王一茗

（北京化工大學信息科學與技術(shù)學院,北京 102200）

當今社會，經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量顯著提高，對電力計量裝置的應(yīng)用提出了更高的要求，使其故障診斷技術(shù)面臨嚴峻挑戰(zhàn)與考驗。當前在大數(shù)據(jù)技術(shù)背景下，有必要精準把握電力計量裝置故障診斷的核心方法與要求，創(chuàng)新智能化方法應(yīng)用模式，提高診斷效率。本文就此展開了探討。

1 研究背景

在當前電力工程運行中，電力計量裝置故障診斷始終占據(jù)著關(guān)鍵地位，對于保障整個電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與可靠性具有重要作用。在當前技術(shù)條件下，電力計量裝置的診斷方法多種多樣，不同的診斷方法具有不同的數(shù)據(jù)獲取方式、不同的數(shù)據(jù)模型構(gòu)造過程，在診斷效果與診斷效率方面同樣存在顯著差異，需要結(jié)合電網(wǎng)工程的客觀實際需求，擇優(yōu)選取[1]。近年來，國家相關(guān)技術(shù)部門高度重視電力計量裝置故障智能化診斷技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，深入實施大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，在細化故障診斷流程、提高數(shù)據(jù)采集覆蓋率等方面制定并實施了一系列重要技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標準，在推進大數(shù)據(jù)技術(shù)轉(zhuǎn)換等方面取得了令人矚目的現(xiàn)實成就，積累了豐富而寶貴的實踐經(jīng)驗。同時，各級電網(wǎng)單位同樣在創(chuàng)新大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用模式、提升電力計量裝置故障智能化診斷水平等方面進行了積極探索，且效果顯著，完善了電力營銷體系，優(yōu)化了反竊電檢查環(huán)節(jié)成效。盡管如此，受大數(shù)據(jù)運行架構(gòu)等主客觀要素的影響，當前電力計量裝置故障智能化診斷中的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用依舊存在諸多短板，不利于實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)的深刻價值，必須給予高度重視。上述背景下，深入探討基于大數(shù)據(jù)的電力計量裝置故障智能化診斷技術(shù)，具有極為深刻的現(xiàn)實意義[2]。

2 大數(shù)據(jù)平臺及運行架構(gòu)分析

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺

大數(shù)據(jù)技術(shù)是以數(shù)據(jù)分析技術(shù)為主要載體，以海量的數(shù)據(jù)資源為主要面向?qū)ο?，通過精準高效地處理數(shù)據(jù)流與信息流等相關(guān)資源，完成特定的數(shù)據(jù)分析與整理任務(wù)。現(xiàn)代科學技術(shù)及基礎(chǔ)理論研究的日趨成熟，誕生了囊括數(shù)據(jù)處理技術(shù)、模型構(gòu)建技術(shù)、信息分析技術(shù)等在內(nèi)的系列化技術(shù)方法。大數(shù)據(jù)自誕生至今，先后經(jīng)歷了諸多演變與發(fā)展，在價值內(nèi)涵方面得到極大豐富與發(fā)展，被賦予了更多的時代價值，在應(yīng)用范圍與應(yīng)用程度方面得到了極大拓展。縱觀大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與衍變實際，不僅衍生出了諸多高效率的數(shù)據(jù)分析方法，更是在數(shù)據(jù)整理與存儲等方面實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，構(gòu)建形成了以時代信息為特征的技術(shù)平臺體系，為新時期經(jīng)濟社會高質(zhì)高效發(fā)展注入了無限動力[3]。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計

在大數(shù)據(jù)時代，電力計量工作需要面對海量的數(shù)據(jù)資源，步入數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的宏觀進程，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電力計量裝置故障診斷過程，為優(yōu)化后續(xù)電力計量裝置的整體效果提供可靠參考?；诖髷?shù)據(jù)的電力計量裝置故障智能化診斷技術(shù)應(yīng)以數(shù)據(jù)流與信息流為主要載體，融入云計算數(shù)據(jù)平臺的價值理念，構(gòu)建形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理云平臺立體化組織架構(gòu)，為具體實際業(yè)務(wù)的開展與運行以及數(shù)據(jù)分析處理提供可靠保障。

3 電力計量裝置故障異常及檢測手段分析

3.1 電力計量裝置故障異常

3.1.1 竊電

竊電是電力計量實踐中的常見違規(guī)行為，是直接誘發(fā)電力計量裝置異常的主要原因，不利于電網(wǎng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性與可靠性，屬于人為主觀實施的異常狀況范疇[4]。竊電行為通常以不正當手段，破壞電力計量裝置，損毀電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)件，致使電力計量裝置難以準確穩(wěn)定運行，出現(xiàn)少計量、不計量等狀況，在所消耗電費數(shù)據(jù)方面存在顯著偏差，久而久之容易造成電網(wǎng)運行的系統(tǒng)性問題。

3.1.2 干擾

電網(wǎng)系統(tǒng)是電力計量裝置的重要載體，只有基于穩(wěn)定而可靠的電網(wǎng)系統(tǒng)運行狀態(tài)，才能使電力計量裝置保持在良好運行環(huán)境之中?？v觀當前電網(wǎng)系統(tǒng)運行實際，普遍存在著受外來各類因素干擾的問題，對干擾因素的排查、分析與防控落實不到位，會影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，破壞電力計量裝置的整體運行屏障。比如，電網(wǎng)諧波問題便會影響電力計量裝置的基波、工頻等，導致出現(xiàn)負荷頻率，計量誤差非常大，甚至容易出現(xiàn)負計量狀態(tài)。

3.1.3 裝置

盡管在當前物理硬件環(huán)境下，電力計量裝置的整體性能得到了顯著提升，技術(shù)參數(shù)得到了極大改進，但是在部分情況下依舊會出現(xiàn)自身故障問題，產(chǎn)生由裝置問題而造成的電力計量裝置故障異常。實踐表明，對電力計量裝置的應(yīng)用配置不規(guī)范、適用環(huán)境惡劣等均會造成其數(shù)據(jù)監(jiān)測異常，主要表現(xiàn)為顯示異常、回路異常等現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯偏離實際的讀數(shù)誤差。因此，強化電力計量裝置自身穩(wěn)定性，防止裝置自身問題，勢在必行。

3.2 電力計量裝置的檢測手段

3.2.1 電流檢測

電流檢測是電力計量裝置的主要檢測手段之一，以斷路器、相電流以及基變量等為主要檢測對象，以更加積極主動的模式檢測電力計量裝置的異常問題。比如，在長時間、連續(xù)性的運行狀態(tài)之后，斷路器的工況無法檢測到檢修信號，且三相不平衡電流的數(shù)據(jù)信息超出額定標準，但未能實現(xiàn)自動恢復，上述這些狀況均可作為電流檢測的依據(jù)[5]。

3.2.2 電壓檢測

電壓檢測與電流檢測類似，但在操作方法與檢測原理上存在不同。在電壓檢測中，需要根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)，對斷路器是否存在檢修信息進行檢測，判斷電力計量裝置的運行情況。若發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)起伏波動幅值較大，超出技術(shù)條件允許范圍，則代表著裝置存在故障。同時，若電壓檢測發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自動化運行狀態(tài)受到干擾，同樣表明需要調(diào)整裝置本身，使其滿足預先設(shè)定的檢測標準。

3.2.3 功率因數(shù)檢測

現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，為電力計量裝置功率因數(shù)檢測提供了更為豐富的技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)技術(shù)條件下難以完成的功率因素檢測任務(wù)更具可行性。功率因數(shù)檢測以相關(guān)因素數(shù)據(jù)大小及幅值為面向?qū)ο?，若檢測發(fā)現(xiàn)其存在忽高忽低狀況，則需要在電力計量端口做技術(shù)處理，防止單一化的功率因數(shù)問題擴散蔓延形成系統(tǒng)性或多元性的功率因數(shù)問題。通過實施功率因數(shù)檢測，可對電網(wǎng)系統(tǒng)中的多類型故障進行專項排查，為提升電力計量裝置的準確性提供參考。

4 電力計量裝置的大數(shù)據(jù)處理框架研究

4.1 采集模塊

采集模塊是電力計量裝置大數(shù)據(jù)處理框架的關(guān)鍵構(gòu)成要素，在大數(shù)據(jù)處理框架內(nèi)發(fā)揮著數(shù)據(jù)信息采集等功能，是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)方法的首要模塊，通常根據(jù)其實際運行原理及方法可細化分為數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集導入兩個部分。數(shù)據(jù)采集模塊以電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)為采集對象，形成特定數(shù)據(jù)庫集群，并通過特定數(shù)據(jù)導入方式將數(shù)據(jù)導入到預定區(qū)域范圍內(nèi)，可最大程度確保數(shù)據(jù)導入效率和安全。大數(shù)據(jù)環(huán)境下的電力計量裝置在數(shù)據(jù)采集的同時還需要對數(shù)據(jù)進行控制處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等預處理操作，并分擔部分異常特征計算等任務(wù)。

4.2 存儲模塊和計算模塊

在當前電網(wǎng)運行狀況下，電力計量裝置所要面對的監(jiān)測數(shù)據(jù)呈指數(shù)化增長態(tài)勢，如何對這些海量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌分配與處理，以應(yīng)對數(shù)據(jù)量急劇增長帶來的考驗，一直以來都是電力計量裝置運行的關(guān)鍵所在。通過基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的存儲模塊和計算模塊，可依托更加可靠的數(shù)據(jù)分布儲存方式以及可線性擴展的計算方式，為數(shù)據(jù)管理提供便利。在數(shù)據(jù)存儲模塊和計算模塊，應(yīng)配置完善的硬件設(shè)施，形成相對完整有序的數(shù)據(jù)備份和故障處理方案，對各個監(jiān)測節(jié)點的狀態(tài)進行同步處理，實現(xiàn)異常特征分析、多維數(shù)據(jù)診斷等預期效果，彰顯彈性分布數(shù)據(jù)集的價值優(yōu)勢。

4.3 多維分析和智能診斷模塊

多維分析和智能診斷模塊是電力計量裝置大數(shù)據(jù)處理框架的核心模塊，屬于系統(tǒng)的中樞要素，只有始終確保其整體效能，保持其穩(wěn)定有序運行，才能實現(xiàn)對電力計量裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)的多維分析和智能診斷。在多維分析和智能診斷模塊的支持作用下，可根據(jù)異常數(shù)據(jù)的類型與強度，對其進行數(shù)據(jù)建模，將電力計量裝置故障異常狀況由數(shù)據(jù)化的方式轉(zhuǎn)換為可視化的展現(xiàn)方式，實現(xiàn)對故障問題的精準研判。由于當前電力計量裝置的運行環(huán)境相對多樣化，因此在多維分析和智能診斷模塊的設(shè)置及運行中，同樣應(yīng)體現(xiàn)出差異化，利用常用的智能故障診斷算法，在大數(shù)據(jù)框架范圍內(nèi)進行優(yōu)化計算。

4.4 應(yīng)用模塊

在完成數(shù)據(jù)多維分析和智能診斷后，需要對相關(guān)處理結(jié)果進行輸出，產(chǎn)生特定操作價值，這就需要用到電力計量裝置大數(shù)據(jù)處理框架的應(yīng)用模塊。在當前技術(shù)條件下，該應(yīng)用模塊通常采用B/S架構(gòu)，即所謂的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺的封裝，為具體操作用戶提供交互式的操作頁面，并按照特定規(guī)則與方法將多維分析與智能診斷的結(jié)果通過頁面進行展示。在電力計量裝置故障診斷中，通過應(yīng)用模塊實現(xiàn)人機交互，并可對診斷結(jié)果進行查詢與檢索，形成對計算任務(wù)的指令調(diào)度，為完善分布式、高效率的內(nèi)存計算框架做出導向，提高計量裝置的大數(shù)據(jù)處理效率。

5 基于大數(shù)據(jù)的電力計量裝置故障智能化診斷技術(shù)探討

5.1 電力計量裝置故障智能化診斷知識庫的建立

為有效提升電力計量裝置故障智能化診斷的實施質(zhì)量，必須首先構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的知識庫，將所有可能出現(xiàn)的故障診斷類型納入知識庫的涵蓋范圍之內(nèi)，以對電力計量裝置的工作情況進行動態(tài)監(jiān)測。在大數(shù)據(jù)技術(shù)環(huán)境下，故障智能化診斷知識庫得同樣具備動態(tài)化特征，對其中的數(shù)據(jù)信息保持動態(tài)化刪除、修改、更換以及查詢等。通常情況下，故障智能化診斷知識庫還應(yīng)包括兩個方面，即異常特征模型和專家規(guī)則庫，以實現(xiàn)對不同類型故障問題的優(yōu)化處理。對于異常特征模型而言，可建立模塊并進行修改或刪除，而專家規(guī)則庫則可實現(xiàn)對具體故障模塊數(shù)據(jù)的導入與導出，實現(xiàn)二者的同步并行。知識庫建立后，應(yīng)對其中的數(shù)據(jù)信息進行縱向比對，利用邏輯規(guī)則，分析電力計量裝置的異常信息，診斷該裝置中故障的類型。

5.2 電力計量裝置故障的在線監(jiān)測

在線監(jiān)測功能需要通過分布式系統(tǒng)予以實現(xiàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用核心在于對數(shù)據(jù)的分析與判斷，而在線監(jiān)測功能則可對電力計量裝置儲存的相關(guān)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。在此過程中，應(yīng)制定詳細可行的在線監(jiān)測實施規(guī)則，為具體監(jiān)測行為與監(jiān)測過程的確定提供基礎(chǔ)性依據(jù)與保障，防止在線監(jiān)測過程無據(jù)可依、無章可循，確保在線監(jiān)測工作始終沿著更高效率與更高質(zhì)量的方向發(fā)展。要明確在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的訪問形式，在系統(tǒng)內(nèi)部通過流式數(shù)據(jù)的方式對電力計量裝置的信息進行調(diào)閱與訪問。若在線監(jiān)測無法實現(xiàn)對特定類型數(shù)據(jù)的訪問，則要判斷其中是否存在較大容量的存儲文件，對在線監(jiān)測系統(tǒng)進行校驗，對電力計量裝置的部分數(shù)據(jù)做出去偽處理。

5.3 電力計量裝置故障異常信息的診斷

異常信息的出現(xiàn)會導致電力計量裝置發(fā)生相應(yīng)故障，因此應(yīng)針對異常信息做出專門處理，以確保電力計量裝置的穩(wěn)定、高效、精準運行，并對其是否存在故障狀態(tài)做出研判。在電力計量裝置故障異常信息診斷中，必須強化具體操作人員的專業(yè)素養(yǎng)，形成“大數(shù)據(jù)思維”，在面對各類異常信息診斷需求時，主動運用“大數(shù)據(jù)思維”解決相關(guān)難題，以更好地對故障類型、具體位置及規(guī)模影響等做出分析。電力計量裝置出現(xiàn)異常信息，主要是由于電壓回路或電網(wǎng)系統(tǒng)電流回路出現(xiàn)故障，導致電流與電壓的起伏波動，應(yīng)通過報警系統(tǒng)獲取警報信息，對故障問題進行分析并處理。

5.4 多樣化故障預警技術(shù)

多樣化故障預警技術(shù)需要依賴于多樣化的故障診斷模型，以最大限度降低電力計量裝置的故障率。若電力計量裝置出現(xiàn)故障問題，正常工作運行狀態(tài)被打破，則系統(tǒng)應(yīng)及時啟動預警機制，對電力計量裝置的運行情況進行提醒，并將相關(guān)提醒信息傳遞到主站計算機系統(tǒng)。同時，多樣化故障預警技術(shù)還具有文語轉(zhuǎn)換、預警短信等多種類型模式，可對各類不同故障予以精準分析。以文語轉(zhuǎn)換技術(shù)為例，它可根據(jù)音色以及語言類型的不同，將故障預警信息傳遞到預先劃定的監(jiān)測責任范圍內(nèi)，使不同的責任區(qū)對故障預警信息進行分類發(fā)送。

6 結(jié)語

受大數(shù)據(jù)技術(shù)框架、電力計量裝置實際應(yīng)用環(huán)境等方面的影響，當前電力計量裝置故障智能化診斷實踐中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，阻礙著診斷效率與質(zhì)量的優(yōu)化提升。因此，有關(guān)人員應(yīng)該從電力計量裝置故障診斷的客觀實際出發(fā)，遵循大數(shù)據(jù)技術(shù)的實際應(yīng)用原理與規(guī)程，創(chuàng)新故障智能化診斷的方法流程，為全面彰顯大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心價值奠定基礎(chǔ)，為促進電力計量裝置故障智能化診斷技術(shù)的發(fā)展貢獻力量。