江蘇電力信息技術(shù)有限公司 談葉月

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，供電企業(yè)在我國各領(lǐng)域的應(yīng)用率正在不斷增加。但供電企業(yè)在運行過程中極有可能出現(xiàn)電力設(shè)備故障，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行，致使生產(chǎn)活動暫停。因此為避免該種現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格做好對故障的預(yù)測工作，并對先進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行利用，以此提高電力設(shè)備故障維修效率，進(jìn)而為工業(yè)生產(chǎn)提供保障，對行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

1 電力設(shè)備故障形成原因

1.1 設(shè)備測試

從現(xiàn)實角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)部分電力設(shè)備故障出現(xiàn)在設(shè)備測試階段。一旦出現(xiàn)此類故障，即代表電子設(shè)備本身不存在質(zhì)量問題[1]。若電子設(shè)備整體出現(xiàn)問題，在通常情況下極有可能代表電子檢測設(shè)備存在誤差，致使檢測準(zhǔn)確率顯著降低；若電子檢測設(shè)備不存在質(zhì)量問題，即代表檢測人員對檢測設(shè)備進(jìn)行使用時，極有可能存在錯誤操作現(xiàn)象，致使檢測工作質(zhì)量降低。例如對電效應(yīng)物理現(xiàn)象進(jìn)行測定的過程中，必須采用示波器，以此滿足檢測要求。在實際檢測中，工作人員若未對檔級進(jìn)行合理選擇，極有可能導(dǎo)致示波器波形出現(xiàn)異常，顯示檢測對象存在故障。但被檢測的電子設(shè)備本身不存在質(zhì)量問題，故而其故障形成原因是檢測人員操作不當(dāng)。

1.2 元器件損壞

通過對電子設(shè)備進(jìn)行深入分析，可發(fā)現(xiàn)其電子電路具有較強(qiáng)的復(fù)雜性。針對電子設(shè)備內(nèi)部存在的元器件及線路而言，其數(shù)量相對較多，精細(xì)程度較高，且與電子設(shè)備正常運行具有直接關(guān)系。在電子設(shè)備實際運行過程中，若元器件出現(xiàn)問題，必將對電子電路整體產(chǎn)生影響，致使故障發(fā)生，導(dǎo)致設(shè)備停止運行。常見的元器件故障類型數(shù)量較多，主要有電阻、電容及晶體管等。一旦上述元器件發(fā)生故障或出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象，必將對電子電路正常輸出與輸入產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此在實際工作中，應(yīng)對元器件的重要性形成正確認(rèn)知。

1.3 人為因素

在電子設(shè)備運行過程中，電子電路極有可能受到人為因素的影響，從而出現(xiàn)故障。人為因素主要指人員在實際工作中未嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對電子設(shè)備進(jìn)行操作，導(dǎo)致其電子電路受到影響，進(jìn)而引起故障。例如未對電源進(jìn)行連接、未依照規(guī)章制度對元器件進(jìn)行安裝或元器件安裝環(huán)節(jié)存在誤差等。一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象，極易導(dǎo)致電子電路無法正常運行。

1.4 電路接觸

為確保電子電路能夠正常運行，必須對通電給予重視，確保其具備良好的穩(wěn)定性，以此避免對電子電路產(chǎn)生影響。但通過實際調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，供電企業(yè)極有可能受到多方面因素的影響，致使通電穩(wěn)定性降低。在情況嚴(yán)重時，甚至將出現(xiàn)間歇性通電。該現(xiàn)象不僅對電子設(shè)備正常運行及生產(chǎn)活動具有直接影響，而且極有可能引發(fā)電力設(shè)備故障。在通常情況下，導(dǎo)致間歇性通電形成的原因多是電路接觸不良，因此在實際工作中應(yīng)對電路進(jìn)行嚴(yán)格檢查，以此提高通電穩(wěn)定性。

2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要有決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸、關(guān)聯(lián)規(guī)則四種類型。

決策樹是一種非常成熟的、普遍采用的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。在決策樹里，所分析的數(shù)據(jù)樣本先是集成為一個樹根，然后經(jīng)過層層分枝，最終形成若干個結(jié)點，每個結(jié)點代表一個結(jié)論。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過數(shù)學(xué)算法來模仿人腦思維的，它是數(shù)據(jù)挖掘中機(jī)器學(xué)習(xí)的典型代表。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人腦的抽象計算模型，數(shù)據(jù)挖掘中的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”是由大量并行分布的微處理單元組成的，它有通過調(diào)整連接強(qiáng)度從經(jīng)驗知識中進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力，并可以將這些知識進(jìn)行應(yīng)用。

回歸分析包括線性回歸，這里主要是指多元線性回歸和邏輯斯蒂回歸。其中，在數(shù)據(jù)化運營中更多使用的是邏輯斯蒂回歸，它又包括響應(yīng)預(yù)測、分類劃分等內(nèi)容。

關(guān)聯(lián)規(guī)則是在數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域中被發(fā)明并被廣泛研究的一種重要模型，關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘的主要目的是找出數(shù)據(jù)集中的頻繁模式，即多次重復(fù)出現(xiàn)的模式和并發(fā)關(guān)系，即同時出現(xiàn)的關(guān)系，頻繁和并發(fā)關(guān)系也稱作關(guān)聯(lián)。

在電子行業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下，供電企業(yè)的復(fù)雜程度正在不斷增加。在此基礎(chǔ)上，人工檢測方法已無法滿足供電企業(yè)故障診斷及預(yù)測需求。因此為提高電力設(shè)備故障排查效率，應(yīng)積極引入先進(jìn)技術(shù)手段，以此實現(xiàn)自動化診斷及預(yù)測故障。常見的診斷與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)如圖1所示。

圖1 常見電力設(shè)備故障診斷及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

2.1 診斷技術(shù)

2.1.1 PHM技術(shù)

PHM技術(shù)以現(xiàn)代信息化技術(shù)及科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠結(jié)合人工智能預(yù)測電子電路中可能存在的故障，并為工作人員處理故障提供可靠依據(jù)，以此防止故障發(fā)生，進(jìn)而為電子設(shè)備正常運行提供保障。從現(xiàn)實角度出發(fā)，可發(fā)現(xiàn)供電企業(yè)與現(xiàn)代發(fā)展具有直接關(guān)系，但其在運行過程中存在的問題已嚴(yán)重影響群眾生活及工作，在情況嚴(yán)重時甚至將造成經(jīng)濟(jì)損失。因此為避免故障發(fā)生，在實際工作中必須對PHM技術(shù)進(jìn)行科學(xué)利用。此前，工作人員在排查故障時多是采用人工檢測方式。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，該種檢測方式已無法時代需求。若繼續(xù)對人工檢測方式進(jìn)行利用，極有可能對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此革新檢測方式是電子行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。針對PHM技術(shù)而言，其具有良好的便捷性，能夠?qū)﹄娮与娐愤M(jìn)行自動化實時監(jiān)測，明確電子電路是否存在故障或隱患，并將結(jié)果反饋至工作人員，以供其及時處理故障，進(jìn)而為電子設(shè)備正常運行提供保障。若供電企業(yè)在運行過程中出現(xiàn)故障，PHM技術(shù)手段將在短時間內(nèi)對故障進(jìn)行全面分析，明確其發(fā)生時間、類型及位置，并迅速分析導(dǎo)致故障形成的原因，以此實現(xiàn)在提高故障處理效果的基礎(chǔ)上，減少工作人員排查故障耗費的時間。由此可見，相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，PHM技術(shù)具有良好的便捷性及快速性，對提高故障診斷效率具有重要作用。此外，PHM技術(shù)對成本要求較低，能夠顯著降低人力及物力成本投入，該點對保障經(jīng)濟(jì)效益具有現(xiàn)實意義。

2.1.2 HMM技術(shù)

HMM技術(shù)主要指隱馬爾科夫模型，其能夠?qū)?shù)未知進(jìn)行描述。在實際工作中，該模型能夠?qū)捎^察的參數(shù)進(jìn)行利用，以此明確過程中存在的隱藏參數(shù)，并將隱藏參數(shù)應(yīng)用到后續(xù)工作中。觀測值是該項技術(shù)進(jìn)行推測的重要基礎(chǔ)，其產(chǎn)生的性質(zhì)推測具有一定程度的不確定性。此前，HMM技術(shù)手段被作為語音識別技術(shù)應(yīng)用到生物序列分析工作中，并成功取得良好的應(yīng)用成果。在電力設(shè)備故障診斷中，由于工作人員無法對設(shè)備內(nèi)部的電路狀況進(jìn)行明確，故而可通過該項技術(shù)產(chǎn)生的征兆對電子電路實際狀況進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果采取相應(yīng)措施。

2.1.3 小波分析

“小波”主要指具備一定衰減性且較小的波形，能夠?qū)臻g頻率或時間進(jìn)行局部分析，具備良好的功能性。該項技術(shù)能夠有效滿足高頻段時間細(xì)分及低頻段頻率細(xì)分等多項要求，且具備良好的可變性，能夠適用于伸縮變化與平移變化。該項技術(shù)手段在實際應(yīng)用過程中能夠充分體現(xiàn)不同帶寬帶通濾波器實際作用，有效排除干擾信號對檢測產(chǎn)生影響，且能夠在信號中提取具備參考價值的信息。

2.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

2.2.1 BP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

該項技術(shù)屬于誤差逆轉(zhuǎn)傳播技術(shù)，是一種得到廣泛應(yīng)用的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)μ荻认陆捣ㄟM(jìn)行利用，以此將檢測誤差控制在合理范圍內(nèi)，即該項技術(shù)能夠有效縮小網(wǎng)絡(luò)期望輸出與實際輸出之間存在的誤差。BP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)不僅能進(jìn)行前向傳播，而且還能進(jìn)行后向傳播，與網(wǎng)絡(luò)輸出方向具備良好的一致性，能夠促使閾值與權(quán)值實現(xiàn)統(tǒng)一。該項技術(shù)手段具備較強(qiáng)的非線性映射能力及柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整體已趨向于成熟，在實際應(yīng)用過程中具備良好的適應(yīng)性。

2.2.2 AR模型預(yù)測

該模型主要指自回歸模型，其能夠?qū)Υ嬖诶碜V的平穩(wěn)隨機(jī)序列進(jìn)行研究，且能夠根據(jù)已知的數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，并對處于n之前或之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行推知。在采用該模型的過程中，若發(fā)現(xiàn)輸入及輸出序列均能夠進(jìn)行測量，應(yīng)對最小二乘法進(jìn)行利用，以此估計參數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)明確最佳函數(shù)。在預(yù)測電力設(shè)備故障時，可選擇對該模型進(jìn)行利用，以此提高預(yù)測效果，并為電子設(shè)備正常運行提供保障。

3 電子電路檢查方式

在開展電子電路檢查工作時，可對以下內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)參考：首先，工作人員應(yīng)對電子電路開展直觀性檢查工作，并對電子電路線路連接狀況進(jìn)行明確。若發(fā)現(xiàn)線路連接存在問題，必須及時采取處理措施，避免多線缺線現(xiàn)象發(fā)生。為提高電子電路檢查效果，工作人員必須對電子電路設(shè)計圖紙進(jìn)行深入分析，并在檢查工作中對圖紙進(jìn)行標(biāo)記，以此避免漏查現(xiàn)象發(fā)生，從而對檢測質(zhì)量產(chǎn)生影響。其次，在檢查電子電路元器件的過程中，應(yīng)對輔助設(shè)備進(jìn)行科學(xué)利用，充分掌握儀器零件連接狀況。正式檢查時，工作人員可選擇對萬用表進(jìn)行利用，并通過該設(shè)備明確兩端元件引腳位置是否具備合理性，確保其與設(shè)計圖紙相互匹配。此外，工作人員應(yīng)對連接線與引腳進(jìn)行細(xì)致觀察，判斷其是否存在故障。最后，應(yīng)根據(jù)實際狀況合理采用通電檢查方式。在實際檢查中，若發(fā)現(xiàn)電子電路存在火星或煙霧，必須立即進(jìn)行深入研究，掌握電力設(shè)備故障區(qū)域，并采取有效措施處理故障。

4 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

4.1 故障數(shù)據(jù)預(yù)處理

斷層分類、智能電能表、系統(tǒng)輸入，數(shù)據(jù)表備份智能故障電能表可分為三個方面，硬件、軟件和通信硬件故障可分為三個級別，分別為整機(jī)、模塊和組件。在《電能表質(zhì)量控制管理辦法》中，國家電網(wǎng)公司總結(jié)了49種智能電能表故障類型。為了在故障前從檢測和檢查數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱患，有必要對檢測和檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。如果隱藏數(shù)據(jù)太多，只能通過測試反映出來。

4.2 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的清洗、挖掘和分析

為了充分利用各種在線監(jiān)測平臺的測量參數(shù)，可利用一種多源監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘的電力設(shè)備狀態(tài)診斷方法。第一，從整個在線監(jiān)測平臺收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。第二，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，檢查監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常特征，檢查監(jiān)測數(shù)據(jù)是否符合預(yù)定值，并繼續(xù)處理異常值的監(jiān)測參數(shù)。第三，按照相應(yīng)結(jié)果對設(shè)備進(jìn)行診斷，并結(jié)合其他監(jiān)測參數(shù)、離線檢測方法和運行信息對設(shè)備缺陷進(jìn)行跟蹤。由于電力設(shè)備狀態(tài)信息具有異構(gòu)信息源和數(shù)據(jù)冗余的特點，數(shù)據(jù)往往存在噪聲和丟失。所以導(dǎo)致原始監(jiān)測數(shù)據(jù)及參數(shù)無法直接應(yīng)用，而是需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合規(guī)處理，數(shù)據(jù)清洗是電力設(shè)備狀態(tài)評估數(shù)據(jù)預(yù)處理的關(guān)鍵步驟。數(shù)據(jù)清理通過填充缺失值和去噪來提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4.3 建立電力故障數(shù)據(jù)倉庫

建立數(shù)據(jù)倉庫的目的是簡化配電網(wǎng)的設(shè)計，使配電網(wǎng)的運行和維護(hù)更加方便。由于數(shù)據(jù)倉庫可以有效地描述模塊之間的關(guān)系，在故障數(shù)據(jù)倉庫中，通過GIS、項目管理模塊和EMS/SCADA收集數(shù)據(jù)源。采集的數(shù)據(jù)主要包括設(shè)備數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。在數(shù)據(jù)倉庫中，可以提取、轉(zhuǎn)換和加載數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)導(dǎo)入。導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時，需要檢查數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)錯誤。經(jīng)過處理后，所有數(shù)據(jù)都將加載到數(shù)據(jù)倉庫中，為以后的工作提供有效的服務(wù)。

4.4 以關(guān)聯(lián)規(guī)則為切入點完成在線設(shè)備故障診斷

相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分了解電力設(shè)備的基本運行情況，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，如缺陷信息、運行歷史數(shù)據(jù)、電力設(shè)備基本信息等。根據(jù)電力設(shè)備的故障信息和歷史運行數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)挖掘，獲取相關(guān)設(shè)備參數(shù)，保存和查詢歷史。停電時，能及時獲取電力監(jiān)控設(shè)備的值，判斷設(shè)備是否正常工作。此外，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以完成設(shè)備的在線故障診斷，其中關(guān)聯(lián)規(guī)則是數(shù)據(jù)挖掘的重要組成部分，通過分析數(shù)據(jù)庫中潛在的屬性數(shù)據(jù)，能夠得到相應(yīng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。