楊鯤鵬 杜道強 吳超鋒
摘 要:電力設(shè)備的正常運行是電力供應(yīng)的基礎(chǔ)保障。隨著電力設(shè)備規(guī)模日益增大,電力設(shè)備管理需要采用更加數(shù)字化、智能化的方法解決電力設(shè)備全壽命周期管理過程中任務(wù)量大、工作效率低等問題。分析了當(dāng)前電力供需格局和設(shè)備管理模式,提出了基于知識庫的電力設(shè)備全壽命周期管理框架,從電力設(shè)備全壽命周期信息獲取、基于知識圖譜的設(shè)備信息關(guān)聯(lián)與匹配,以及基于知識庫的電力設(shè)備管理決策等三方面提出了電力設(shè)備全壽命周期管理的實施方案,以進(jìn)一步提高電力公司設(shè)備管理信息化和規(guī)范化水平。
關(guān)鍵詞:電力設(shè)備;知識庫;全壽命周期;設(shè)備管理
中圖分類號:TG519.3 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? 文章編號:1003-5168(2022)1-0050-04
DOI:10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.011
Design and Application of Power Equipment Life Cycle Management System based on Knowledge Database
YANG Kunpeng DU Daoqiang WU Chaofeng
(Gongyi Power Supply Company,State Grid Corporation of China,Gongyi 451200,China)
Abstract: The normal operation of power equipment is the basic guarantee of power supply. With the increasing scale of power equipment, power equipment management needs to adopt more digital and intelligent methods to solve the problems of large tasks and low work efficiency in the whole life cycle management process of power equipment. The current power supply and demand pattern and equipment management mode was analyzed, and the power equipment life cycle management framework based on knowledge database was put forward. In order to further improve the informatization and standardization level of equipment management in power companies, puts forward the implementation scheme of power equipment life-cycle management from three aspects including power equipment life-cycle information acquisition, equipment information association and matching based on knowledge graph, and power equipment management decision based on knowledge database.
Keywords: power equipment; knowledge database; life cycle; equipment management
0 引言
以新一代數(shù)字技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命向經(jīng)濟社會各領(lǐng)域全面滲透,正引領(lǐng)生產(chǎn)方式和經(jīng)營管理模式快速變革。數(shù)字中國建設(shè)背景下,電網(wǎng)企業(yè)管理需要全面貫徹新發(fā)展理念,以信息化培育新動能,用新動能推動新發(fā)展,以新發(fā)展創(chuàng)造新輝煌。在宏觀經(jīng)濟運行總體平穩(wěn),服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)及裝備制造業(yè)較快發(fā)展,冬季寒潮、夏季高溫,電能替代快速推廣,城農(nóng)網(wǎng)改造升級釋放電力需求等因素綜合影響下,全社會用電量實現(xiàn)較快增長。隨著電力需求的增加,電網(wǎng)規(guī)模隨之?dāng)U大,電力運行的設(shè)備數(shù)量急劇增加。與此同時,隨著直流輸電技術(shù)大量應(yīng)用、新能源大規(guī)模接入,對系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻和電壓調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。因此,電力設(shè)備日常的運維工作直接關(guān)系著電網(wǎng)的供電質(zhì)量,而供電質(zhì)量的提高和電力運行維護管理是一項復(fù)雜的工作,涉及的內(nèi)容繁多,亟須改革傳統(tǒng)設(shè)備管理方式,提高電網(wǎng)設(shè)備安全性、可靠性,增強設(shè)備抵御風(fēng)險的能力。構(gòu)建覆蓋電力設(shè)備全壽命周期的一體化數(shù)字業(yè)務(wù)平臺,以數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)備管理高效協(xié)作和高質(zhì)量決策,實現(xiàn)設(shè)備全壽命周期實時監(jiān)控、動態(tài)分析和風(fēng)險管控,全面提升電網(wǎng)企業(yè)設(shè)備管理能力。
1 電力供需格局與電力設(shè)備管理模式
“十四五”時期我國經(jīng)濟社會發(fā)展將達(dá)到較高水平,科技水平大幅提高。西部大開發(fā)、東北振興、京津冀協(xié)同發(fā)展等區(qū)域戰(zhàn)略深入實施,形成區(qū)域協(xié)調(diào)均衡發(fā)展新格局。未來,城市化率進(jìn)一步提高,人口逐步達(dá)到飽和。經(jīng)濟結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化,第三產(chǎn)業(yè)增加值比重達(dá)到較高水平,現(xiàn)代服務(wù)業(yè)將成為主導(dǎo)。在電力需求側(cè),人均用電水平不斷攀升,全社會用電量及最大負(fù)荷將帶來新的挑戰(zhàn)(見表1)。在電力供給側(cè),主要供給方式為煤電、燃?xì)獍l(fā)電、清潔能源發(fā)電、水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電,以及抽蓄、電化學(xué)儲能等調(diào)節(jié)性電源,各種供給方式電源裝機規(guī)模大幅增加。我國中長期電源裝機容量如表2所示。由表1和表2可見,用電需求側(cè)的增加給電力企業(yè)設(shè)備管理帶來較大壓力與挑戰(zhàn)。
為保障電力供應(yīng),電力設(shè)備不斷增加。因此,學(xué)術(shù)研究和企業(yè)實踐都在探索保證電力設(shè)備穩(wěn)定運行時效性和可靠性的技術(shù)方案。為提高電力設(shè)備全壽命周期的管理效率,面向信息化、智能交互、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為一體的電力設(shè)備管理成為當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢[1]。例如,美國大多數(shù)地區(qū)在電力設(shè)備采購時嵌入物聯(lián)網(wǎng)通信芯片,通過信息化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實施采集設(shè)備信息,并進(jìn)行實時監(jiān)控管理[2]。將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、智能技術(shù)等應(yīng)用于設(shè)備運行維護、缺陷診斷、處理全流程數(shù)據(jù)信息分析和決策,可提高設(shè)備運行過程中的管理效率,降低設(shè)備運行成本[3]。
2 基于知識庫的電力設(shè)備全壽命周期管理框架
電力設(shè)備規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且其全壽命周期管理涉及多部門協(xié)同,分散的設(shè)備維護數(shù)據(jù)不利于設(shè)備健康狀態(tài)的實時呈現(xiàn)和高質(zhì)量檢修決策。為保障電力設(shè)備運行的可靠性和提升管理效率,需要將電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,并利用知識庫輔助設(shè)備管理決策。
電力設(shè)備全壽命周期管理包括:電力設(shè)備的前期管理,設(shè)備運行過程中的使用、維護、保養(yǎng)、檢修與更新,以及設(shè)備后期管理[4]。設(shè)備壽命周期數(shù)據(jù)包括:設(shè)備采購信息、備品備件存儲信息、備品備件更換信息、實時運行信息、檢修信息、故障信息和對設(shè)備實施的操作信息等。
知識庫通過知識圖譜將大量的領(lǐng)域知識以一定的知識表達(dá)形式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲,是專家智能決策系統(tǒng)的核心部分。知識圖譜生命周期是確定知識需求、知識建模、獲取、存儲、管理、應(yīng)用等六個階段不斷完善、進(jìn)化和迭代發(fā)展的過程[5]。
將知識圖譜六個階段與電力設(shè)備領(lǐng)域知識,包括設(shè)備采購數(shù)據(jù)、設(shè)計圖紙信息、備品備件數(shù)據(jù)、實時運行數(shù)據(jù)、檢修操作數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等,進(jìn)行關(guān)聯(lián)、匹配、歸納、總結(jié),進(jìn)而形成包含設(shè)計知識、經(jīng)驗知識、原理知識、試驗知識等在內(nèi)的知識庫,從而實現(xiàn)對設(shè)備管理決策的支持。通過將知識圖譜生命周期階段和設(shè)備壽命周期數(shù)據(jù)耦合,建立基于知識庫的電力設(shè)備全壽命周期管理框架(見圖1),可有效提升電力設(shè)備日常的運維工作效率。
3 基于知識庫的電力設(shè)備全壽命周期管理方案的實施
知識庫賦能電力設(shè)備全壽命周期管理,能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備全壽命周期信息的獲取、存儲、分析、預(yù)測和決策管理。在實施過程中,通過電力設(shè)備全壽命周期信息的獲取,以及基于知識圖譜進(jìn)行設(shè)備信息關(guān)聯(lián)與匹配,形成知識庫,實現(xiàn)電力設(shè)備管理決策。
3.1 電力設(shè)備全壽命周期信息獲取
為保障電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)的采集和更新,設(shè)計了四大功能庫和標(biāo)準(zhǔn)化信息采集表。四大功能庫包括設(shè)備信息庫、工單庫、備品備件庫和故障庫。設(shè)備信息庫主要涵蓋設(shè)備設(shè)計圖紙和設(shè)備定值的更新,用于提供設(shè)備設(shè)計原始信息和設(shè)備定值實時數(shù)據(jù),以供運維人員對設(shè)備進(jìn)行操作時實時查詢設(shè)備數(shù)據(jù);工單庫涵蓋了設(shè)備運維過程中各個部門對設(shè)備進(jìn)行的操作,反映了設(shè)備被實施的各種操作;備品備件庫供運維人員實時查詢設(shè)備運維過程中備品備件種類和數(shù)量,同時建立常用備品備件最低庫存預(yù)警,防止因備品備件缺貨導(dǎo)致工期延長;故障庫供運維人員在檢修與維護過程中就故障現(xiàn)象快速定位故障原因和采取維護策略。
為保障四大功能庫數(shù)據(jù)的可靠性和及時性,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集表,即通過標(biāo)準(zhǔn)化工單將信息錄入后對關(guān)聯(lián)的功能庫進(jìn)行更新。
3.2 基于知識圖譜的設(shè)備信息關(guān)聯(lián)與匹配
標(biāo)準(zhǔn)化工單采集的實時信息需要關(guān)聯(lián)工單庫、故障庫,當(dāng)工單中涉及更換定值,則同步更新設(shè)備信息庫;當(dāng)工單中采取了更換零部件的操作時則需要同步更新備品備件庫。
電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)信息通過四大功能庫采集更新信息的同時與知識圖譜生命周期六個階段進(jìn)行耦合。采集的信息以知識的方式進(jìn)行存儲,形成知識庫,以便于設(shè)備管理決策。電力設(shè)備數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)與匹配關(guān)系如圖2所示。
3.3 基于知識庫的電力設(shè)備管理決策
知識庫中基于設(shè)備工單庫形成的知識可以對設(shè)備運行健康狀態(tài)進(jìn)行分析和報告,以便于指導(dǎo)設(shè)備狀態(tài)檢修,減少檢修成本,提高檢修效率。知識庫中基于故障庫形成的知識,可指導(dǎo)運維人員在現(xiàn)場快速定位故障原因,并形成指導(dǎo)性排除故障/消除缺陷策略。知識庫中基于備品備件庫形成的知識可用于建立常用備品備件最低庫存預(yù)警,防止因備品備件缺貨導(dǎo)致工期延長。知識庫中基于設(shè)備信息庫形成的知識可使運維人員快速掌握設(shè)備設(shè)計知識和實時定值,以提高檢修效率。
4 結(jié)語
筆者針對電力設(shè)備規(guī)模不斷擴大帶來的管理效率問題,基于知識庫提出了電力設(shè)備全壽命周期管理框架。為了更好地實施電力設(shè)備全壽命周期管理,設(shè)計了四大功能庫和標(biāo)準(zhǔn)化信息采集表,確保電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)的采集和更新。將四大功能庫采集更新的信息與知識圖譜生命周期六個階段進(jìn)行耦合,形成知識庫,從而實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修、快速定位故障并消除缺陷,以及備品備件預(yù)警管理。
參考文獻(xiàn):
[1] 蘇海濤,劉華偉,郭泓佐,等.變電站電力設(shè)備集中監(jiān)控信息管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用[J].中原工學(xué)院學(xué)報,2018,29(1):54-57.
[2] 任新華.變電站電力設(shè)備運行管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2020.
[3] 王立健,何青,趙曉彤.基于集團級數(shù)據(jù)庫的電力物資全壽命周期管理方法及應(yīng)用[J].電力與能源,2018,39(2):147-150,165.
[4] 羅云,張俊邁,吳奕亮.設(shè)備壽命周期費用方法及其應(yīng)用[M].北京:海洋出版社,1992.
[5] 王莉,王建平,許娜,等.基于知識圖譜的地鐵工程事故知識建模與分析[J].土木工程與管理學(xué)報,2019,36(5):109-114,122.
收稿日期:2021-11-01
作者簡介:楊鯤鵬(1976—),男,本科,高級工程師,研究方向:電力企業(yè)管理;杜道強(1973—),男,本科,高級工程師,研究方向:電力運維管理;吳超鋒(1976—),男,本科,電力工程師,研究方向:機電工程與科技管理。
3540500338232