余紹峰,孫 翔,劉 巖,姚 峰,章立軍
(浙江省電力試驗研究院,杭州 310014)
目前,狀態(tài)檢修已在電力企業(yè)深入人心,經(jīng)過多年的努力,也取得了明顯的技術(shù)進步和顯著的執(zhí)行效益,但在設(shè)備在線監(jiān)測方面還存在不小的爭議。由于在線監(jiān)測裝置的可靠性和有效性還存在不足,過去十幾年內(nèi)安裝的在線監(jiān)測裝置的效果差異較大,使得此項工作的推廣存在較多困難。雖然目前已經(jīng)有相應(yīng)的管理規(guī)范出臺[1],但實際效果離滿足企業(yè)生產(chǎn)要求還存在一定的距離。
(1)管理混亂。由于安裝這些在線監(jiān)測裝置多采用科研項目的形式,項目結(jié)束后,一旦無明顯的實際效果,容易導(dǎo)致無人或者少人管理的結(jié)果,很多裝置處于停運狀態(tài)。
(2)通信方式混亂。由于是各電力生產(chǎn)企業(yè)自行試點開展工作,監(jiān)測裝置的生產(chǎn)廠家?guī)缀醵及醋约旱睦斫鈦韺崿F(xiàn)在線監(jiān)測裝置與服務(wù)器的通信,通信的軟、硬件設(shè)計差異極大。
(3)數(shù)據(jù)積累困難。由于管理混亂,導(dǎo)致在線數(shù)據(jù)無明確的流向。很多生產(chǎn)廠家直接將在線信息接入廠家內(nèi)部的服務(wù)器,電力企業(yè)反而難以獲得這些數(shù)據(jù)。
(4)在線裝置壽命較短。由于前期較多采用科研項目的形式,產(chǎn)品研發(fā)過于匆忙,很多在線裝置并未經(jīng)過長時間的現(xiàn)場考驗,很可能運行一段時間后就出現(xiàn)故障,甚至無法正常工作。
(5)有效性有待進一步驗證。由于匆忙上馬,不少產(chǎn)品只是技術(shù)可行,并不能證明該產(chǎn)品監(jiān)測的狀態(tài)量可以正確反映設(shè)備的狀態(tài)。國家電網(wǎng)公司曾經(jīng)做過大規(guī)模的調(diào)研工作,表明國內(nèi)在線監(jiān)測裝置監(jiān)測到的設(shè)備缺陷數(shù)量較少,難以證明其有效性。
因此,為提升公司資產(chǎn)管理水平,進一步加強設(shè)備管理,有必要建立統(tǒng)一的平臺對在線監(jiān)測裝置進行標(biāo)準化、專業(yè)化管理。
(1)福建省電力公司擁有國家電網(wǎng)公司內(nèi)部數(shù)量最多的在線監(jiān)測裝置,已經(jīng)建立了一套較為完整的在線監(jiān)測管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要采用表格形式,將福建省內(nèi)變電、輸電等幾個大類的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)納入統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺進行管理,并有初步的分析診斷功能。
(2)云南電網(wǎng)公司建立了技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)分析中心[2],將技術(shù)監(jiān)督、狀態(tài)檢修、抗災(zāi)預(yù)警等功能結(jié)合在一起,并疏通了電力企業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)部門之間的業(yè)務(wù)流程,建立了與氣象部門的聯(lián)系,可通過三維地圖及表格靈活地表現(xiàn)當(dāng)前設(shè)備檢測到的狀態(tài)。
浙江省電力公司已在公司系統(tǒng)推廣了功能強大的PI實時數(shù)據(jù)庫,從而為推行電力設(shè)備在線監(jiān)測工作創(chuàng)造了有利條件。本文通過理論結(jié)合實踐的方式,給出了這一問題的解決方案。
浙江省電力公司在成功推廣PI數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,建立了數(shù)據(jù)分析中心,涉及的業(yè)務(wù)范圍如圖1所示,主要是影響設(shè)備狀態(tài)的內(nèi)因和外因,為了后續(xù)高級應(yīng)用的需要,還包括了一些歷史靜態(tài)信息。數(shù)據(jù)分析中心是一個宏觀的概念,以PI實時數(shù)據(jù)庫為主,也包括了安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PSMS)和狀態(tài)檢修系統(tǒng)(CBM)的數(shù)據(jù),以及單獨設(shè)立的一些關(guān)系數(shù)據(jù)庫,這些數(shù)據(jù)庫之間的通道打通后可視業(yè)務(wù)需要進行靈活的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)集成后能用于高級分析,與現(xiàn)有的狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)不同,這些高級分析更注重靜態(tài)數(shù)據(jù)與實時、準實時數(shù)據(jù)的結(jié)合。數(shù)據(jù)分析中心在各信息化項目中的定位如圖2所示。
圖1 數(shù)據(jù)分析中心涉及的業(yè)務(wù)范圍
圖2 數(shù)據(jù)分析中心在全省信息化項目中的定位
從浙江省電力公司對數(shù)據(jù)分析中心的定位來看,直觀的設(shè)備實時狀態(tài)信息監(jiān)測尚不能滿足公司的業(yè)務(wù)需求,還需要更深入挖掘?qū)崟r數(shù)據(jù)蘊含的信息,并提供相應(yīng)的輔助策略建議,以指導(dǎo)現(xiàn)場實踐。
數(shù)據(jù)分析中心底層的通信模式為:在變電站級,由在線裝置廠家提供PI接口或安裝接口轉(zhuǎn)發(fā)程序,對現(xiàn)有裝置服務(wù)器進行改造,將在線監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到地區(qū)電力局PI數(shù)據(jù)庫;地區(qū)電力局PI數(shù)據(jù)庫通過標(biāo)準的PI-to-PI接口接入省電力公司PI數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享;在省電力公司數(shù)據(jù)分析中心,利用PI提供的PISDK工具,將實時數(shù)據(jù)提取到網(wǎng)頁進行展示和分析。
數(shù)據(jù)分析中心采用狀態(tài)分級的方法來評價設(shè)備實時監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)在的風(fēng)險,分成正常、一般、嚴重和危急4級(也可以根據(jù)需要另外分級)。應(yīng)用時可直接從圖層操作的專業(yè)列表進入管理界面,也可以從地圖直接找到相應(yīng)的變電站進行操作,如圖3、圖4所示。
圖3 變電站圖層操作方法
圖4 專業(yè)列表操作方法
選擇相應(yīng)的監(jiān)測內(nèi)容和變電站后,將彈出專業(yè)監(jiān)測頁面,專業(yè)人員可方便地監(jiān)測在線信息和執(zhí)行高級分析功能。中心還提供了報警提示界面、報警信息匯總、專業(yè)報表生成、與其他專業(yè)系統(tǒng)的鏈接等輔助功能。
以局放監(jiān)測為例,在線局放數(shù)據(jù)接入PI數(shù)據(jù)庫后,將統(tǒng)一接入浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心進行統(tǒng)一管理。中心采用專業(yè)列表和GIS地理信息系統(tǒng)相結(jié)合,在Web上進行綜合展示和管理。一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)現(xiàn)象,報警列表和圖層中的變電站圖標(biāo)均將變色報警。
中心目前已經(jīng)完成的專業(yè)模塊基本囊括了省內(nèi)較為典型和實際效果較好的在線監(jiān)測內(nèi)容,包括:變壓器在線油色譜監(jiān)測、變壓器在線局部放電監(jiān)測、避雷器計數(shù)器動作次數(shù)監(jiān)測、雷電定位監(jiān)測、雷電預(yù)警監(jiān)測、線路覆冰監(jiān)測、線路外絕緣耐污性能評估和電能質(zhì)量監(jiān)測。
以變壓器油色譜在線監(jiān)測為例,數(shù)據(jù)分析中心的分析功能構(gòu)成介紹如下。通過圖層操作或列表操作選擇專業(yè)和變電站后,進入如圖5、圖6所示的在線數(shù)據(jù)瀏覽界面。
圖5 實時數(shù)據(jù)查看界面
圖6 歷史數(shù)據(jù)查看界面
專業(yè)界面由實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、CBM評價結(jié)果、在線數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比、監(jiān)測設(shè)備臺帳六部分組成。其中實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)來自PI數(shù)據(jù)庫;設(shè)備參數(shù)、監(jiān)測設(shè)備臺帳來自PSMS;CBM評價結(jié)果、在線數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比來自CBM系統(tǒng)。
變壓器油色譜在線監(jiān)測實時數(shù)據(jù)可用柱狀圖來展示,但由于各氣體成分數(shù)量差異較大,僅用柱狀圖反映數(shù)據(jù)是否超標(biāo)還不夠直觀。因此,在歷史數(shù)據(jù)曲線圖中采用了分級方法,用不同顏色標(biāo)明數(shù)據(jù)是否超標(biāo)以及超標(biāo)的程度。對不同的氣體標(biāo)注超限數(shù)值進行區(qū)分,使得數(shù)量級差異較大的不同氣體均可直觀判斷。以圖6為例,從中可清楚看到該時間段內(nèi)氫氣存在程度較高的超標(biāo)現(xiàn)象,但其數(shù)值相對總烴數(shù)值仍然較小。
通過在線數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)對比,可以直觀掌握在線油色譜監(jiān)測的精度,進而評估在線裝置的有效性。設(shè)備臺帳和監(jiān)測設(shè)備臺帳信息齊全,將有利于生成統(tǒng)計報表,方便管理。
如果氣體成分數(shù)據(jù)存在超標(biāo)現(xiàn)象,則可進入分析診斷界面,如圖7、圖8所示,選擇實時數(shù)據(jù)進行分析診斷。
分析診斷采用了綜合判斷、改良三比值法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、援例法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等多種診斷方法。改良三比值法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等屬于常規(guī)分析診斷方法,沒有將變壓器其他相關(guān)信息結(jié)合起來,有一定的局限性,因此分析結(jié)果不一定能夠完全反映設(shè)備狀態(tài)。為提高分析的正確性,通過利用歷史數(shù)據(jù)在相應(yīng)模型上進行軌跡移動,從而可以更加清楚直觀地看到整個設(shè)備油色譜狀態(tài)的變化過程。如圖7所示。
圖7 大衛(wèi)三角法界面軌跡圖
在建設(shè)數(shù)據(jù)分析中心時就十分強調(diào)歷史案例的借鑒作用,廣泛收集各種公開發(fā)表的變壓器故障案例和專家經(jīng)驗,初步建立了歷史案例庫,綜合PI數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、PSMS中以往的檢修記錄、CBM狀態(tài)評價結(jié)果和系統(tǒng)運行工況等信息,與歷史案例庫中的信息進行對比,將相似的結(jié)果調(diào)出,以輔助當(dāng)前的分析診斷。由于分析方法多樣,分析結(jié)果未必一致,為此還制定了分析結(jié)果優(yōu)先篩選機制,明確分析結(jié)論。
為了能夠更好地指導(dǎo)現(xiàn)場工作,在分析得到可能導(dǎo)致在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)的原因后,先判斷缺陷原因和大致部位,再進一步提出詳細的帶電測試項目和停電試驗方法。目前已經(jīng)編制完成了油色譜數(shù)據(jù)超標(biāo)后的各種對策,如圖8所示。
圖8 綜合分析判斷界面
浙江電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中心建設(shè)方案基于PI數(shù)據(jù)庫技術(shù),實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析和輔助決策功能,并建立了實際軟件平臺,融合多種理論分析手段,提高了設(shè)備故障診斷的正判率,使中心建設(shè)與現(xiàn)場需求緊密結(jié)合,實用性較強,進一步提高了公司系統(tǒng)對設(shè)備的管理分析水平。實踐證明,利用PI實時數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析中心來加強在線監(jiān)測裝置的管理,進而加強對在運設(shè)備的管理,是行之有效的手段。
[1]輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)管理規(guī)范(試行)[S].國家電網(wǎng)公司,2008.
[2]云南電網(wǎng)技術(shù)監(jiān)督數(shù)據(jù)分析中心項目介紹[C].中國南方電網(wǎng)公司狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術(shù)研討會.廣州,2010.