(jié)將直流電壓信號(hào)處理成了數(shù)字信號(hào)，繼而采用調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等調(diào)制方式將其調(diào)制在信息載體上。然后，信號(hào)傳輸?shù)街髡居?jì)算機(jī)中進(jìn)行解調(diào)，之后經(jīng)智能接口的串并轉(zhuǎn)換以及譯碼處理到達(dá)前置機(jī)，信息在經(jīng)過前置機(jī)的刻度轉(zhuǎn)換和初檢測(cè)后，由主機(jī)確認(rèn)是否可用，可用就送入到數(shù)據(jù)庫。最后，運(yùn)行人員可以通過模擬盤和顯示器監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)量和狀態(tài)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備的監(jiān)視和控制。其詳細(xì)的數(shù)據(jù)流程示意圖如圖22，圖的左側(cè)為一次系統(tǒng)，右側(cè)為二次系統(tǒng)。 圖22 SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸流程示意圖 變電站SCADA系統(tǒng)的功能隨著綜合自動(dòng)化水平的提高，SCADA系統(tǒng)在變電站得到了普遍的應(yīng)用。變電站SCADA系統(tǒng)的基本功能有以下三點(diǎn)：(l) 各種設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集以及控制指令的發(fā)送。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變電站的許多運(yùn)行信息進(jìn)行了采集、分析和處理。這些運(yùn)行信息包括一次設(shè)備的電壓、電流和功率大小等。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還為運(yùn)行人員提供了觀測(cè)這些數(shù)據(jù)的窗口。另外，運(yùn)行人員利用監(jiān)控系統(tǒng)可以向測(cè)控設(shè)備下達(dá)控制命令(例如開關(guān)的分閘、合閘等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一次設(shè)備的有效控制。(2) 各種設(shè)備參數(shù)狀態(tài)表達(dá)以及報(bào)警信號(hào)處理監(jiān)控系統(tǒng)可以明確的表示變電站設(shè)備的狀態(tài)量。這些狀態(tài)量包括斷路器狀態(tài)、刀閘狀態(tài)的變化、繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作情況等。變電站的設(shè)備在運(yùn)行的過程中難免會(huì)出現(xiàn)短路、過電壓、過負(fù)荷等異常情況。監(jiān)控系統(tǒng)提供了事件與報(bào)警功能，使得一次設(shè)備運(yùn)行的各種異常狀態(tài)以及各種變化都能迅速得到響應(yīng)。另外，監(jiān)控系統(tǒng)還具有對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)、修改以及向上級(jí)電力調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)等作用。(3) 事故追憶和趨勢(shì)分析監(jiān)控的目的除了監(jiān)視和控制設(shè)備外，還有可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)事故發(fā)生可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)。從這個(gè)意義考慮，監(jiān)控系統(tǒng)具有對(duì)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)的保留和系統(tǒng)操作情況記錄功能。 變電站常見的故障變電站故障診斷需要判斷的故障源通常有電力線路、母線、變壓器、無功補(bǔ)償設(shè)備等。下面將對(duì)變電站中上述設(shè)備的常見故障依次進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 電力線路故障電力線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，電能通過它進(jìn)行分配和傳輸。通常把從電源向負(fù)荷中心傳輸電能的線路定義為輸電線路，其電壓等級(jí)為：35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等；把擔(dān)任分配任務(wù)的線路稱為配電線路，其電壓等級(jí)為：380/220V、6kV、10kV等。變電所之間通過輸電線路進(jìn)行聯(lián)接，通過配電線路將電能送到用戶。電力線路按照其結(jié)構(gòu)可以分為兩類：架空輸電線路和地下電纜線路。它們是電力系統(tǒng)的動(dòng)脈，其運(yùn)行情況決定電網(wǎng)的安全性、可靠性和效益。電力線路常見的故障類型及故障原因見表21。表21 電力線路的故障類型及故障原因故障類型故障原因斷路故障① 導(dǎo)線在外力作用下被碰斷；② 導(dǎo)線的連接金具銹蝕，連接頭松脫；③ 銅鋁接頭嚴(yán)重腐蝕、氧化造成斷開；④ 導(dǎo)線連接部位發(fā)熱熔斷。短路故障⑤ 導(dǎo)線絕緣層、支持絕緣等受外力作用損壞；⑥ 雷擊、大風(fēng)等惡劣天氣導(dǎo)線間絕緣被破壞；⑦ 導(dǎo)線絕緣子表面污穢，造成閃絡(luò)；⑧ 由于檢修失誤或操作錯(cuò)誤造成人為的短路。 母線故障母線是變電站中重要的一類元件。變電所中同一電壓等級(jí)配電裝置的連接，以及變壓器等電氣設(shè)備和相應(yīng)電壓等級(jí)配電裝置的連接都是通過母線實(shí)現(xiàn)的。母線有軟硬之分，多是矩形或圓形截面的裸導(dǎo)線。通過母線，電能才可以集中、分配與傳送。一旦母線發(fā)生故障，與母線相連接的所有元件都將停電，甚至造成變電站全站失壓和供電區(qū)域內(nèi)的大面積停電，后果非常嚴(yán)重。母線本身故障主要是短路故障，并且大多數(shù)情況下為單相接地短路故障。母線失電是指母線本身無故障而失去電源，一般是由于系統(tǒng)故障、繼電保護(hù)、開關(guān)誤動(dòng)或該母線上的出線、變壓器等故障、開關(guān)或保護(hù)拒動(dòng)，而使該母線上的電源開關(guān)越級(jí)跳閘所致；判斷母線失電的依據(jù)是同時(shí)出現(xiàn)下列現(xiàn)象：（1）該母線的電壓顯示消失；（2）該母線的各出線及變壓器負(fù)荷消失；（3）該母線所供的站用變失電。母線故障通常是由母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作來切除的。引起母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的主要原因有：（1）母線絕緣子因污穢或者大霧天氣等引起的閃絡(luò)；（2）母線電壓互感器發(fā)生故障；（3）連接在母線上的電流互感器發(fā)生故障；（4）斷路器和裝設(shè)在母線側(cè)的隔離開關(guān)的支持絕緣子損壞；（5）由于工作人員的誤操作而產(chǎn)生的母線故障。 變壓器故障變壓器作為變電站的核心設(shè)備，在變電站中的地位非常重要。它的作用是通過變換電壓達(dá)到傳輸功率的目的。變壓器主要有升壓變壓器和降壓變壓器兩種類型。升壓變壓器進(jìn)行升壓后，線路損耗得以減少，送電成本就更加經(jīng)濟(jì)，可以實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)距離傳輸；降壓變壓器進(jìn)行降壓后，高電壓變?yōu)闈M足用戶需要的各級(jí)使用電壓。由于變電站的變壓器大多安裝在戶外，受外界的自然環(huán)境的影響比較大，同時(shí)變壓器的運(yùn)行還受到負(fù)荷的影響，加上短路故障的威脅，極有可能出現(xiàn)異常和故障。變壓器常見的故障類型和原因如表22。表22 變壓器的故障類型及故障原因故障類型故障原因內(nèi)部短路① 各相繞組之間相間短路；② 一相繞組線匝間短路；③ 某相繞組與鐵芯間接地短路；④ 某相引出線與外殼間接地短路。外部短路① 外部引線之間發(fā)生相間短路；② 絕緣套管破損或閃絡(luò)等引起的引出線經(jīng)外殼單相接地短路。 無功補(bǔ)償設(shè)備故障變電站用于無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備主要是并聯(lián)電容器。并聯(lián)電容器的主要功能是用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率，使得功率因數(shù)提高，從而改善電壓質(zhì)量和降低線路損耗，提高電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備出力。電力系統(tǒng)中的負(fù)荷如變壓器、電動(dòng)機(jī)等，大部分都是感性負(fù)荷，它們?cè)谶\(yùn)行過程中需要消耗大量的無功功率。在變電站中安裝并聯(lián)電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備，就可以向這些設(shè)備提供無功功率，就能夠減少了無功功率在電力系統(tǒng)中的流動(dòng)，降低變壓器、線路等因輸送無功功率而造成的電能損耗。變電站的并聯(lián)電容器通常是油浸式的，這類電容器用金屬箔（作為極板）與絕緣紙一起卷繞，由若干元件、絕緣件和緊固件經(jīng)過壓裝而構(gòu)成電容心子并浸漬到絕緣油中，電容極板的引線經(jīng)串、并聯(lián)后引至出線瓷套管下端的出線連接片。現(xiàn)在有的電力電容器還裝設(shè)放電線圈和熔絲。電容器常見的故障類型和可能的故障原因見表23。表23 電容器的故障類型及故障原因故障類型故障原因滲油① 外殼焊接處銹蝕② 瓷質(zhì)套管和外殼交界的地方有裂紋；③ 旋緊套管接頭螺栓過程中用力過大造成套管破裂；④ 設(shè)備外殼質(zhì)量不好，有滲漏點(diǎn)。異響① 外部套管、引線接頭發(fā)生放點(diǎn)；② 內(nèi)部電容有局部放電；③ 內(nèi)部引接線松動(dòng)接觸不良造成放電。發(fā)熱① 導(dǎo)線連接處螺絲松動(dòng)；② 反復(fù)投切，多次受勵(lì)磁涌流作用；③ 過電壓運(yùn)行；④ 環(huán)境溫度過高。電容擊穿① 小動(dòng)物（如老鼠等）鉆入引線接頭間造成短路；② 瓷瓶表面積攢大量灰塵，受潮等外部影響下發(fā)生相間短路③ 長(zhǎng)期在過電壓情況下運(yùn)行，絕緣介質(zhì)過早的老化變形、爆破① 絕緣油滲漏，內(nèi)部進(jìn)入空氣，導(dǎo)致介質(zhì)膨脹；② 電容器與外殼間的絕緣遭到破壞③ 通風(fēng)條件差，油溫升高、運(yùn)行電壓變化較大④ 電容設(shè)備質(zhì)量差，內(nèi)部元件擊穿 本章小結(jié)本章首先介紹了變電站故障診斷的信息來源,即SCADA系統(tǒng)的基本知識(shí)。SCADA系統(tǒng)是電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中最基本的功能模塊，具有信息量大、實(shí)時(shí)更新、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，已成為電力調(diào)度必不可少的工具之一。該系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。另外，對(duì)變電站常見故障類型進(jìn)行了介紹，變電站故障診斷的主要任務(wù)就是對(duì)故障源的識(shí)別過程,變電站常見的故障源有電力線路、母線、變壓器、無功補(bǔ)償設(shè)備等。本文在簡(jiǎn)要介紹了常見故障源的基本功能和在系統(tǒng)中所處地位的基礎(chǔ)上，又詳細(xì)分析了不同故障源的故障類型、原因和現(xiàn)象，為故障診斷提供可靠依據(jù)。第3章 粗糙集的基本理論粗糙集（Rough Set，RS）理論是由波蘭科學(xué)家Z．Pawlka在1982年提出的一種數(shù)學(xué)方法，該數(shù)學(xué)方法是用來處理不確定信息的方法。由于該方法能夠定量的分析處理不嚴(yán)密、不確定或不完全的信息與知識(shí)，因此受到了社會(huì)科學(xué)及自然科學(xué)和工程等各領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。于此之前的數(shù)學(xué)方法有概率統(tǒng)計(jì)理論、證據(jù)理論、模糊集理論，它們都是用來處理不精確不確定性的數(shù)學(xué)工具。傳統(tǒng)的這些對(duì)不確定信息處理的方法在處理問題時(shí)需將先獲得所要處理問題的大量信息，比如說數(shù)據(jù)的附加信息等，這些在實(shí)際問題中是很難獲得到的，所以在處理信息量較大的問題方面就顯得能力不足，而RS理論作為一種獨(dú)立的理論也可與上述方法相結(jié)合，克服傳統(tǒng)方法的不足來增強(qiáng)處理不確定性、不精確問題的能力。RS理論作為一種新的理論，在最近的十幾年里有著飛速的發(fā)展，受到了學(xué)者們的廣泛的關(guān)注。目前，該理論的有效性已成功應(yīng)用在多種領(lǐng)域。它具有以下幾種特點(diǎn):(1) 不考慮先驗(yàn)知識(shí)。利用粗糙集分析不確定問題的時(shí)候只需提供數(shù)據(jù)本身所有的信息，不用額外附加任何先驗(yàn)信息。而對(duì)于其他傳統(tǒng)方法，比如概率論和模糊理論等方法一般來說需要額外提供數(shù)據(jù)信息，如概率分布和模糊隸屬函數(shù)等，而現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中往往不容易得到或者得不到此類信息。(2) 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具。RS理論具有強(qiáng)大的處理不確定性、不完備或錯(cuò)誤的信息的能力。它能夠?qū)λ治鎏幚淼臄?shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)約并能得到其最簡(jiǎn)形式，又不失關(guān)鍵信息。在工程領(lǐng)域尤為適用。(3) 具有知識(shí)與分類的能力。在粗糙集理論中，“知識(shí)”是對(duì)論域的劃分，利用知識(shí)對(duì)所要分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，而所有這種方法的集合就構(gòu)成了知識(shí)庫。(4) 新型成員。粗糙集理論避免了主觀人為等因素的影響，它可以根據(jù)已存在的分類知識(shí)得出粗糙集的隸屬度。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)方法不同。(5) 知識(shí)表達(dá)較為科學(xué)。粗糙集利用決策表對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示與簡(jiǎn)約，在實(shí)際工程中，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操控來處理知識(shí)。本章將系統(tǒng)地介紹粗糙集（Rough Set，RS）理論的相關(guān)概念與方法。 等價(jià)關(guān)系掌握等價(jià)關(guān)系的概念，是準(zhǔn)確理解粗糙集理論的基礎(chǔ)。 假設(shè)兩個(gè)集合和，，則稱為一個(gè)序偶。在序偶中不可以交換和的位置，若交換，則變成另一個(gè)序偶。若與來自同一集合，則序偶中的兩個(gè)元素和也都來自同一個(gè)集合。 對(duì)于兩個(gè)集合和，，則所有構(gòu)成的集合為和的笛卡爾乘積，記為。即。 兩個(gè)集合和的乘積的集合中，一個(gè)子集稱為到的一個(gè)關(guān)系。記為。 一組關(guān)于水果的集合{蘋果，香蕉，梨，桔子，哈密瓜，西瓜，柚子，黃桃，葡萄，石榴}，水果數(shù)量的集合{2，4，6，7}，則{(蘋果，7)，(香蕉，7)，(梨，7)，(桔子，7)，(哈密瓜，4)，(西瓜，4)，(柚子，4)，(黃桃，2)，(葡萄，2)，(石榴，6)}，就是水果的集合到其對(duì)應(yīng)數(shù)量集合的一個(gè)關(guān)系。 如果集合上的關(guān)系集合滿足下列條件，則是集合上的等價(jià)關(guān)系。設(shè)集合是集合上的關(guān)系，滿足：(1)如果，則稱滿足自返性集合或者稱是自返的。(2)如果，若由必然推出，則稱滿足對(duì)稱性或稱是對(duì)稱的。(3)如果，若由并且必然推出，則稱滿足傳遞性或稱是可傳遞的。 如果集合上的關(guān)系滿足以下幾個(gè)性質(zhì)，即，它是可傳遞的、對(duì)稱的、自返的，則稱為等價(jià)關(guān)系，若，則稱和等價(jià)或者稱和是不可分辨的。 若是上的等價(jià)關(guān)系，對(duì)于任意，定義所有與等價(jià)的元素所構(gòu)成的集合為，即，則稱是由元素所生成的等價(jià)類。，具有“相同數(shù)量”的等價(jià)類如下所示：“數(shù)量為7的水果”— {(蘋果，7)，(香蕉，7)，(梨，7)，(桔子，7)}“數(shù)量為6的水果”—{(石榴，6)}“數(shù)量為4的水果”—{(哈密瓜，4)，(西瓜，4)，(柚子，4)}“數(shù)量為2的水果”—{(黃桃，2)，(葡萄，2)}對(duì)于集合上的等價(jià)關(guān)系若滿足以下關(guān)系：(l)對(duì)于所有，或，或；(2)從(1)可以得出，若，則說明生成的等價(jià)類與生成的等價(jià)類必相等。所以對(duì)于，無需指明是哪種元素。從(2)可以得出，元素所生成的等價(jià)類的并集為集合。定義給定集合，設(shè)非空集合滿足：(1)；(2)，如果，則；(3)；則稱集合是對(duì)集合的劃分。由上述定義可知，上的一個(gè)等價(jià)關(guān)系可以推出集合的一個(gè)劃分，相反，這個(gè)結(jié)論反過來說也是成立的，即由的一個(gè)劃分也可以推出上的等價(jià)關(guān)系。設(shè)為的一個(gè)劃分，則的定義為：設(shè)與是中的元素，若與都屬于，則。通過驗(yàn)證得到關(guān)系是上的一個(gè)等價(jià)關(guān)系。由此驗(yàn)證得出，劃分與等價(jià)關(guān)系是相對(duì)應(yīng)的。 知識(shí)的定義與分類知識(shí)是人工中一個(gè)非常的概念。解決復(fù)雜性問題需要的知識(shí)以及這些知識(shí)的機(jī)構(gòu)。知識(shí)在不同的范疇中有不同的含義。但任何知識(shí)都是對(duì)事物變化及規(guī)律的一種概括性描述。在粗糙集理論中，知識(shí)被看作是關(guān)于論域的劃分，是一種對(duì)對(duì)象進(jìn)行分類的能力。歸根結(jié)底知識(shí)就有對(duì)事物的特征將進(jìn)行分門別類。在該理論中，可以通過對(duì)象屬性值的不同而將其分為不同的類別?；诘葍r(jià)關(guān)機(jī)較為易處理，所以就可以把分類用等價(jià)關(guān)系來替代。 設(shè)為論域，且，為中的一簇等價(jià)關(guān)系，則二元組稱為一個(gè)知識(shí)庫。 若,且，則（