馬龍

（國網(wǎng)江蘇電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215004）

電力設(shè)備在運(yùn)行過程中，一旦控制其行為的鎖具出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或故障狀態(tài)，便會(huì)對(duì)配電行為與供電服務(wù)造成直接影響，嚴(yán)重情況下，甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)運(yùn)行連鎖故障。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此類故障的及時(shí)感知，并在可控時(shí)間內(nèi)進(jìn)行故障的排除與處理，電力企業(yè)嘗試了多種現(xiàn)代化技術(shù)，進(jìn)行電力鎖具故障診斷與排除方法的設(shè)計(jì)，盡管此方面的投入與建設(shè)為電力企業(yè)可持續(xù)運(yùn)營提供了較好的支撐，并在逐步實(shí)踐中取得了一定成果[1]。但電力企業(yè)現(xiàn)用的技術(shù)仍存在一些短板，包括診斷過程中迭代次數(shù)較多，故障診斷所需時(shí)間較長、部分技術(shù)為其他行業(yè)引進(jìn)，與電力鎖具出現(xiàn)了不匹配或矛盾現(xiàn)象等。為此，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入該領(lǐng)域，提出一種針對(duì)電力鎖具的故障診斷新方法。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力鎖具故障診斷方法設(shè)計(jì)

1.1 電力鎖具運(yùn)行信息獲取與傳輸

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電力鎖具在運(yùn)行過程中故障的及時(shí)診斷，本章引進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在電力鎖具運(yùn)行端口安裝傳感器設(shè)備，并建立一個(gè)信號(hào)傳輸機(jī)制，進(jìn)行電力鎖具運(yùn)行信息獲取與傳輸[3]。設(shè)計(jì)架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的電力鎖具運(yùn)行信息獲取與傳輸架構(gòu)

如圖1 所示，電力鎖具在運(yùn)行中，輔助使用RFID 裝置與傳感器設(shè)備，進(jìn)行其基礎(chǔ)信息的采集，采集的信息包括：鎖具運(yùn)行狀態(tài)、鎖具標(biāo)識(shí)信息、屬性信息、外部作業(yè)環(huán)境信息、內(nèi)部作業(yè)環(huán)境信息等[4]。并通過在此過程中對(duì)電力鎖具電子標(biāo)簽的讀取與識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖具的初步巡檢。完成對(duì)故障信息的初步獲取后，相關(guān)信息將被采集層傳輸?shù)叫畔⒅行模瑸榱吮苊鈹?shù)據(jù)在傳輸中出現(xiàn)異常，在傳輸中引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)通信。將CAN 作為采集總線，將信息傳輸?shù)叫畔⒒脚_(tái)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高效處理功能，將現(xiàn)有的電力鎖具運(yùn)行信息劃分為三類，分別為歷史信息、預(yù)測試信息與實(shí)時(shí)信息。其中預(yù)測試信息是用于識(shí)別或判斷電力鎖具運(yùn)行故障的主要信息，其中主要包括技術(shù)參數(shù)信息、檢修信息、出廠信息、故障記錄信息等。結(jié)合電力鎖具的運(yùn)行狀態(tài)信息，構(gòu)建針對(duì)采集數(shù)據(jù)的隸屬度函數(shù)，使用模糊統(tǒng)計(jì)或二元比對(duì)的方式，對(duì)比值數(shù)據(jù)進(jìn)行排序與指派，對(duì)此過程中的隸屬度函數(shù)進(jìn)行描述，計(jì)算公式如下：

公式（1）中：μ （x）表示電力鎖具運(yùn)行數(shù)據(jù)的隸屬度函數(shù)表達(dá)式，其中x 的取值應(yīng)滿足小于或等于al 條件；a 表示數(shù)據(jù)梯度；l 表示數(shù)據(jù)有效傳輸路徑。可在此過程中，將a1與a2作為電力鎖具運(yùn)行的邊界條件，當(dāng)獲取數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)條件后，說明此時(shí)電力鎖具可能存在異常行為。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)通信信道的通暢度，傳輸電力鎖具運(yùn)行信息。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的電力鎖具運(yùn)行故障參數(shù)提取

為實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息對(duì)電力鎖具故障的有效診斷，需要在傳輸終端，對(duì)獲取與傳輸?shù)倪\(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)運(yùn)行中的故障參數(shù)進(jìn)行提取。在此過程中，需要將電力鎖具運(yùn)行故障診斷行為劃分為兩個(gè)步驟，分別為電力鎖具運(yùn)行參數(shù)處理與故障參數(shù)提取。同時(shí)，將現(xiàn)有的監(jiān)測反饋信號(hào)劃分成三類，分別為常態(tài)化條件下的反饋信號(hào)、危險(xiǎn)信號(hào)與預(yù)警信號(hào)。對(duì)分布在物聯(lián)網(wǎng)中的不同節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行安全閾值對(duì)比分析，當(dāng)信號(hào)分布在正常參數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，說明此節(jié)點(diǎn)傳輸或反饋的電力鎖具運(yùn)行信號(hào)無異?，F(xiàn)象，需要跳轉(zhuǎn)下一節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行繼續(xù)診斷即可，當(dāng)信號(hào)分布超出正常參數(shù)范圍時(shí)，說明此節(jié)點(diǎn)傳輸或反饋的電力鎖具運(yùn)行信號(hào)存在異?，F(xiàn)象，需要針對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行采樣處理。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)中信道的分布，將故障信號(hào)納入故障信息集合中，為后續(xù)對(duì)電力鎖具故障診斷提供參照[5]。同時(shí)，根據(jù)電力鎖具的運(yùn)行狀態(tài)與停機(jī)狀態(tài)，對(duì)提取數(shù)據(jù)的邊緣進(jìn)行模糊化處理，將位于模糊化邊緣的數(shù)據(jù)一并納入識(shí)別過程?？紤]到在此過程中電力鎖具異常參數(shù)預(yù)警與其本體故障預(yù)警存在差異，因此，還需要在上述研究的基礎(chǔ)上，將基于物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)作為提取技術(shù)。將F(x)作為參數(shù)提取范圍，當(dāng)x 的取值為0 時(shí)，說明此時(shí)提取的信息存在一定的危險(xiǎn)或故障趨勢，即數(shù)據(jù)集合存在異常。當(dāng)x 的取值＜0 時(shí)，說明提取的數(shù)據(jù)集合不存在異常，電力鎖具具有連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。當(dāng)?shù)娜≈担?，但＜1.0 時(shí)，說明此時(shí)已觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)反饋信號(hào)在物聯(lián)網(wǎng)中的故障預(yù)警范圍，進(jìn)行提取參數(shù)的邊緣化，并按照正交檢測的方式，相對(duì)參數(shù)的分布進(jìn)行應(yīng)力劃分，截取較為集中的應(yīng)力區(qū)域，將其作為故障參數(shù)集中分布區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力鎖具運(yùn)行故障參數(shù)的提取。

1.3 基于模糊理論構(gòu)建電力鎖具故障發(fā)生征兆關(guān)系函數(shù)

公式（2）中，L 表示模糊變換矩陣。將上述公式（2）作為電力鎖具故障發(fā)生征兆關(guān)系函數(shù)。

1.4 電力鎖具故障智能分類與診斷

公式（3）中，Q 表示經(jīng)過除雜降噪處理后的電力鎖具故障數(shù)據(jù)；B 表示原始電力鎖具故障數(shù)據(jù)；Xi表示受到人工因素影響下接收到的電力鎖具故障數(shù)據(jù)中存在的噪聲數(shù)值。根據(jù)上述公式（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)故障數(shù)據(jù)的除雜降噪處理，以此得到新的電力鎖具故障數(shù)據(jù)集合。將這一數(shù)據(jù)集合作為依據(jù)，根據(jù)電力鎖具故障類型的模糊綜合評(píng)估方法對(duì)電力鎖具故障數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)故障類型之間的關(guān)系進(jìn)行判斷，從而對(duì)發(fā)生故障的隸屬關(guān)系進(jìn)行劃分，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電力鎖具的故障分類。將上述過程帶入到R矩陣中，實(shí)現(xiàn)智能故障分類，R 矩陣的表達(dá)式為：

再結(jié)合電力鎖具故障指標(biāo)評(píng)估對(duì)其實(shí)際出現(xiàn)的故障類型進(jìn)行診斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力鎖具故障診斷方法的設(shè)計(jì)。圖2 為電力鎖具故障智能診斷流程。

圖2 電力鎖具故障智能診斷流程

至此，完成電力鎖具故障診斷。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

以某電力企業(yè)作為依托，針對(duì)該電力企業(yè)中用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電力開關(guān)控制的手柄寬度≤42MM 電氣空開隔離工業(yè)鎖具進(jìn)行故障診斷。已知該電力鎖具的型號(hào)為BDD12X，鎖具配套安全標(biāo)示牌型號(hào)為P01,P02 等吊牌，材質(zhì)為尼龍PA& 聚丙烯PP，可使用鎖梁直徑小于等于7mm，可鎖手柄寬度小于等于42mm 的斷路器。

2.2 本文故障診斷方法可行性檢驗(yàn)

為驗(yàn)證本文故障診斷方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，利用本文故障診斷方法對(duì)上述BD-D12X 型號(hào)電力鎖具在運(yùn)行過程中的各項(xiàng)信息進(jìn)行獲取，并根據(jù)獲取到的信息確定故障發(fā)生征兆關(guān)系函數(shù)，最終結(jié)合函數(shù)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)電力鎖具故障智能分類和診斷。在完成上述操作后，將診斷結(jié)果記錄如表1 所示。

由表1 可以看出，在10:25:36～10:58:23 電力鎖具運(yùn)行期間，共出現(xiàn)了四次故障，并且其故障類型診斷結(jié)果均不相同。由于電力鎖具在出現(xiàn)故障問題時(shí)，其輸出反饋端與電源供電端之間的導(dǎo)通電阻會(huì)發(fā)生變化，因此，基于這一特點(diǎn)，通過將本文上述得出的診斷結(jié)果與實(shí)際測定結(jié)果進(jìn)行比較，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)本文診斷方法可行性的檢驗(yàn)。在對(duì)電力鎖具的導(dǎo)通電阻進(jìn)行測定時(shí)，選用MICRO-JUNIOR-2 型號(hào)電阻測量儀，該測量儀的精度為±0.1%rdg；分辨率為5Digits；電阻測量范圍在0～100Ω之間。利用該測量儀完成對(duì)10:25:36～10:58:23 電力鎖具運(yùn)行期間輸出反饋端與電源供電端之間的導(dǎo)通電阻的測定，并將測定結(jié)果繪制成如圖3 所示。

表1 本文故障診斷方法診斷結(jié)果記錄表

圖3 電力鎖具運(yùn)行期間導(dǎo)通電阻實(shí)際測量結(jié)果

從圖3 得到的電力鎖具運(yùn)行期間導(dǎo)通電阻實(shí)際測量結(jié)果可以看出，在10:35:28～0:51:18 電力鎖具運(yùn)行期間，其導(dǎo)通電阻出現(xiàn)了明顯的變化，在10:35:28～10:51:18 期間和10:55:17～10:58:23 期間，導(dǎo)通電阻數(shù)值均低于100Ω。在正常情況下，電力鎖具未出現(xiàn)故障異常時(shí)，其導(dǎo)通電阻應(yīng)高于100Ω。因此，從圖3 得出的實(shí)際測量結(jié)果可以看出，在這兩個(gè)運(yùn)行期間電力鎖具出現(xiàn)了故障問題，并且故障的時(shí)間與本文故障診斷方法得出的結(jié)果完全一致。由此可知設(shè)計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力鎖具故障的診斷，具有極高的可行性。

2.3 兩種故障診斷方法應(yīng)用優(yōu)勢對(duì)比分析

再選擇將電力企業(yè)以往應(yīng)用的文獻(xiàn)[2]方法作為對(duì)照組，將本文方法作為實(shí)驗(yàn)組。選擇將故障診斷的效率作為評(píng)價(jià)兩種診斷方法的指標(biāo)。將該電力企業(yè)中所有類型電力鎖具匯總，共包含32 個(gè)。對(duì)比兩種診斷方法診斷結(jié)果中正確識(shí)別出故障類型的鎖具個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將得出的結(jié)果繪制成如表2 所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。

表2 兩種故障診斷方法應(yīng)用效果對(duì)比表

表2 中結(jié)果隸屬度是指診斷結(jié)果與實(shí)際故障類型一致的比例，從表2 中數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)組診斷方法診斷個(gè)數(shù)更多，并且診斷結(jié)果的隸屬度更高，均在0.95 以上，而對(duì)照組診斷個(gè)數(shù)較少，并且結(jié)果隸屬度均未超過0.55。

結(jié)束語

本文從電力鎖具運(yùn)行信息獲取與傳輸、電力鎖具運(yùn)行故障參數(shù)提取、基于模糊理論構(gòu)建電力鎖具故障發(fā)生征兆關(guān)系函數(shù)、電力鎖具故障智能分類與診斷四個(gè)方面，開展了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力鎖具故障診斷方法設(shè)計(jì)研究。在此基礎(chǔ)上，為了驗(yàn)證本文故障診斷方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，選擇某電力企業(yè)作為參與單位，對(duì)設(shè)計(jì)的故障診斷方法進(jìn)行檢驗(yàn)，證明此次方法在應(yīng)用到電力企業(yè)當(dāng)中時(shí)，能夠在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)更多電力鎖具的診斷，并且得出的診斷結(jié)果準(zhǔn)確性更高。