班玉峰

摘 要： 本文通過對變電站一次設(shè)備的研究分析，利用大云物移的現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)科技概念，旨在剖析變電站一次設(shè)備的在線監(jiān)控技術(shù)，以及后續(xù)的深入挖掘仿真技術(shù)，為提供供電系統(tǒng)的可靠性采取有力保障。通過對一次設(shè)備典型性的參數(shù)特征提取，經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和分析，給出合理的評估結(jié)論，為支撐變電站的狀態(tài)檢修和智能運(yùn)維奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，文章后續(xù)采取三維建模以及遠(yuǎn)程診斷的作用，通過信號采集器以及深度計(jì)算，為客戶提供有力判據(jù)。

關(guān)鍵詞： 系統(tǒng)運(yùn)維；方案解決；軟件算法；評估診斷

一、背景和意義

目前變電站內(nèi)安裝的在線監(jiān)測裝置涉及專業(yè)不同，廠家較多，一般站內(nèi)并存多套監(jiān)測系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)信息共享，可靠性低，誤報(bào)率高，給運(yùn)維帶來負(fù)擔(dān)及和不便，數(shù)據(jù)孤島難以實(shí)現(xiàn)基于各類監(jiān)測數(shù)據(jù)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評價(jià)和預(yù)警診斷，蘊(yùn)含著海量數(shù)據(jù)中的價(jià)值信息沒有得到充分挖掘和應(yīng)用。

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+電力設(shè)備檢修數(shù)據(jù)診斷、大數(shù)據(jù)挖掘和多維度集成綜合分析成為發(fā)展趨勢，設(shè)備檢測技術(shù)與故障診斷技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)相滲透和結(jié)合，為支撐變電站的狀態(tài)檢修和智能運(yùn)維奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

亟待整合變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測資源，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸格式及通信接口的統(tǒng)一，形成大數(shù)據(jù)歸類、深度挖掘及智能分析，全面提升運(yùn)維水平，進(jìn)行運(yùn)維模式的創(chuàng)新，全面準(zhǔn)確清晰地展現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、變化趨勢及潛在問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，為變電站智能運(yùn)維及電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供輔助決策支持。

二、系統(tǒng)功能

依據(jù)國家電網(wǎng)公司《變電站在線監(jiān)測通用技術(shù)規(guī)范》及《變電設(shè)備帶電檢測工作指導(dǎo)意見》的要求，充分利用一流技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)一套變電站設(shè)備狀態(tài)診斷分析及遠(yuǎn)程運(yùn)維檢修系統(tǒng)，綜合利用變電站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、帶電檢測數(shù)據(jù)和例行檢修數(shù)據(jù)等綜合數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建交互性好的設(shè)備評估與智能運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)的深度挖掘，提前發(fā)現(xiàn)深層次隱患規(guī)律，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，提升變電站運(yùn)維水平和效率、減輕運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān)。

三、實(shí)施方案

3.1 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)數(shù)據(jù)來源，以高壓開關(guān)為監(jiān)測對象的的結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理方式如下：

（1）非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的接口設(shè)計(jì)：

智能運(yùn)維檢修系統(tǒng)可與不同帶電檢測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。帶電檢測數(shù)據(jù)（紅外測溫、局放檢測等）經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理（依據(jù)帶電檢測設(shè)備不同，開發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的讀?。┖笾苯哟鎯?chǔ)到智能運(yùn)維檢修系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，作為診斷系統(tǒng)使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將檢修結(jié)果按照數(shù)據(jù)需求直接進(jìn)行存儲(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫作為存儲(chǔ)媒介。

（2）結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的接口設(shè)計(jì)：

在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的接口也以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。

（3）歷史數(shù)據(jù)的錄入：

智能運(yùn)維檢修系統(tǒng)可錄入產(chǎn)品缺陷、交接試驗(yàn)、例行試驗(yàn)等歷史數(shù)據(jù)，作為整個(gè)診斷系統(tǒng)的一部分功能，由用戶將特定的信息錄入系統(tǒng)中，并為后續(xù)診斷分析做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)備。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期設(shè)計(jì)：

存儲(chǔ)周期的設(shè)計(jì)需要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn)制定，高頻短時(shí)數(shù)據(jù)可以以秒或者毫秒的時(shí)間標(biāo)識存儲(chǔ)，而對于長周期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以小時(shí)、天、年等單位存儲(chǔ)，并存儲(chǔ)對應(yīng)的結(jié)果值，全部數(shù)據(jù)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)是否存儲(chǔ)。

（5）數(shù)據(jù)預(yù)處理

精確的設(shè)備分析診斷依賴高質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過前端采集到的變電站海量監(jiān)測數(shù)據(jù)可能存在一些完全錯(cuò)誤的干擾信號、重復(fù)信號、畸變數(shù)據(jù)及含有噪聲的臟數(shù)據(jù)等，無法直接用于后續(xù)的數(shù)據(jù)診斷分析或挖掘，需要通過數(shù)據(jù)預(yù)處理完成對采集到的監(jiān)測原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、填平、平滑、歸約化及一致性檢查等，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能化辨析、抽取、數(shù)據(jù)清洗、信號轉(zhuǎn)換及歸約化處理，為后續(xù)有效快速分析處理做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.2 數(shù)據(jù)管理軟件平臺(tái)

搭建測試數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、分析和應(yīng)用，保障檢測數(shù)據(jù)管理的安全性和規(guī)范性；同時(shí)通過多種高級應(yīng)用了解配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)情況，應(yīng)用有效的狀態(tài)分析模型提供輔助決策建議，指導(dǎo)配電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修。通過對局部放電檢測、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一管理，有效提高工作效率，維護(hù)設(shè)備安全。

建立基于物聯(lián)網(wǎng)和云診斷方法的設(shè)備數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、以局放測試技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合紅外測試技術(shù)及機(jī)械特性測試技術(shù)等，研究大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)診斷中的應(yīng)用及其相關(guān)多參量狀態(tài)評估技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的軟件功能模塊。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對開關(guān)柜的測試位置進(jìn)行精確管理，提高局放測試數(shù)據(jù)的真實(shí)性、一致性和可比性；通過帶電檢測云診斷技術(shù)，簡化基層測試設(shè)備和測試方法，提高測試的有效性，對所有檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的、集約化的管理和分析，有條件可與PMS系統(tǒng)等互聯(lián)，建立生產(chǎn)計(jì)劃式的帶電檢測工作管理流程。

積極探索電力內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)的交互，將數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)上傳到平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器中。平臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與信息安全設(shè)計(jì)方面，嚴(yán)格遵循國網(wǎng)信息安全要求，考慮日后接入國網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施的“國網(wǎng)云”，為“國網(wǎng)云”提供業(yè)務(wù)感知、數(shù)據(jù)分析及深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的應(yīng)用：

（1）在線監(jiān)測及帶電檢測數(shù)據(jù)的管理和多維度展示，以及與前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備的交互。搭建基于數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)診斷應(yīng)用算法和云診斷的數(shù)據(jù)高級應(yīng)用。

（2）在數(shù)據(jù)管理平臺(tái)上，逐步建立各類型電力設(shè)備局放測試案例庫和培訓(xùn)資料；在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，形成有價(jià)值的適用于電力公司的設(shè)備測試導(dǎo)則和作用指導(dǎo)書。

（3）搭建基于在線監(jiān)測及帶電檢測數(shù)據(jù)平臺(tái)的電力設(shè)備綜合診斷技術(shù)，提高電力設(shè)備診斷的準(zhǔn)確性，為電力設(shè)備的狀態(tài)維修提供科學(xué)的依據(jù)。

3.3 狀態(tài)診斷及評估策略技術(shù)

目前，變電設(shè)備運(yùn)檢數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，但設(shè)備狀態(tài)評價(jià)大多側(cè)重于某項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)的告警，未能有效利用多源數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)綜合評價(jià)，對設(shè)備狀態(tài)管控和生產(chǎn)管理的支撐不足。利用最新前沿的深度學(xué)習(xí)診斷技術(shù)，以大數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榛A(chǔ)，使用深度學(xué)習(xí)圖像識別技術(shù)應(yīng)用到局放圖譜識別等，實(shí)現(xiàn)多源海量數(shù)據(jù)的自動(dòng)抓取、綜合分析、自動(dòng)預(yù)警、智能診斷，提高設(shè)備狀態(tài)評價(jià)診斷的智能化水平，強(qiáng)化設(shè)備狀態(tài)管控，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維策略，提高生產(chǎn)管理效率和效益。endprint

制定不同分類指標(biāo)參數(shù)間的轉(zhuǎn)化機(jī)制，統(tǒng)一狀態(tài)評估的量度，構(gòu)建設(shè)備運(yùn)檢修大數(shù)據(jù)庫；利用大數(shù)據(jù)的方法，融合電網(wǎng)、設(shè)備狀態(tài)和自然環(huán)境等各類信息，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的規(guī)律發(fā)現(xiàn)，從海量數(shù)據(jù)中找出體現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)變化的信息，提高設(shè)備狀態(tài)評價(jià)診斷的智能化水平；開發(fā)設(shè)備狀態(tài)評估診斷智能輔助決策系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維策略，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)綜合計(jì)劃智能化排程，提高生產(chǎn)管理效率和效益。

3.4 診斷結(jié)果應(yīng)用

1.狀態(tài)數(shù)據(jù)可視化展示

系統(tǒng)采用圖、模、庫一體化建模方式，利用三維軟件建立變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、電容器、電抗器、母線等高精度三維模型，建立與設(shè)備位置一致的變電站三維模型，設(shè)備賦予唯一ID，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分類、型號、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)的調(diào)用，與三維模型的關(guān)聯(lián)。

全站三維全景模型采用基于實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式。監(jiān)測數(shù)據(jù)與三維模型接口形式。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用共享內(nèi)存方式進(jìn)行交互，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和訪問的便捷性。

歷史數(shù)據(jù)采用直接訪問歷史數(shù)據(jù)庫的方式獲取，關(guān)聯(lián)的音視頻數(shù)據(jù)由音視頻數(shù)據(jù)庫獲取。

2.設(shè)備故障主動(dòng)提示

設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)主要有主變壓器、高壓GIS、中壓開關(guān)、避雷器、電纜、電抗器等設(shè)備的異?；蚬收线\(yùn)行數(shù)據(jù)。如果監(jiān)測到設(shè)備出現(xiàn)異常，三維可視化系統(tǒng)主動(dòng)將設(shè)備模型進(jìn)行異常標(biāo)識，自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)備故障主動(dòng)提示。在整個(gè)三維場景中，每個(gè)設(shè)備模型會(huì)隨著實(shí)時(shí)采集來的數(shù)據(jù)，智能判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常，對于異常的，三維場景會(huì)自動(dòng)將設(shè)備渲染成紅色告警模式并精確定位，不斷提示操作人員及時(shí)排除異常。設(shè)備監(jiān)測的數(shù)據(jù)主要有（如絕緣特性、溫濕度、氣體壓力和機(jī)械特性方面）。故障事故的報(bào)警主要包括主變壓器故障、電壓互感器故障、電流互感器故障、開關(guān)設(shè)備故障、斷路器異常故障、電容器故障、母線故障、避雷器故障等。

3. 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估。一是本身的風(fēng)險(xiǎn)：設(shè)備在運(yùn)行中包括原材料制造缺陷、自然磨損、意外事故遭受損壞的可能性。二是設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)：設(shè)備的損壞停運(yùn)，對此部分最大和最小損失的風(fēng)險(xiǎn)評估；能夠綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)評估，精確定位風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)精確檢修。

4. 專家系統(tǒng)診斷

變電站設(shè)備監(jiān)測的結(jié)果，系統(tǒng)往往很難做出綜合判斷，需要進(jìn)行專家系統(tǒng)診斷，建設(shè)專家系統(tǒng)診斷給出設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方案、進(jìn)而對異常數(shù)據(jù)跟蹤、設(shè)備停電檢修。

5. 移動(dòng)端預(yù)警消息推送

基于設(shè)備性能評價(jià)指標(biāo)，對指標(biāo)設(shè)定預(yù)警的級別。數(shù)據(jù)與缺陷分析系統(tǒng)對監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)不同級別，做出響應(yīng)，采用移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)對變電站相關(guān)人員推送預(yù)警消息。

3.5 智能化移動(dòng)終端應(yīng)用技術(shù)

采用移動(dòng)智能監(jiān)測APP，可通過Wifi、3G/4G與云端監(jiān)測平臺(tái)交互，主要包含設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的瀏覽、診斷分析數(shù)據(jù)展示、智能告警及統(tǒng)計(jì)以及專家診斷分析接口等核心功能。

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