荀 華，韓建春

（內(nèi)蒙古電力科學研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

0 引言

隨著信息化在電網(wǎng)安全生產(chǎn)工作中的深化應用，生產(chǎn)管理的智能化水平得到不斷提高，“ERP 系統(tǒng)”、“生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)”、“可靠性系統(tǒng)”等多種信息化管理系統(tǒng)在生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。2019 年國家電網(wǎng)首次提出“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的概念[1]，即充分應用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)和先進通信技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行、提高經(jīng)營績效、改善服務質(zhì)量，以及培育發(fā)展戰(zhàn)略性新產(chǎn)業(yè)，提供強有力的數(shù)據(jù)資源支撐。隨后各電力企業(yè)圍繞泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略目標，紛紛開展試點建設(shè)工作。

內(nèi)蒙古電網(wǎng)在依托現(xiàn)有“生產(chǎn)系統(tǒng)”、“物質(zhì)基礎(chǔ)”、“智能電網(wǎng)”基礎(chǔ)等條件，秉承節(jié)約建設(shè)思想，利用大數(shù)據(jù)之間的交互，開展對已有項目的深化，加強數(shù)據(jù)交互，提高數(shù)據(jù)的應用價值；而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)融合了移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、人工智能等當代先進技術(shù)[2]，有效解決了電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電間的智能聯(lián)動問題，更能充分展示電網(wǎng)的獨特優(yōu)勢，為開拓數(shù)字經(jīng)濟、打造新業(yè)務、拓展新市場提供增長動能[3]。

為有效提高電網(wǎng)各管理系統(tǒng)之間的信息交互和數(shù)據(jù)集聯(lián)應用水平，提升設(shè)備全壽命周期的精益化管理水平，同時為了降低設(shè)備全壽命周期成本，提高設(shè)備綜合利用水平，開展基于“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備全壽命周期管理的研究至關(guān)重要。

1 概念解析

1.1 泛在

“泛在”Ubiquitous 源自拉丁語，意為廣泛存在，無論是時間還是空間，二維還是三維，無論微觀還是宏觀，在任何時間任何地點無處不在。

1.2 泛在物聯(lián)

“泛在物聯(lián)”是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息連接和交互，將電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應商及其設(shè)備，以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)、發(fā)電、供應商和社會服務。

1.3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”是指圍繞電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、用電各環(huán)節(jié)，充分應用傳感技術(shù)、移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進通信技術(shù)，實現(xiàn)電力設(shè)備、人機交互、決策定位等的互聯(lián)互通[4-6]，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務網(wǎng)絡(luò)。

1.4 設(shè)備全壽命周期

“設(shè)備全壽命周期”在考慮到設(shè)備陳舊老化期和經(jīng)濟磨損期的條件下，能正常發(fā)揮功能的設(shè)備壽命長度。設(shè)備的壽命通常是進行更新和改造的重要決策依據(jù)。設(shè)備更新改造通常是從設(shè)備經(jīng)濟壽命來考慮，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長設(shè)備的技術(shù)壽命、經(jīng)濟壽命，促進產(chǎn)品升級換代，節(jié)約能源為目的而進行的。設(shè)備的全生命周期管理應該貫穿設(shè)備使用壽命的全過程，主要是指從設(shè)備的采購到設(shè)備淘汰、報廢的整個過程中對設(shè)備實施的必要的、全面合理的管理和監(jiān)控，大體分為采購、運行、維護、故障、維修/技改和報廢/轉(zhuǎn)讓6個階段。設(shè)備全壽命周期管理如圖1所示。

圖1 設(shè)備全壽命周期管理

“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”和“全壽命周期”概念的釋義是為了更好地理解與契合實際應用與理論的關(guān)系，開展對設(shè)備全壽命管理的發(fā)展模式的研究。

2 設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

涉及設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)管理的主要是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)和ERP 資產(chǎn)管理系統(tǒng)。生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)，除了監(jiān)督管理電網(wǎng)安全、設(shè)備安全的主系統(tǒng)外，還包含很多對設(shè)備狀態(tài)進行精確評價的輔助系統(tǒng)，如狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、可靠性系統(tǒng)、精確評價系統(tǒng)以及智能預警系統(tǒng)等；另外還有對購買設(shè)備的需求、購買、報廢進行管理的ERP 資產(chǎn)管理系統(tǒng)，而設(shè)備的運行維護工作由生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行工單管理，但對運維過程中的費用一般由生產(chǎn)統(tǒng)一處理，在設(shè)備的全壽命管理過程中沒有留痕，也無法在設(shè)備退出運行時進行經(jīng)濟效益的分析。下面對各系統(tǒng)的情況作一個簡單說明。

2.1 繁雜的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)

生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)是對設(shè)備日常運維工作的信息化管理，減少紙質(zhì)辦公，縮短信息交互時間，提高工作效率，減輕工作量，更好的完善了設(shè)備的運行、檢修、試驗等信息，建立設(shè)備信息檔案，形成生產(chǎn)信息大數(shù)據(jù)庫。

2.1.1 狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)

狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)是2010 年在狀態(tài)檢修的大趨勢下基于公司生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)，系統(tǒng)包括：設(shè)備基礎(chǔ)臺賬信息、技術(shù)參數(shù)、試驗信息、檢修信息、缺陷信息和不良工況信息以及設(shè)備維修或檢修決策的制定等信息，這些信息形成了多維度設(shè)備大數(shù)據(jù)庫。利用這些關(guān)鍵信息量進行狀態(tài)檢修評價時，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)都會自動關(guān)聯(lián)，利用權(quán)重指標分析法、設(shè)備狀態(tài)評價導則進行設(shè)備狀態(tài)評價，對評價結(jié)果進行專家審核，形成設(shè)備真實準確的狀態(tài)結(jié)果，對異常設(shè)備故障及時進行預警分析，并依據(jù)檢修導則定制檢修策略，開展狀態(tài)檢修，有助于保障設(shè)備正常運行、預防故障，然后利用設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備檢修情況合理編制公司未來的停電檢修計劃，提前安排，實現(xiàn)了設(shè)備的應修必修，避免了過度維修，節(jié)約生產(chǎn)成本，延長了設(shè)備檢修周期，確保了設(shè)備的安全生產(chǎn)運行。

2.1.2 在線監(jiān)測主站系統(tǒng)

在線監(jiān)測主站系統(tǒng)是2012 年建設(shè)的，按照變電和輸電線路建設(shè)了兩套系統(tǒng)，且在線監(jiān)測主站系統(tǒng)均是以計算機、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，實現(xiàn)重要輸變電設(shè)備狀態(tài)和關(guān)鍵運行環(huán)境的實時監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)開展建模、分析、診斷、評估和預測，為電網(wǎng)大生產(chǎn)系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及遠程控制提供了標準化的監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺；它可以和檢測、控制設(shè)備構(gòu)成任意復雜的監(jiān)控系統(tǒng)，在電網(wǎng)監(jiān)控中發(fā)揮核心作用，可以幫助電網(wǎng)企業(yè)減少數(shù)據(jù)孤島、降低運行成本，提高生產(chǎn)效率，加快輸變電過程中異常狀況的反應速度。該系統(tǒng)的正常運行對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)囊蠛芨撸谶\行過程中由于部分在線監(jiān)測廠家的設(shè)備精度和要求不達標，導致部分數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性不強，數(shù)據(jù)的準確性不足，需要后期進行整改。

2.1.3 其他輔助管理系統(tǒng)

除了以上管理系統(tǒng)外，公司還建立了其他輔助管理系統(tǒng)，如：基于大數(shù)據(jù)管理的電力設(shè)備狀態(tài)智能預警系統(tǒng)，依靠成熟的故障機理、決策樹和專家推理故障診斷進行變壓器和斷路器的精確評價系統(tǒng)，利用多通道高端局放帶電檢測技術(shù)開展的電纜精確評價系統(tǒng)，基于設(shè)備可靠性的抗短路評估系統(tǒng)，囊括系統(tǒng)異常事件、非計劃停運等情況指標的輸變電可靠性管理系統(tǒng)，以及其他針對各類設(shè)備的精確評價系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以有效保障電網(wǎng)設(shè)備的安全經(jīng)濟運行。

2.2 單一的ERP資產(chǎn)管理系統(tǒng)

ERP資產(chǎn)管理系統(tǒng)是利用信息管理模式，建立設(shè)備從購買到報廢的資產(chǎn)管理，包含設(shè)備價值、型號、廠家等信息，實現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備信息化，是集物質(zhì)資源、資金資源和信息資源為一體的的管理體系。該系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，一般只在對設(shè)備提出需求、購買、報廢這三個環(huán)節(jié)時應用，部分設(shè)備的大修費用會以工單方式在ERP系統(tǒng)走流程，其他環(huán)節(jié)在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中進行。

2.3 分散的管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

電網(wǎng)生產(chǎn)設(shè)備多樣，系統(tǒng)龐大，資產(chǎn)復雜，成本變動響應時間長、頻度高、協(xié)同數(shù)量大、流程環(huán)節(jié)多邊。由于生產(chǎn)管理方式或關(guān)注點不同，電網(wǎng)存在很多不同的管理系統(tǒng)，雖然在各獨立系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)是交互的，但各系統(tǒng)之間是相互獨立的，且存在網(wǎng)口不同，接入方式不同，人員權(quán)限不同，設(shè)備類型不同，服務對象不同等問題，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)沒有關(guān)聯(lián)性也不存在交互性，即各個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)屬于孤島數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)對于整個電網(wǎng)而言非常具有價值，特別是數(shù)據(jù)在決策中的價值，各個系統(tǒng)的統(tǒng)籌應用、綜合管理，讓數(shù)據(jù)相互支撐，相互應證，是電網(wǎng)安全生產(chǎn)和設(shè)備全壽命周期健康精確管理的基礎(chǔ)，只有在能源互聯(lián)網(wǎng)的大格局下，利用云構(gòu)架，使用“泛在物聯(lián)網(wǎng)”達成數(shù)據(jù)集聯(lián)應用，各系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，才能實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的一個閉環(huán)管理。為了實現(xiàn)這一目的，初步研究建立基于“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備全壽命精確管理體系，這樣在現(xiàn)有設(shè)備與系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，只需要打通系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的壁壘，拓展系統(tǒng)功能，就可以實現(xiàn)這一管理模式的建設(shè)。

3 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備全壽命周期管理建設(shè)的初步研究

3.1 全壽命管理總體框架設(shè)計

根據(jù)國家電網(wǎng)《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱》[7]的原則，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)可分為應用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層四個層次，并對堅強智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)之間的協(xié)同發(fā)展進行深入剖析。

應用層是利用互聯(lián)互通的信息網(wǎng)絡(luò)平臺，通過對輸變電設(shè)備相關(guān)各個維度數(shù)據(jù)的高度融合實現(xiàn)電網(wǎng)公司對內(nèi)、對外業(yè)務的支撐，解決數(shù)據(jù)存儲、檢索、使用、挖掘和保密等問題，這是輸變電設(shè)備泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的實施平臺。

平臺層是通過整合電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)價值，形成輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)管理的應用平臺，具備大規(guī)模大數(shù)據(jù)物聯(lián)統(tǒng)一管理能力和高效處理能力，為輸變電設(shè)備泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了可靠精準的算法模型。

網(wǎng)絡(luò)層是通過互聯(lián)網(wǎng)、通訊網(wǎng)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，用于實現(xiàn)感知層與平臺層間廣域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)接入和傳輸，為輸變電設(shè)備泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供安全快捷的網(wǎng)絡(luò)通道。

感知層是由不同的物聯(lián)網(wǎng)傳感器、控制器、軟件應用程序和本地通信網(wǎng)絡(luò)組成，將電力生產(chǎn)、傳輸、消費等數(shù)以萬計的設(shè)備和系統(tǒng)連接起來，用于實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息、管理流程、電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)等信息的采集、匯聚和數(shù)據(jù)的就地或遠程處理，是輸變電設(shè)備泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)的信息采集層，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的精準采集。輸變電設(shè)備泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)總體架構(gòu)如表1所示。

表1 輸變電設(shè)備泛在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)總體架構(gòu)

3.2 全壽命管理體系建設(shè)方案

設(shè)備壽命包括物理壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟壽命。物理壽命是由設(shè)備的電氣性能和機械性能決定；技術(shù)壽命取決于設(shè)計，由人為經(jīng)驗確定；經(jīng)濟壽命是基于設(shè)備的生存信息、投入產(chǎn)出、經(jīng)濟效益決定設(shè)備的退役壽命，也是成本分析所預測的最佳退役年限。設(shè)備的全壽命周期就是由物理壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟壽命聯(lián)合決定的，故全壽命周期管理體系的建設(shè)就要綜合考量相關(guān)因素。

設(shè)備的全壽命周期管理體系的建設(shè)實現(xiàn)方式：首先要從設(shè)備的購買發(fā)起，提出設(shè)備需求，購買的設(shè)備在ERP系統(tǒng)進行資產(chǎn)登記，在生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)對設(shè)備的基礎(chǔ)臺賬、出廠、安裝、調(diào)試等數(shù)據(jù)信息進行備案，投入運行后，利用生產(chǎn)管理系統(tǒng)對設(shè)備的運行情況進行監(jiān)督、監(jiān)控、運維、評價確保設(shè)備健康運行，同時在設(shè)備運行過程中，對設(shè)備出現(xiàn)的缺陷、故障等問題進行檢修、改造等信息進行多維度大數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。通過建立設(shè)備狀態(tài)評估模型，抽取對設(shè)備安全運行有影響的參數(shù)進行設(shè)備狀態(tài)的預測分析，對設(shè)備運行情況進行評估，對于異常狀態(tài)的給予維護或檢修，并把投入資金與ERP系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，通過考慮前期經(jīng)濟投入和運行過程中的經(jīng)濟投入，對設(shè)備停運造成的后果進行評估分析，對比設(shè)備檢修與設(shè)備殘值情況，對設(shè)備的可檢修性進行經(jīng)濟性評估分析確定設(shè)備是否檢修，確保設(shè)備檢修費用的合理性，如果進行檢修則維修成本計入設(shè)備全壽命周期的資產(chǎn)管理體系中，直到設(shè)備退出系統(tǒng)報廢再對設(shè)備全壽命周期的運行情況和資產(chǎn)情況進行分析，得出設(shè)備役齡現(xiàn)值函數(shù)、全壽命年等值成本隨役齡的變化趨勢，最終綜合各類計算結(jié)果推算出年度檢修成本預期、中斷成本預期，給出年度運行成本預期，結(jié)合故障率預測給出檢修策略、修理項目建議、預估經(jīng)濟投入，達到設(shè)備長壽命、少維修的目的，還可以實現(xiàn)選擇優(yōu)質(zhì)廠家優(yōu)質(zhì)設(shè)備的目的，達到設(shè)備在系統(tǒng)中的最優(yōu)化使用，長遠來看對設(shè)備精益化運維、項目集約計劃控制、資產(chǎn)全壽命管理具有重要意義。設(shè)備全壽命周期管理體系如圖2所示。

圖2 設(shè)備全壽命周期管理體系

3.3 示例推演

根據(jù)對變壓器運行的研究分析顯示，變壓器壽命周期可大致分為五個階段。第一階段為制造、運輸、安裝階段，變壓器投運前，為一次性投入，數(shù)量較大；第二階段為運行第一年，主要進行首檢和例行維護；第三階段為運行2 至10 年為穩(wěn)定運行期，故障率低，經(jīng)濟性高，修理次數(shù)少，運行投入低；第四階段為運行10 至20 年，故障率攀升期，該階段經(jīng)濟性下降，投入升高；第五階段為運行20 年以后，運行接近經(jīng)濟壽命，此時繼續(xù)投入使用已經(jīng)不經(jīng)濟，則對變壓器進行退役，更換。

以某油浸式變壓器為例，從設(shè)備購置出廠，設(shè)備的型號、廠家、設(shè)備購置費用、安裝運輸、交接驗收等費用已經(jīng)全部在ERP 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中備案，設(shè)備投入運行相關(guān)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、設(shè)備投運時間、安裝地點、各類試驗信息（出廠、交接、預防、例行）等都會在生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)中存檔，同時運行期間各類試驗、維護、修理費用也會在ERP 系統(tǒng)記錄。當設(shè)備再次存在缺陷或故障時，結(jié)合設(shè)備的狀態(tài)進行評價，按照評價結(jié)果確定檢修策略，一般A 類檢修費用大約25 萬元，B類檢修費用15 萬元，C 類檢修5 萬元，結(jié)合生產(chǎn)管理的安全要求，考慮對生產(chǎn)的影響、安全后果、停電后果、維修成本等利用故障可能性進行設(shè)備安全運行分析，依據(jù)ERP 系統(tǒng)設(shè)備殘值、設(shè)備運行年限經(jīng)濟性指標等信息綜合分析設(shè)備是否進行維修，并確定檢修策略，當決策為不值得維修，開始進行設(shè)備的報廢流程，直至報廢結(jié)束，變壓器的全壽命周期管理也就實現(xiàn)了閉環(huán)，通過對設(shè)備運行狀況以及全壽命周期的管理可以建立基于設(shè)備使用的經(jīng)濟壽命預測分析，這樣也實現(xiàn)設(shè)備全壽命周期內(nèi)的電網(wǎng)安全、費用最經(jīng)濟、設(shè)備綜合能效最高的目的。

4 結(jié)語

通過基于“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備全壽命周期管理體系的建設(shè)，內(nèi)蒙古電網(wǎng)實現(xiàn)了生產(chǎn)管理系統(tǒng)各類軟件之間的信息交互和應用互聯(lián)，提高了設(shè)備數(shù)據(jù)信息交互，同時利用大數(shù)據(jù)判斷設(shè)備的經(jīng)濟效益，提高了設(shè)備的精益化管理水平，促進電力數(shù)據(jù)資產(chǎn)的增值，便于開展數(shù)字信息化的應用和開展大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集聯(lián)應用，縮短數(shù)據(jù)交互時間，同時降低設(shè)備全壽命周期成本，提高設(shè)備綜合利用水平，特別是為“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”在現(xiàn)有條件下的建設(shè)提供了可行的理論支撐。