劉練 夏銳

摘 要：電力生產(chǎn)行業(yè)設備復雜、工藝龐大，在日常的生產(chǎn)和檢修維護作業(yè)中存在很多危險源，因此企業(yè)需要通過管理手段來避免工作人員在生產(chǎn)作業(yè)過程中可能遇到的危險，我們經(jīng)常用到一套電力設備運維智能管控系統(tǒng)。電力設備運維智能管控系統(tǒng)是一項融合了數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)利用的智能管控系統(tǒng)。如何將這些孤立的子模塊連接利用起來，達到數(shù)據(jù)資源的整合有效，是電力設備運維智能管控系統(tǒng)的研究關鍵。

關鍵詞：運維;管控;數(shù)據(jù);電力設備

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0181-02

1 概述

電力設備的運行維護無疑是一項關于生產(chǎn)和安全的大事，隨著近年來運維智能管控體系的全面推廣，逐步實現(xiàn)了管控系統(tǒng)信息匯集、數(shù)據(jù)分析及信息流轉功能，但運維智能管控體系還未實現(xiàn)全面貫通、高效傳統(tǒng)的管理目標。需要通過精確掌握設備實時信息，加強運維業(yè)務及資源管控，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供有力的組織保障。電力設備的種類很多，包括電氣設備及線路、熱力機械、熱工熱控系統(tǒng)等等，在日常生產(chǎn)和檢修維護過程中，工作人員經(jīng)常會因為個人疏忽或工作監(jiān)護不到位或違規(guī)作業(yè)等發(fā)生安全事故，導致對人身安全和設備本身造成巨大傷害，甚至出現(xiàn)工作人員傷亡。

2 存在問題

變電站的電力設備運行維護基于人工判斷，出錯率高，時間和人力成本較高。電網(wǎng)集控中心對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)容易把握，但對現(xiàn)場設備的具體運行情況了解不夠，操作人員到現(xiàn)場后才能反饋現(xiàn)場設備準確狀態(tài)到集控中心，導致電力設備運維環(huán)節(jié)周期非常長，集控中心不能實時掌握現(xiàn)場設備情況，只能根據(jù)操作人員上報的信息進行簡單的判斷和調(diào)度。經(jīng)常因為上報的信息不全面導致電力設備運行維護系統(tǒng)執(zhí)行不暢[1]。

現(xiàn)階段我們需要一種全面監(jiān)控現(xiàn)場電力設備數(shù)據(jù)，高效貫通的管控系統(tǒng)幫助我們實現(xiàn)電力設備數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)利用的一系列設備運維管控智能化。

3 設計思想

電力設備運維智能管控系統(tǒng)是基于智能電網(wǎng)發(fā)展而來，智能電網(wǎng)的核心是構建具備智能判斷與自適應調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡系統(tǒng)，其本質為能源替代和兼容利用，海量電力數(shù)據(jù)的采集及終端智能化、電力數(shù)據(jù)的傳遞、電力數(shù)據(jù)的一體化分析和管理、電力信息的綜合應用[2]。

一種電力設備運維智能管控系統(tǒng)，需要大量的數(shù)據(jù)作為基礎，進行智能化分析和決策，在這過程中，建立實用的專家規(guī)則庫是一種直接有效的辦法。最后有用的數(shù)據(jù)資源不僅可以為電力設備運行維護所用，也可以整合到其他行業(yè)中去提供支持。

4 控制系統(tǒng)

根據(jù)以上設計思想，該設備運維管控系統(tǒng)包括以下幾個模塊。

4.1 設備參數(shù)采集模塊

將采集的參數(shù)發(fā)送集控中心，在集控中心可以進行查詢，推送給需要的部門。

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的計量、保護、變換、控制、監(jiān)測、用電等設備接入電力系統(tǒng)，各種電力設備的運行產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，目前多數(shù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備仍然基于傳動的工業(yè)采集裝置，數(shù)據(jù)可靠性差，精度低，也使得終端設備的智能化程度低。目前市場上存在著很多微型智能傳感器具備高精度、低功耗、微型化、智能計算的特點，一方面可以完成設備信息的采集、提取及傳遞;另一方面通過本地邊緣計算，實現(xiàn)終端智能化，完成本地自控，從而無需像傳統(tǒng)設備一樣只具備遙測遙信功能而不具備遙控功能[3]。

與設備有關的參數(shù)依靠各種傳感器采集：電壓傳感器，電流傳感器，壓強傳感器，溫度傳感器，濕度傳感器，風速傳感器，雨量傳感器，氣體濃度傳感器，電磁傳感器等等。

下面舉例說說其中幾種特殊傳感器：

溫度傳感器：測溫終端采用微功耗技術，使用8AH/3.6V的自消耗低、壽命長、耐高溫的鋰亞電池供電方式，能夠使溫度采集終端單元工作在5年以上;鋰亞電池與微功耗技術相結合，很好地解決了測溫終端單元取電的問題。

局部氣象環(huán)境監(jiān)測傳感器：監(jiān)測的氣象參數(shù)主要包括風速、風向、氣溫、濕度、氣壓等。系統(tǒng)將采集到的各種氣象參數(shù)及其變化狀況通過網(wǎng)絡實時地傳送到集控中心。

氣象傳感器的氣象數(shù)據(jù)包括氣溫、氣壓、風速、風向、相對濕度和降雨量，將溫度、濕度、降雨量、風速、雷電等實時數(shù)據(jù)或預報值與設備地理坐標進行空間分析，實時計算出設備周邊發(fā)生的環(huán)境變化，將計算分析結果與設備運維關心的惡劣雷電、氣象指標進行匹配，形成告警信息在地圖進行顯示[3]。

氣體傳感器：型號為TGS3048，該傳感器由加熱器和金屬氧化物半導體組成，可識別低壓交直流電纜高溫分解時產(chǎn)生的氣體，氣體濃度越高，傳感器電導率越高，氣體濃度對應的電壓輸出也越高。該傳感器識別的氣體為揮發(fā)性有機物，包括乙烷、乙酸乙酯、2-苯基-1-丙烯，笨乙酮、鄰笨二甲酯二丁酯，通過對某種氣體濃度的檢測，來判斷電纜設備是否高溫發(fā)生故障。

4.2 數(shù)據(jù)歸納及數(shù)據(jù)處理分析模塊

當傳感器測量的數(shù)據(jù)到達集控中心后，集控中心負責提取有用的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進行歸納和處理分析。另外集控中心內(nèi)部有專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是一個龐大的安全策略庫，有些安全策略是基于五防邏輯的，比如操作某一個設備，必須要其他相關設備的狀態(tài)是符合五防邏輯的。設備狀態(tài)確認基于電壓參數(shù)，電流參數(shù)的判定。有些安全策略基于設備環(huán)境考慮，比如設備當前的溫度，濕度，設備的氣壓參數(shù)。當溫度，濕度，設備氣壓參數(shù)超出一定范圍，被認為不安全。有些安全策略是基于極端天氣下的露天設備考慮，涉及的參數(shù)比如風速參數(shù)，雨量參數(shù)。有些安全策略是基于傳輸電纜故障檢測，涉及的參數(shù)包括氣體濃度，當某段線纜某種目標氣體的含量超出一定值，認為其區(qū)域線纜有故障。

以上設備中出現(xiàn)違反安全策略，會進行可視化告警提示，展示異常數(shù)據(jù)以及提醒可能存在原因和解決方案（基于異常數(shù)據(jù)的基本分析和以往案例）。

當然，專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不僅有安全策略，還可以將安全狀態(tài)下的實時設備數(shù)據(jù)入庫，設備運行的大量實時數(shù)據(jù)作為訓練樣本，規(guī)則分類，生成新的安全策略供人工驗證，篩選，使用。隨著這樣自學習的過程，專家系統(tǒng)的安全策略會越來越豐富，越來越自適應，越來越人性化。

還可以專門將氣象預警信息單獨列出來作為獨立模塊，從而提高對預警信息快速了解和定位。在本專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫下的智能預警提示中，可以有效過濾次要信息，快速判斷設備狀態(tài)，讓運行人員盡快判斷故障可能類別，并提供正確處理的解決方案和提醒運行人員值得注意的事項。專家數(shù)據(jù)庫中還存儲了大量的氣象歷史數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)分析，看出氣象變化趨勢，災害空間分布情況，發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律，建立相應的氣象庫及指標條件，配合這些指標條件自行處理氣象數(shù)據(jù)。下面簡單討論一下專家氣象數(shù)據(jù)庫[4]。

（1）氣象災害預警量化指標;通過分析多年來由氣象災害引發(fā)的電網(wǎng)故障及其發(fā)生的原因，通過數(shù)據(jù)分析、提煉和總結故障發(fā)生時的氣象條件，初步確定各類氣象災害可能發(fā)生的量化的氣象指標條件。為了使規(guī)則庫的修改維護方便和靈活，這些氣象災害類型、等級以及氣象指標條件可以進行自定義。

（2）氣象災害預警機制;系統(tǒng)每天自動接收氣象局提供的未來7天的氣象預報信息，經(jīng)過統(tǒng)計分析后根據(jù)預警類型指標定義自動提取預警區(qū)域和受影響范圍，通過郵件或短信自動將預警信息發(fā)給生產(chǎn)一線專責。整個過程無需人工參與，不但節(jié)省人力物力，還大幅提升了數(shù)據(jù)的處理效率和可靠性。

（3）氣象災害預警信息確認;由系統(tǒng)自動生成的預警信息經(jīng)人工檢驗后，在預警記錄信息上添加確認標簽和注釋信息。預警指標的調(diào)整需要不斷觀察和總結，需要不斷修改自適應，逐步提高災害預警的精確度[4]。

綜上，專家氣象數(shù)據(jù)庫可根據(jù)當前氣象和預測值，進行空間分析和計算，得出氣象災害可能影響的范圍，并自動生成預警信息;歷史統(tǒng)計分析功能可從時間和空間兩方面對氣象變化趨勢，災害空間分析情況進行跟蹤和對比，從而發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律。不管是系統(tǒng)自動生成的氣象預告警信息，還是通過歷史統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)的潛在規(guī)律，系統(tǒng)旨在通過這些功能，將氣象多源數(shù)據(jù)信息有效處理到一起，展示給運維檢修人員，讓運維人員提前做好預防措施，減災防災，從而提高電網(wǎng)運行的安全水平。

4.3 數(shù)據(jù)利用模塊

集控中心面對大量的電力設備數(shù)據(jù)，還可以進一步加工數(shù)據(jù)，使其為社會其他行業(yè)服務。例如風向數(shù)據(jù)，雨量數(shù)據(jù)，溫度數(shù)據(jù)，濕度數(shù)據(jù)均可提供給氣象部門，作為當?shù)貧庀笱芯康臉颖緮?shù)據(jù)。

電網(wǎng)各部門獨立運行，如何對龐大的電力數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析，互補融合，打破相互的障礙，降低信息冗余，實現(xiàn)運維、檢修、調(diào)度、營銷、計量、財務、資產(chǎn)等不同業(yè)務貫通。本系統(tǒng)不僅可以達到電力設備的數(shù)據(jù)分析，進一步地推廣到電力大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析和利用。

下面簡單舉例描述電力數(shù)據(jù)利用的可能的幾個方面：

（1）數(shù)據(jù)促進行業(yè)融合。電力大數(shù)據(jù)可以廣泛應用于冷、熱、氣等不同工商行業(yè);利用電力數(shù)據(jù)的特點，冷熱氣等行業(yè)可以進行生產(chǎn)活動的調(diào)節(jié)優(yōu)化，制定個性化的生產(chǎn)和服務流程，促進電、冷熱氣互相聯(lián)合，實現(xiàn)更好的社會服務和更高企業(yè)盈利。

（2）數(shù)據(jù)衍生新型業(yè)務。大數(shù)據(jù)海量優(yōu)質的數(shù)據(jù)可以應用于互聯(lián)網(wǎng)金融等領域，電力數(shù)據(jù)依托其龐大的用戶基數(shù)和積累的用戶數(shù)據(jù)，可以開拓互聯(lián)網(wǎng)金融流量入口方面的業(yè)務。

（3）數(shù)據(jù)租售。氣象行業(yè)、高等院校、研究院等對電力原始數(shù)據(jù)或處理數(shù)據(jù)有著巨大的需求。有了本系統(tǒng)，無需將數(shù)據(jù)作為行業(yè)壁壘，通過數(shù)據(jù)租售，可以實現(xiàn)相關行業(yè)的快速發(fā)展，也能促進電力數(shù)據(jù)的不斷完善。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊可以如圖1簡化所示。

5 結語

本文以電力設備運維目前的現(xiàn)狀和問題出發(fā)，研究了電力設備運維管控系統(tǒng)的需求和解決方案，提出一種集合智能專家數(shù)據(jù)庫的集控中心，針對變電站的電力設備數(shù)據(jù)進行采集，人工智能處理分析后，使其運行維護得到全面的監(jiān)控，并引申拓展了數(shù)據(jù)利用服務。

參考文獻

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[4] 鄭一博，王馨，等.氣象大數(shù)據(jù)在運檢智能管控中的應用.東北電力技術[J].2018，39（3）：56-59.