鐘方偉 周平 鄒帥

摘要：該文主要針對(duì)電氣設(shè)備智能狀態(tài)評(píng)價(jià)及管理進(jìn)行闡述，包括電網(wǎng)電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀分析、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要功能進(jìn)行簡述，如前端數(shù)據(jù)采集方法、設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法等進(jìn)行了闡述。文章整體上從電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及管理系統(tǒng)建設(shè)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)架構(gòu)、抓藥功能等方面分別進(jìn)行了綜述，并對(duì)建設(shè)過程進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);狀態(tài)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：N945.23? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）22-0068-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 現(xiàn)狀分析

近年來，電氣設(shè)備的新產(chǎn)品、新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn)，電網(wǎng)規(guī)模的高速發(fā)展，使得試驗(yàn)人員工作量不斷增加，而電氣設(shè)備特有的安全要求對(duì)運(yùn)維檢修管理的要求不斷提高，特別是安全方面必須做到百分之百可靠，這些方面在帶來企業(yè)不斷發(fā)展進(jìn)步的同時(shí)，也給試驗(yàn)檢修人員帶來大量的煩瑣低效的重復(fù)工作。目前預(yù)試工作中大部分的數(shù)據(jù)處理都需要人工方式處理，如抄表、比對(duì)導(dǎo)則、出具分析報(bào)告等，隨著業(yè)務(wù)量的發(fā)展，日常工作中碰到很多問題急需解決，主要表現(xiàn)在：

1）電力行業(yè)試驗(yàn)業(yè)務(wù)對(duì)現(xiàn)場工作規(guī)范化要求高，責(zé)任重，公司制定的大量相關(guān)制度，卻缺乏行之有效的監(jiān)督與執(zhí)行手段。

2）電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)非常專業(yè)化，對(duì)人員專業(yè)知識(shí)要求高，新進(jìn)人員很難快速上手，迫切需要實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理，做到隱形知識(shí)顯性化。

3）試驗(yàn)人員專業(yè)水準(zhǔn)不一，工作量大的情況下，甚至存在責(zé)任心不夠，少做項(xiàng)目甚至數(shù)據(jù)作假。

4）對(duì)于預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其歷史數(shù)據(jù)非常重要，而目前許多停留在紙質(zhì)文件或者類似Word/Excel之類的電子文檔里，使得數(shù)據(jù)易丟失并且長時(shí)間處于“低效”甚至“無用”狀態(tài)，同時(shí)歷史試驗(yàn)記錄查詢特別困難，使得歷史數(shù)據(jù)不能形成方便分析決策的信息，難以對(duì)設(shè)備狀態(tài)量的變化趨勢進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析診斷。

5）試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析報(bào)告的提交滯后，在野外無人值守的電站所做的試驗(yàn)業(yè)主監(jiān)督難有足夠的人力物力配置，數(shù)據(jù)可能存在失真現(xiàn)象。

2 課題目標(biāo)

從電網(wǎng)的安全生產(chǎn)、輸電可靠、經(jīng)營績效與智慧電網(wǎng)等方面考慮，打造基于物聯(lián)網(wǎng)的智能狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，為業(yè)主提供現(xiàn)代化管理手段，減少人員配置，強(qiáng)化實(shí)時(shí)監(jiān)督，做到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線跟蹤，實(shí)時(shí)出具初步的試驗(yàn)及設(shè)備狀態(tài)結(jié)論。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)評(píng)價(jià)及臺(tái)賬管理、輔助決策及診斷分析三個(gè)部分。數(shù)據(jù)采集通過定制終端采集實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)，使用APN通道將采集的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。系統(tǒng)后臺(tái)的在線監(jiān)測和診斷分析模塊完成對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)測、診斷分析及相關(guān)報(bào)告、報(bào)表的生成等。

4 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)分前端數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)評(píng)價(jià)及臺(tái)賬管理、輔助決策及診斷分析三部分。

4.1 前端采集

通過研制試驗(yàn)數(shù)據(jù)專用數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過USB、串口等數(shù)據(jù)接口與實(shí)驗(yàn)儀器連接，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)格式，以無線或有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)加密后上傳到后臺(tái)服務(wù)器。終端設(shè)備內(nèi)置數(shù)據(jù)通訊模塊，只要通訊鏈路存在，會(huì)與后端數(shù)據(jù)接收程序連接，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)傳輸和補(bǔ)傳功能。前端采集設(shè)備具有設(shè)備臺(tái)賬查詢、設(shè)備歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備維修記錄查詢等功能。數(shù)據(jù)采集過程如下圖：

4.2 狀態(tài)評(píng)價(jià)及臺(tái)賬管理

4.2.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控預(yù)警

通過前端設(shè)備采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)挖掘分析，生成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的預(yù)警數(shù)據(jù)模型，通過預(yù)警數(shù)據(jù)模型對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的 異動(dòng)變化及時(shí)給出預(yù)警，對(duì)引起設(shè)備異動(dòng)的變化測點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)排序。

4.2.2 全景信息綜合查詢

全景信息綜合查詢模塊是一個(gè)重要輔助管理的模塊， 如通過設(shè)備樹把對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)記錄、消缺記錄、巡檢、報(bào)警、評(píng)價(jià)結(jié)果等進(jìn)行匯總統(tǒng)一查詢。同時(shí)可以從綜合頁面上穿透到相關(guān)模塊詳細(xì)內(nèi)容頁面，極大地提高系統(tǒng)的全景數(shù)據(jù)分析查詢效率。

4.2.3 設(shè)備狀態(tài)測點(diǎn)管理

對(duì)于設(shè)備測點(diǎn)的命名，采取統(tǒng)一的編碼規(guī)則命名，可以在不同的功能模塊 之間進(jìn)行相互調(diào)用，同時(shí)通過數(shù)據(jù)模型為設(shè)備的每一個(gè)測點(diǎn)提供實(shí)時(shí)狀態(tài)的安 全期望值，并通過實(shí)測值和期望值進(jìn)行殘差計(jì)算，進(jìn)行測點(diǎn)的異動(dòng)提示（如對(duì) 每一個(gè)測點(diǎn)均可設(shè)置合理的運(yùn)行閾值，任何測點(diǎn)異常報(bào)警將層層傳到至最終計(jì) 算結(jié)果，為追溯異常來源提供方便手段）。如下圖所示：

預(yù)測（安全期望值）值產(chǎn)生及狀態(tài)預(yù)警原理：依據(jù)相似性原理來求取過程對(duì)象狀態(tài)點(diǎn)的預(yù)測（正常）值。 當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)接收到現(xiàn)場設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，首先判斷設(shè)備當(dāng)前數(shù)據(jù)測點(diǎn)在動(dòng)態(tài)模型超球中的位置，得到當(dāng)前狀態(tài)位置點(diǎn)和模型狀態(tài)位置點(diǎn)之間的距離，從而進(jìn)一步確定當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)與模型狀態(tài)的相似度，利用相似度和模型內(nèi) 部各個(gè)參照點(diǎn)的坐標(biāo)，就可以生成對(duì)這個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測點(diǎn)，針對(duì)設(shè)備每個(gè)測 點(diǎn)的預(yù)測（正常）值不僅僅取決于該測點(diǎn)長期的歷史運(yùn)行規(guī)律，同時(shí)也取決于 該測點(diǎn)和設(shè)備其他測點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)相似度，從而可以屏蔽干擾信號(hào)對(duì)預(yù)測（正常）值的影響，大大增強(qiáng)了預(yù)測（正常）值的精確度和可靠性。

（左圖為模型，中圖為正常狀態(tài)，右圖為預(yù)警狀態(tài)） 從上圖中可以看出，模型預(yù)測（正常）值生成的過程與模型生成過程正好相反，即設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)在超球狀態(tài)密度越大的地方，則相似關(guān)聯(lián)度越高，設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)就越穩(wěn)定，而當(dāng)實(shí)時(shí)狀態(tài)在超球內(nèi)偏離相似關(guān)聯(lián)度的定義范圍越遠(yuǎn)， 則表明設(shè)備處于不穩(wěn)定的異常狀態(tài)，當(dāng)相似度越過動(dòng)態(tài)的定義范圍之后，則將記錄到一條有針對(duì)性的設(shè)備狀態(tài)預(yù)警，盡管設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)尚未達(dá)到報(bào)警狀態(tài)。

4.3 輔助決策及診斷分析主要功能

4.3.1 在線計(jì)算服務(wù)

在線計(jì)算服務(wù)模塊，可以按照定義的周期、觸發(fā)條件來完成數(shù)據(jù)分析計(jì)算的功能，如當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)端后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把試驗(yàn)/檢測結(jié)果按照定義的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，并通過專家服務(wù)模塊完成分析報(bào)告的發(fā)布等。功能可提升試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析效率、減少人工成本等。

4.3.2 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)的核心是一整套基于規(guī)則的知識(shí)庫，根據(jù)有關(guān)規(guī)程、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、專家建議、案例分析等形成具體設(shè)備的狀態(tài)檢修應(yīng)用導(dǎo)則，以知識(shí)規(guī)則的形式進(jìn)行表達(dá)，建立知識(shí)庫，用于對(duì)設(shè)備狀態(tài)的綜合分析。模糊數(shù)學(xué)在對(duì)設(shè)備狀態(tài)的描述中，涉及許多不確定的知識(shí)，因此我們引入模糊數(shù)學(xué)的概念（如模糊狀態(tài)量、隸屬度等），建立設(shè)備的模糊狀態(tài) 模型，采用模糊聚類分析對(duì)設(shè)備的故障特征進(jìn)行識(shí)別。例如：將各專業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)按其重要程度（關(guān)鍵狀態(tài)量和參考狀態(tài)量），及對(duì)設(shè)備絕緣、導(dǎo)電、機(jī)械三大性能的影響程度（隸屬度）經(jīng)綜合分析、加權(quán)平均后，得出設(shè)備的總體健康狀況。專家系統(tǒng)模型如下圖：

5 結(jié)論

本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)及管理系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行闡述，通過從通訊手段、數(shù)據(jù)處理、判別、信息反饋等多方面入手，來構(gòu)建信息化平臺(tái)，以信息化管理手段，減少人員配置，強(qiáng)化實(shí)時(shí)監(jiān)督，做到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線跟蹤，實(shí)時(shí)出具初步的試驗(yàn)及設(shè)備狀態(tài)結(jié)論，甚至減少對(duì)試驗(yàn)人員的專業(yè)水平的依賴。

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