崔毅，汪鵬君，王晶晶，李剛

(溫州大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，浙江 溫州 325035)

0 引 言

配電網(wǎng)中各電力設(shè)備可靠運(yùn)行是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，電力設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，若維護(hù)不及時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)階段，隨著配電網(wǎng)不斷升級(jí)改造，規(guī)模不斷擴(kuò)大，配電設(shè)備數(shù)量快速增加，而電力運(yùn)維人員配置速度遠(yuǎn)不能滿足配電設(shè)備大規(guī)模擴(kuò)展需求，容易導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)不及時(shí)的情況[1-2]。因此，電力運(yùn)維部門需制訂合理的檢修維護(hù)策略，解決人少設(shè)備多的問題，及時(shí)有效地保障電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，各電力公司針對配電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)維需求，制訂了一系列檢修方案，并建立了多個(gè)類型管理系統(tǒng)，如地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)[3]、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(supervisory control and data acquisition，SCADA)[4]、用電信息采集系統(tǒng)[5]、電力調(diào)度與監(jiān)控系統(tǒng)[6]等。但各業(yè)務(wù)系統(tǒng)相對獨(dú)立，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間協(xié)同配合和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的管控支持。為此，本文提出將GIS和SCADA系統(tǒng)等獨(dú)立業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行有效集成，實(shí)現(xiàn)對配電設(shè)備的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測和精準(zhǔn)定位，并結(jié)合狀態(tài)評估、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)等技術(shù)，確定設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，制訂巡檢策略。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過平臺(tái)和APP配合，快速定位故障，達(dá)到準(zhǔn)確運(yùn)維的目的。

1 配網(wǎng)巡檢與故障定位系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

配網(wǎng)巡檢與故障定位是滿足電力設(shè)備巡檢決策，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管控和搶修輔助定位的管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用狀態(tài)評估掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，通過電力GIS快速定位設(shè)備，并輔助搶修工作，為電力運(yùn)維工作提供有力支撐。

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕捎谩皯?yīng)用層/數(shù)據(jù)傳輸層/數(shù)據(jù)采集層”分層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集層位于配電室和變電站等低壓配電現(xiàn)場，主要設(shè)備包括：電流互感器、多功能電能表和電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)等。通過傳感設(shè)備采集電力設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)傳輸至服務(wù)器，同時(shí)執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)可執(zhí)行系統(tǒng)下發(fā)的各類指令，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)及運(yùn)行環(huán)境智能感知、信息采集和自動(dòng)控制。

數(shù)據(jù)傳輸層主要負(fù)責(zé)采集層與應(yīng)用層各業(yè)務(wù)模塊的通信，采集各設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)和狀態(tài)信息，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到應(yīng)用層，同時(shí)傳輸應(yīng)用層模塊下發(fā)的各類控制命令給執(zhí)行設(shè)備。應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)電力信息的實(shí)時(shí)分析及處理、設(shè)備狀態(tài)評估、巡檢決策以及設(shè)備故障快速搶修。運(yùn)維系統(tǒng)通過此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、巡檢決策管理以及快速運(yùn)維等功能，使電力運(yùn)維工作更加快捷、準(zhǔn)確，保障配電網(wǎng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

1.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)和主要模塊

系統(tǒng)由電力GIS、電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和巡檢決策管理等子系統(tǒng)組成基礎(chǔ)架構(gòu)，利用圖表等對電力數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)時(shí)展示。同時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)和巡檢數(shù)據(jù)等，使用改進(jìn)模糊層次分析法計(jì)算各電力設(shè)備健康狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)出具巡檢策略。若設(shè)備處于故障狀態(tài)，系統(tǒng)將通過平臺(tái)首頁和手機(jī)APP同時(shí)推送故障消息給運(yùn)維人員，搶修人員利用電力GIS快速定位故障設(shè)備。到達(dá)現(xiàn)場后將現(xiàn)場情況上報(bào)，系統(tǒng)給出相應(yīng)的檢修策略，跟蹤搶修進(jìn)度，協(xié)助完成搶修工作。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

1.2.1 配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊利用各類傳感器，采集配網(wǎng)中各電力設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，通過傳感終端將傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸層上傳到系統(tǒng)應(yīng)用層。系統(tǒng)根據(jù)配電網(wǎng)的設(shè)備分布情況搭建SCADA模型,并將獲取的數(shù)據(jù)接入模型，實(shí)時(shí)展示配電網(wǎng)整體運(yùn)行情況。通過列表和圖表的形式實(shí)時(shí)顯示各電力設(shè)備的數(shù)值、在線狀態(tài)和告警狀態(tài)等情況，并用信號(hào)燈表示該類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2.2 設(shè)備巡檢管理

設(shè)備巡檢管理由巡檢內(nèi)容、計(jì)劃制訂、人員管理和流程跟蹤等組成，通過平臺(tái)與手機(jī)APP配合，實(shí)現(xiàn)巡檢工作的全過程管理。巡檢平臺(tái)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)評價(jià)結(jié)果制訂巡檢計(jì)劃和內(nèi)容，做出人員安排，管控巡檢過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除缺陷。手機(jī)APP負(fù)責(zé)設(shè)備巡檢過程中現(xiàn)場與平臺(tái)之間信息傳輸，可通過APP將結(jié)果反饋給平臺(tái)，供平臺(tái)做巡檢策略分析。巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 配電巡檢管理系統(tǒng)圖

1.2.3 故障快速搶修

將搶修管理與GIS、GPS和移動(dòng)終端等集成到一起，形成一套完整的故障快速搶修子系統(tǒng)。搶修系統(tǒng)包括搶修工單生成、故障點(diǎn)定位、任務(wù)派發(fā)、現(xiàn)場勘查、故障上報(bào)、工單確認(rèn)和工單審核等主要業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)根據(jù)故障消息生成搶修工單，并自動(dòng)派發(fā)到搶修人員所持有的移動(dòng)APP上，待搶修人員領(lǐng)取任務(wù)后，利用電力GIS確認(rèn)故障點(diǎn)；到達(dá)故障點(diǎn)后完成簽到，將現(xiàn)場故障情況上報(bào)給平臺(tái)。若搶修人員無法快速恢復(fù)故障，可征求搶修管理平臺(tái)給出處理意見，管理人員組織專家給予現(xiàn)場指導(dǎo)；故障恢復(fù)后通過APP填報(bào)處理情況，確認(rèn)工單完成，發(fā)送平臺(tái)審核，平臺(tái)完成對任務(wù)的審核及故障分析工作。具體故障搶修流程如圖4所示。

2 基于狀態(tài)評估的配網(wǎng)巡檢決策

2.1 狀態(tài)評估

電力設(shè)備可依據(jù)狀態(tài)評估技術(shù)獲取設(shè)備健康度。針對不同健康度的設(shè)備，給出相應(yīng)巡檢決策，及時(shí)調(diào)整巡檢計(jì)劃，靈活開展運(yùn)維工作。系統(tǒng)狀態(tài)評估主要依據(jù)改進(jìn)模糊層次分析法進(jìn)行。首先根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備本體情況，確立影響設(shè)備健康度的指標(biāo)，建立評估指標(biāo)體系；其次，采集各指標(biāo)相應(yīng)的原始狀態(tài)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到初始評分，并依據(jù)元素間重要程度，建立各指標(biāo)優(yōu)先關(guān)系矩陣B、模糊一致矩陣R和互反矩陣E；再次，利用迭代公式計(jì)算出最終權(quán)重；最后，結(jié)合初始評分，獲得設(shè)備健康度?；诟倪M(jìn)模糊層次分析法的狀態(tài)評估策略，如圖5所示。

圖4 故障搶修處理流程圖

圖5 基于改進(jìn)模糊層次分析法的狀態(tài)評估策略

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評估和巡檢決策

電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)部門可根據(jù)配電室內(nèi)各電力設(shè)備的資產(chǎn)價(jià)值和故障影響范圍等因素評價(jià)各電力設(shè)備在配電系統(tǒng)中的重要程度[7]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電力設(shè)備狀態(tài)評估結(jié)果，得到設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估值，確立電力設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)管控級(jí)別。根據(jù)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果和管控級(jí)別，動(dòng)態(tài)調(diào)整配電設(shè)備巡檢計(jì)劃和內(nèi)容，制訂差異化、定制化的巡檢運(yùn)維方案。

如果設(shè)備運(yùn)行正常，可按照檢修規(guī)程執(zhí)行日常巡檢或適當(dāng)調(diào)整巡檢周期，特殊情況可根據(jù)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)和環(huán)境條件等情況制訂巡檢方案；反之，若設(shè)備異常，可依據(jù)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果和預(yù)警信息，開展有針對性的搶修，給出異常處理意見，及時(shí)消除異常[8-9]。差異化巡檢決策示意圖如圖6所示。

3 配網(wǎng)巡檢與故障定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

配網(wǎng)巡檢與故障定位系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對該公司所負(fù)責(zé)客戶的臺(tái)賬管理，各電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與報(bào)警，根據(jù)狀態(tài)評估技

圖6 差異化巡檢決策示意圖

術(shù)獲取設(shè)備的健康程度并對應(yīng)調(diào)整相應(yīng)的設(shè)備日常巡檢安排，以及故障快速搶修處理等多項(xiàng)電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)措施的實(shí)施與管控。

3.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測模塊實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測，利用傳感設(shè)備采集數(shù)據(jù)，將設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上傳至數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)將其導(dǎo)入配電室SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)測。同時(shí)用戶可根據(jù)不同客戶/項(xiàng)目快速找到需進(jìn)一步查看狀態(tài)詳情的設(shè)備，系統(tǒng)將設(shè)備電壓、電流、功率因數(shù)和告警狀態(tài)等狀態(tài)量，通過列表形式顯示，使用戶可以對設(shè)備情況一目了然，方便用戶發(fā)現(xiàn)問題設(shè)備。

3.2 巡檢決策

巡檢決策通常在設(shè)備狀態(tài)評估和風(fēng)險(xiǎn)評估基礎(chǔ)上開展，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)獲取設(shè)備狀態(tài)評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)由改進(jìn)模糊層次分析法將設(shè)備狀態(tài)健康度計(jì)算出來，將其輸入風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣，得出設(shè)備當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。巡檢決策方案參照文獻(xiàn)[10]，依據(jù)不同設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評估等級(jí)制訂方案，確立設(shè)備巡檢優(yōu)先級(jí)、巡檢周期以及類型等重要指標(biāo)，做出合理的巡檢安排。通過差異化的運(yùn)維方式，可解決傳統(tǒng)巡檢方式中定期運(yùn)維和全面運(yùn)維，造成的耗時(shí)長和運(yùn)維周期長等問題，合理有效地開展巡檢工作，減少運(yùn)維工作量、提高運(yùn)維效率。

3.3 故障GIS定位與輔助搶修

將GIS與電力設(shè)備信息相結(jié)合，把設(shè)備所在位置坐標(biāo)與電力GIS中的坐標(biāo)對應(yīng)起來，并添加此坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)信息，可通過定位點(diǎn)查看設(shè)備的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)備定位。

當(dāng)設(shè)備故障時(shí)，平臺(tái)根據(jù)告警信息生成搶修工單，并快速獲取故障設(shè)備定位，派發(fā)工單給可快速到達(dá)現(xiàn)場的工作人員，搶修人員接受任務(wù)后，可通過APP獲取故障設(shè)備定位，同時(shí)依據(jù)電力GIS和APP提供的設(shè)備信息及故障內(nèi)容，做出故障預(yù)判，合理配置資源，減少現(xiàn)場勘查時(shí)間。到達(dá)任務(wù)點(diǎn)后搶修人員現(xiàn)場簽到確認(rèn)，根據(jù)故障預(yù)判結(jié)果，對故障設(shè)備進(jìn)一步勘查驗(yàn)證，上報(bào)現(xiàn)場設(shè)備情況。若無重大故障可快速消缺，恢復(fù)設(shè)備正常投運(yùn)；若故障嚴(yán)重，搶修人員可要求系統(tǒng)提供作業(yè)指導(dǎo)，管理人員將及時(shí)聯(lián)系相關(guān)專家給予作業(yè)指導(dǎo)，提高搶修效率。

4 結(jié)束語

針對目前國內(nèi)多數(shù)地區(qū)運(yùn)維方式落后、配電設(shè)備狀態(tài)難以準(zhǔn)確把握和配電故障難以及時(shí)有效解決等問題。本文將地理信息定位、數(shù)據(jù)監(jiān)測和臺(tái)賬管理等子系統(tǒng)有效結(jié)合，在此基礎(chǔ)上利用狀態(tài)評估技術(shù)準(zhǔn)確評估配電設(shè)備健康狀態(tài)，并結(jié)合設(shè)備日常故障概率及其在在配電網(wǎng)所占的重要度，確立風(fēng)險(xiǎn)評估管控等級(jí)，制訂差異化的日常巡檢策略。在配電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)交互配合，協(xié)助現(xiàn)場運(yùn)維人員快速消除故障。該系統(tǒng)能夠協(xié)助配電運(yùn)維管理部門及時(shí)掌握配電設(shè)備健康狀態(tài)并做出合理、準(zhǔn)確的檢修決策；利用該系統(tǒng)輔助運(yùn)維人員進(jìn)行配網(wǎng)故障處理，可減少搶修時(shí)間，提高故障搶修效率，保障配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。