劉晨龍

(國(guó)網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司,北京 西城100052)

0 引言

配電網(wǎng)直接聯(lián)系著電網(wǎng)與用戶,配電設(shè)備是配電網(wǎng)的基礎(chǔ)核心,其運(yùn)行可靠性直接影響配電網(wǎng)供電可靠性。配電網(wǎng)規(guī)模不斷增大導(dǎo)致傳統(tǒng)的檢修模式與供電可靠性、運(yùn)檢人員緊缺的矛盾日益突出,使得狀態(tài)檢修成為一種必然趨勢(shì)。開(kāi)展配電設(shè)備狀態(tài)檢修將大幅減少計(jì)劃停運(yùn)次數(shù),有效提高配電網(wǎng)供電可靠性[1-5]。

狀態(tài)評(píng)價(jià)是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)和核心。目前,配電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及檢修技術(shù)還處于局部突破的起步階段,配電設(shè)備種類(lèi)繁多、分布廣泛、差異性大,直接簡(jiǎn)單套用輸變電設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并不適用。已有的配電設(shè)備評(píng)價(jià)決策系統(tǒng)主要是依賴現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)檢人員經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行逐項(xiàng)打分,根據(jù)短板原理進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)運(yùn)檢人員技術(shù)水平和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)要求較高,具有一定局限性[6-12]。

配電設(shè)備數(shù)量巨大,狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)智能化、流程化是提高狀態(tài)評(píng)價(jià)實(shí)用性和效率的有效手段。配電設(shè)備狀態(tài)信息來(lái)源復(fù)雜,形式多樣,綜合應(yīng)用多源狀態(tài)信息對(duì)配電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行多層次、多角度、全方位評(píng)價(jià),也是狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[13-19]。針對(duì)已有配電設(shè)備評(píng)價(jià)決策軟件的局限性,以及當(dāng)前對(duì)配電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的現(xiàn)實(shí)需求,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng),以可靠性評(píng)價(jià)為中心,從可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性多角度評(píng)估配電主設(shè)備的健康狀態(tài),優(yōu)化配電設(shè)備狀態(tài)管理模式,輔助配電網(wǎng)狀態(tài)檢修,支撐提高配電網(wǎng)供電可靠性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

面向配電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求,結(jié)合評(píng)價(jià)系統(tǒng)智能化、流程化、實(shí)用化的整體目標(biāo),配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)總體架構(gòu)分為多源信息融合、指標(biāo)及權(quán)重管理、評(píng)價(jià)與統(tǒng)計(jì)分析3個(gè)層次,如圖1所示。通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口獲取多源狀態(tài)信息,建立數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、特征提取、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)機(jī)制及模型,實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息的有效融合。通過(guò)構(gòu)建類(lèi)別化指標(biāo)體系及差異化權(quán)重樣本,從設(shè)備類(lèi)別、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行工況等多角度對(duì)配電主設(shè)備進(jìn)行精細(xì)劃分,滿足用戶個(gè)性化配置和計(jì)算需求,實(shí)現(xiàn)配電主設(shè)備指標(biāo)及權(quán)重的精細(xì)化、個(gè)性化管理。采用以可靠性為中心、安全性和經(jīng)濟(jì)性多角度評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)模式,通過(guò)設(shè)備健康狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)分析、狀態(tài)告警等多種方式全方位展示評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)為方法導(dǎo)向的模型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)主要從支撐數(shù)據(jù)、方法、模型、應(yīng)用等業(yè)務(wù)需求及功能實(shí)現(xiàn)角度出發(fā),以功能完備、操作方便、界面友好為基本原則,將系統(tǒng)劃分為公共管理模塊、應(yīng)用管理模塊和業(yè)務(wù)服務(wù)模塊3大部分,其中業(yè)務(wù)服務(wù)模塊包含信息管理、指標(biāo)及權(quán)重管理、綜合評(píng)價(jià)、決策管理和統(tǒng)一展現(xiàn)模塊,系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源信息全方式采集與分類(lèi)融合處理

圖1 配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Overall architecture design of main distribution equipment reliability evaluation system

圖2 配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 Technical architecture design of main distribution equipment reliability evaluation system

(1)多源信息全方式采集。反映配電設(shè)備狀態(tài)的信息包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、帶電檢測(cè)信息、人工巡檢信息、運(yùn)維檢修信息、例行試驗(yàn)信息、家族缺陷信息、營(yíng)銷(xiāo)管理信息、工作環(huán)境信息等,信息來(lái)源復(fù)雜、形式多樣、特點(diǎn)各異。源信息是狀態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和依據(jù),為全面高效獲取多源信息,系統(tǒng)采用自動(dòng)采集、控制采集和人工錄入緊密結(jié)合的信息采集方式。對(duì)于狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按照一定周期進(jìn)行自動(dòng)采集;對(duì)于運(yùn)維檢修信息、例行試驗(yàn)信息、家族缺陷信息、營(yíng)銷(xiāo)管理信息等已上線運(yùn)行系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù),通過(guò)有效數(shù)據(jù)接口以人工觸發(fā)的方式進(jìn)行控制采集;對(duì)于帶電檢測(cè)信息、人工巡檢信息、工作環(huán)境信息等已上線運(yùn)行系統(tǒng)中不完善的字段數(shù)據(jù),通過(guò)人工錄入或集中導(dǎo)入的方式進(jìn)行采集獲取。

(2)分類(lèi)融合處理。基于信息采集偏差的偶然性和隨機(jī)性,以及不同信息源數(shù)據(jù)形式的多樣性,系統(tǒng)首先剔除異常、不良數(shù)據(jù),降低源信息錯(cuò)誤對(duì)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響,然后提取特征信息,規(guī)范數(shù)據(jù)格式,為狀態(tài)評(píng)價(jià)提供易于識(shí)別和統(tǒng)一計(jì)算分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)多源信息與狀態(tài)評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,將狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、帶電檢測(cè)信息、人工巡檢信息等直接應(yīng)用于狀態(tài)評(píng)價(jià)的信息定義為直接信息,將家族缺陷信息、工作環(huán)境信息等對(duì)直接信息進(jìn)行輔助修正的信息定義為間接信息,根據(jù)多源信息自身性質(zhì)差異又將直接信息劃分為定性信息和定量信息。針對(duì)不同信息類(lèi)別,分別建立信息融合處理模型,采用分類(lèi)融合處理方法實(shí)現(xiàn)多源信息融合,見(jiàn)圖3。

(3)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。多源信息融合處理后形成有效的設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息,自動(dòng)存入狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù),并記錄該狀態(tài)信息的存儲(chǔ)時(shí)間。狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)系統(tǒng)從狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取待評(píng)價(jià)設(shè)備最近一次的狀態(tài)信息進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖3 多源信息全方式采集與分類(lèi)融合處理Fig.3 All way acquisition and classification fusion processing of multi-source information

2.2 類(lèi)別化指標(biāo)體系構(gòu)建與精細(xì)化管控

指標(biāo)體系是狀態(tài)評(píng)價(jià)的核心,也是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵,需與狀態(tài)信息、權(quán)重計(jì)算等一一對(duì)應(yīng),指標(biāo)體系調(diào)整將直接影響多源信息融合及指標(biāo)權(quán)重賦值?；谏鲜鰡?wèn)題,本系統(tǒng)一方面根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)、評(píng)價(jià)層級(jí)、評(píng)價(jià)對(duì)象、設(shè)備類(lèi)型等對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行詳細(xì)分類(lèi),提高指標(biāo)體系與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的匹配度,減少頻繁調(diào)整。另一方面開(kāi)放指標(biāo)體系配置權(quán)限,有權(quán)限的用戶可對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行靈活配置,指標(biāo)體系配置與狀態(tài)信息采集、狀態(tài)信息融合、權(quán)重配置、權(quán)重計(jì)算等高度關(guān)聯(lián),保持同步調(diào)整。

為提高綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的廣泛適用性和精細(xì)化管控水平,本系統(tǒng)從多角度對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行類(lèi)別劃分和分類(lèi)管理,適應(yīng)不同目標(biāo)、不同層級(jí)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的需求。如圖4所示,根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)不同,將指標(biāo)體系劃分為可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象不同,將可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為配電變壓器指標(biāo)體系、配電開(kāi)關(guān)指標(biāo)體系和配電線路指標(biāo)體系,基于不同設(shè)備類(lèi)型的差異性,各評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)應(yīng)的指標(biāo)體系又包含干式變壓器、油浸式變壓器、開(kāi)關(guān)柜、柱上開(kāi)關(guān)、架空線路、電纜線路等多套指標(biāo)體系。根據(jù)評(píng)價(jià)層級(jí)不同,將安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系劃分為單個(gè)設(shè)備指標(biāo)體系和設(shè)備集合指標(biāo)體系,其中,單個(gè)設(shè)備指標(biāo)體系面向設(shè)備本身,主要考慮設(shè)備安全和設(shè)備經(jīng)濟(jì)價(jià)值,設(shè)備集合指標(biāo)體系面向饋線、變電站、區(qū)域電網(wǎng)等設(shè)備集合,主要考慮評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)的供電安全和供電損失。

圖4 配電主設(shè)備綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系類(lèi)別劃分Fig.4 Classification of comprehensive evaluation index system of the maindistribution equipment

2.3 常權(quán)與變權(quán)聯(lián)合計(jì)算及差異化權(quán)重樣本管理

考慮到狀態(tài)評(píng)價(jià)的主觀特性,本系統(tǒng)在充分考慮主觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,從樣本數(shù)據(jù)收集、樣本數(shù)據(jù)分析、權(quán)重計(jì)算方法等多環(huán)節(jié)將主觀問(wèn)題客觀化,最大程度提高權(quán)重計(jì)算的客觀性,見(jiàn)圖5。

圖5 權(quán)重計(jì)算與權(quán)重樣本管理Fig.5 Weight calculation and sample management

(1)權(quán)重計(jì)算。樣本數(shù)據(jù)收集是權(quán)重計(jì)算的基礎(chǔ),其科學(xué)性和全面性直接影響權(quán)重計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常情況下,用于統(tǒng)計(jì)分析的樣本數(shù)據(jù)越多,統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果越準(zhǔn)確。為解決權(quán)重計(jì)算樣本數(shù)據(jù)量大,數(shù)據(jù)收集方式不一致易造成計(jì)算結(jié)果偏差等問(wèn)題,本系統(tǒng)采用集中智能的樣本數(shù)據(jù)收集與處理模式,對(duì)應(yīng)不同指標(biāo)體系,應(yīng)用優(yōu)化正交試驗(yàn)方法,自動(dòng)生成包含全面信息的最簡(jiǎn)化的權(quán)重計(jì)算樣本數(shù)據(jù)收集表,并能將樣本數(shù)據(jù)收集表集中導(dǎo)入/導(dǎo)出,通過(guò)樣本數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn),提高樣本數(shù)據(jù)的有效性。配電主設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)較多,為防止某一狀態(tài)指標(biāo)異常在整體評(píng)價(jià)中被淹沒(méi),以及考慮到設(shè)備劣化規(guī)律,即處于不同狀態(tài)水平的同一狀態(tài)指標(biāo)對(duì)設(shè)備整體健康狀態(tài)的影響程度不同,本系統(tǒng)針對(duì)校驗(yàn)處理后的樣本數(shù)據(jù),采用常權(quán)與變權(quán)聯(lián)合計(jì)算的權(quán)重計(jì)算方法,在常權(quán)計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行變權(quán)系數(shù)計(jì)算,根據(jù)狀態(tài)指標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)對(duì)常權(quán)進(jìn)行變權(quán)修正,以符合設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重變化的客觀規(guī)律。

(2)差異化權(quán)重樣本管理。不同運(yùn)行工況、運(yùn)行環(huán)境下,影響設(shè)備健康狀態(tài)的主導(dǎo)因素可能不同,同一設(shè)備不同狀態(tài)指標(biāo)之間的相對(duì)權(quán)重也會(huì)有所差異。系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建權(quán)重樣本數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)典型運(yùn)行工況及運(yùn)行環(huán)境權(quán)重樣本,面向不同用戶需求,提供差異化權(quán)重樣本靈活選擇和配置功能。同時(shí),用戶可根據(jù)個(gè)性化需求,通過(guò)樣本數(shù)據(jù)收集、處理和權(quán)重計(jì)算,生成并存儲(chǔ)個(gè)性化權(quán)重樣本。

2.4 以可靠性為中心的分級(jí)動(dòng)態(tài)變權(quán)評(píng)價(jià)

圖6 以可靠性為中心的分級(jí)評(píng)價(jià)Fig.6 Reliability centered grading evaluation

為全面反映配電主設(shè)備的健康狀態(tài),本系統(tǒng)采用以可靠性為中心、安全性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方式,構(gòu)建配電主設(shè)備健康狀態(tài)域,全方位、多角度表征設(shè)備健康狀態(tài),見(jiàn)圖6。首先通過(guò)調(diào)用設(shè)備最近一次的狀態(tài)信息、所處運(yùn)行工況及運(yùn)行環(huán)境對(duì)應(yīng)的權(quán)重樣本和變權(quán)系數(shù),應(yīng)用可靠性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行可靠性動(dòng)態(tài)變權(quán)評(píng)價(jià),然后以可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ),分別調(diào)用安全性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型進(jìn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià),最后通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果歸一化處理,獲取設(shè)備當(dāng)前健康狀態(tài)。

配電主設(shè)備狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)采用分層分區(qū)評(píng)價(jià)模式,首先以單個(gè)設(shè)備作為評(píng)價(jià)對(duì)象,針對(duì)不同設(shè)備類(lèi)型逐層評(píng)價(jià),形成設(shè)備部件和設(shè)備整體評(píng)價(jià)結(jié)果,自動(dòng)匹配、生成相應(yīng)檢修策略。同時(shí),面向不同層級(jí)用戶需求,生成區(qū)域電網(wǎng)、變電站、饋線等設(shè)備集合的狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,并可根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,對(duì)初始狀態(tài)信息、評(píng)價(jià)過(guò)程等進(jìn)行回溯查詢,為不同層級(jí)配電設(shè)備狀態(tài)管控提供有力支撐。

3 應(yīng)用案例分析

國(guó)網(wǎng)山東省某供電公司對(duì)配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行了示范應(yīng)用。示范區(qū)域覆蓋面積461 km2,涉及變電站56座,10 k V配電線路580條,包含配電變壓器3 215臺(tái),配電開(kāi)關(guān)1 257臺(tái),線路長(zhǎng)度1 312 km(架空線路778 km、電纜線路534 km)。

配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)集基礎(chǔ)信息管理、狀態(tài)信息初始化、指標(biāo)體系配置、權(quán)重計(jì)算、權(quán)重樣本管理、狀態(tài)評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)分析、狀態(tài)告警、評(píng)價(jià)報(bào)告生成、輔助決策等功能于一體,涵蓋指標(biāo)體系類(lèi)別細(xì)致、全面,支持差異化權(quán)重樣本靈活選擇、配置,支持動(dòng)態(tài)變權(quán)評(píng)價(jià),與實(shí)際應(yīng)用需求契合度高。成果應(yīng)用以后,試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)配電設(shè)備狀態(tài)管理模式得以優(yōu)化,狀態(tài)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率和效率有效提高,供電可靠性提高至99.997%,綜合電壓合格率提高至99.985%,綜合線損率降低至2.1%。

4 結(jié)論

配電主設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠直接融合處理運(yùn)行/檢修記錄、家族缺陷、運(yùn)行壽命等多源狀態(tài)信息,對(duì)配電變壓器、配電開(kāi)關(guān)、配電線路進(jìn)行以可靠性為中心、安全性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的動(dòng)態(tài)變權(quán)評(píng)價(jià),形成輔助檢修策略,生成綜合評(píng)價(jià)報(bào)告。同時(shí),系統(tǒng)可進(jìn)行區(qū)域級(jí)、變電站級(jí)、饋線級(jí)等多層次評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析,可根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,對(duì)初始狀態(tài)信息、評(píng)價(jià)過(guò)程等進(jìn)行回溯查詢。

目前,本系統(tǒng)已在山東、浙江等地區(qū)進(jìn)行了示范應(yīng)用。通過(guò)工程實(shí)踐應(yīng)用,系統(tǒng)功能性能不斷完善優(yōu)化,更好的實(shí)現(xiàn)了以可靠性為中心的配電主設(shè)備狀態(tài)綜合評(píng)價(jià),有效解決了配電主設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)主觀依賴性大、狀態(tài)信息來(lái)源復(fù)雜、實(shí)用性較低等問(wèn)題,為提升配電設(shè)備狀態(tài)管控水平、輔助提高供電可靠性提供了有力支撐和保障。