陳 夕

(福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建 泉州 362000)

1 概述

傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化終端設(shè)備一般采用故障搶修加定期檢修的管理模式,不可避免地會(huì)造成設(shè)備的過多維修,造成大量不必要的材料浪費(fèi)及人工成本上升。同時(shí),過多的定期檢修不僅增加了檢修費(fèi)用,還減少了設(shè)備的有效作業(yè)時(shí)間,還易造成設(shè)備故障頻發(fā)和運(yùn)行不穩(wěn)定[1]。因此,研究基于大數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化終端精益化管理平臺(tái),對(duì)于指導(dǎo)各級(jí)配電自動(dòng)化運(yùn)維管理人員在配電自動(dòng)化建設(shè)和運(yùn)維的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的優(yōu)化管理,全面提升公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)管理和應(yīng)用水平,提高電網(wǎng)供電可靠性,具有重大意義。

2 基于大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行配電自動(dòng)化終端精益化管理的意義

2.1 有助于提高配電自動(dòng)化應(yīng)用水平

近年來,國家大力推進(jìn)配電網(wǎng)建設(shè),而配電自動(dòng)化的應(yīng)用,對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行水平、管理水平和供電可靠性的提高都起到至關(guān)重要的作用。配電自動(dòng)化終端的健康運(yùn)行是配電自動(dòng)化的應(yīng)用水平達(dá)到理想高度的重要前提。然而,由于配電自動(dòng)化終端設(shè)備多種多樣,運(yùn)維人員水平參差不齊,臺(tái)賬管理缺乏規(guī)范手段,導(dǎo)致終端設(shè)備始終無法安全在線穩(wěn)定運(yùn)行。配電自動(dòng)化終端一旦發(fā)生故障,將會(huì)對(duì)調(diào)度監(jiān)控人員的分析判斷造成影響,且在發(fā)生停電事故時(shí)無法第一時(shí)間定位故障區(qū)域并進(jìn)行負(fù)荷快速轉(zhuǎn)移。

2.2 有助于優(yōu)化配電自動(dòng)化終端設(shè)備管理體系

進(jìn)行故障搶修的設(shè)備往往是因?yàn)樵跈z修周期內(nèi)出現(xiàn)的劣化現(xiàn)象得不到及時(shí)處理而導(dǎo)致設(shè)備故障,造成非計(jì)劃停運(yùn)。目前,在管理模式與機(jī)制上都無法實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的預(yù)判,即預(yù)先診斷某個(gè)部件的功能狀態(tài),或確定某個(gè)部件正常工作的時(shí)間長度。因此,建設(shè)在發(fā)生災(zāi)難性事故之前能夠提前預(yù)知,并采取必要的維修預(yù)防措施,確保設(shè)備功能正常運(yùn)行的系統(tǒng)十分有必要。

2.3 有助于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)建設(shè)精準(zhǔn)投資

隨著配電自動(dòng)化終端設(shè)備的大量增加,加上缺乏規(guī)范的監(jiān)測記錄手段和狀態(tài)評(píng)估體系,管理人員無法對(duì)每臺(tái)配電自動(dòng)化終端設(shè)備都作出準(zhǔn)確的健康狀態(tài)評(píng)估,大部分只能依靠運(yùn)維班組的經(jīng)驗(yàn)判斷。以至于在制定投資計(jì)劃,確定維修類型,合理分配如維修人員、維修資金、維修工具、維修時(shí)間等各類資源,都與實(shí)際運(yùn)行薄弱點(diǎn)存在偏差。

3 精益化管理平臺(tái)的技術(shù)原理

3.1 信息整合,構(gòu)建配電自動(dòng)化終端大數(shù)據(jù)中心

按照集中部署、整合信息和共享應(yīng)用的原則構(gòu)建數(shù)據(jù)中心。將配電自動(dòng)化終端大數(shù)據(jù)庫部署在安全三區(qū),實(shí)時(shí)獲取安全一區(qū)配電自動(dòng)化主站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ),形成自己獨(dú)立的大數(shù)據(jù)源,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。以B/S模式的架構(gòu)完成對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與展示,以及深層次的數(shù)據(jù)挖掘工作,通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)整合“三步走”,構(gòu)建配電自動(dòng)化終端一體化模型,在各類離散的信息數(shù)據(jù)之間建立內(nèi)生關(guān)聯(lián)關(guān)系,為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供便捷的數(shù)據(jù)“配送”渠道(圖1)。

圖1 配電自動(dòng)化終端大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建流程

3.1.1 數(shù)據(jù)采集

基于國家電網(wǎng)FPMS系統(tǒng),配電自動(dòng)化終端大數(shù)據(jù)中心在安全三區(qū)實(shí)時(shí)采集配電自動(dòng)化終端各類管理數(shù)據(jù),包括組織機(jī)構(gòu)、人員、廠站、設(shè)備臺(tái)賬、新設(shè)備投運(yùn)、設(shè)備異動(dòng)、檢修、缺陷、工作票等配電終端生產(chǎn)管理數(shù)據(jù),以及已有的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)關(guān)系,并在大數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)一存儲(chǔ)。

基于大數(shù)據(jù)平臺(tái),配電自動(dòng)化終端大數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)采集配電自動(dòng)化終端歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),包括遙測、遙信、遙控及遙調(diào)數(shù)據(jù),并在大數(shù)據(jù)平臺(tái)統(tǒng)一存儲(chǔ)。采用國際電工委員會(huì)IEC 60875—5—104規(guī)約將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至安全三區(qū),大數(shù)據(jù)平臺(tái)接收并在安全三區(qū)構(gòu)建開放、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫,提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享機(jī)制,支持實(shí)時(shí)應(yīng)用。為大數(shù)據(jù)分析及深度挖掘應(yīng)用提供全面的數(shù)據(jù)源。

3.1.2 數(shù)據(jù)治理

研發(fā)部署不良數(shù)據(jù)辨識(shí)軟件,以5 min為周期,從數(shù)據(jù)的完整性、一致性、相關(guān)性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性5個(gè)維度自動(dòng)掃描辨識(shí)不良數(shù)據(jù),開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)治理,指導(dǎo)各單位有針對(duì)性地開展自動(dòng)化設(shè)備消缺、設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)補(bǔ)充完善、對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤糾正等,保證數(shù)據(jù)真實(shí)可靠,并將自動(dòng)掃描結(jié)果作為對(duì)各單位數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)。接著,對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行治理,包括如下方面。

①完整性。檢查終端采集數(shù)據(jù)的完整性,確保數(shù)據(jù)有效。一是滿足調(diào)度業(yè)務(wù)及其他相關(guān)業(yè)務(wù)對(duì)各類數(shù)據(jù)的需求。二是滿足連續(xù)不中斷數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,防止斷點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生。三是確保數(shù)據(jù)中相關(guān)標(biāo)識(shí)及參數(shù)完整。

②一致性。檢查終端數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實(shí)際情況是否一致,能否反映真實(shí)的設(shè)備運(yùn)行信息,數(shù)據(jù)突然增大或變小是終端異?；蚨秳?dòng)的表現(xiàn)。

③相關(guān)性。同一設(shè)備的各類參數(shù)數(shù)據(jù)存在一定程度的相關(guān)性,通過對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)性的檢查確保終端數(shù)據(jù)的真實(shí)、有效,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常終端。

④規(guī)范性。檢查終端上傳數(shù)據(jù)是否滿足電力系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)范,禁止自定義數(shù)據(jù)格式及上傳內(nèi)容。

⑤準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性是數(shù)據(jù)可用的基礎(chǔ),確保設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)真實(shí)、全面,能作為有效數(shù)據(jù)及時(shí)反映電網(wǎng)的運(yùn)行工況。

3.1.3 數(shù)據(jù)整合

通過數(shù)據(jù)多維分析,對(duì)以多維形式組織起來的數(shù)據(jù)進(jìn)行上卷、下鉆、切片、切塊、旋轉(zhuǎn)等各種分析操作來剖析,使分析者和決策者可以多方面、多維度觀察數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),從而精確掌握蘊(yùn)含在數(shù)據(jù)中的信息和內(nèi)涵。按照不同的維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并采用折線圖、餅圖、柱狀圖等形式進(jìn)行展示。

采用“傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫+大數(shù)據(jù)平臺(tái)”的模式,構(gòu)建雙引擎驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)中心,實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)和分析計(jì)算服務(wù)一體化。在應(yīng)用層整合常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析、專業(yè)分析計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析等功能。一方面,大數(shù)據(jù)平臺(tái)采集和整合各類配電自動(dòng)化終端管理及運(yùn)行數(shù)據(jù),以統(tǒng)一的基礎(chǔ)架構(gòu)支撐大數(shù)據(jù)深度挖掘應(yīng)用。另一方面,大數(shù)據(jù)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)交換和共享中心,有效連接了各相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)流程貫通(圖2)。

3.2 挖掘大數(shù)據(jù)信息,建立配電自動(dòng)化終端狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

利用配電自動(dòng)化終端大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集及治理成果,結(jié)合配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的特點(diǎn),建立一套配電自動(dòng)化終端狀態(tài)評(píng)價(jià)體系,評(píng)價(jià)范圍包括設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工質(zhì)量、設(shè)備缺陷、運(yùn)行工況、運(yùn)行年限等全方位、多角度的融合,根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定其在設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)總分所占的比例,從定性評(píng)價(jià)方式向定量評(píng)價(jià)方式轉(zhuǎn)變,確保對(duì)每臺(tái)終端設(shè)備狀況作出準(zhǔn)確判斷[2]。

3.2.1 建立多級(jí)評(píng)價(jià)的終端設(shè)備健康狀態(tài)層次模型

配電自動(dòng)化終端的狀態(tài)評(píng)價(jià)分為投運(yùn)前評(píng)價(jià)和投運(yùn)后評(píng)價(jià),比例為2∶8,然后采取“從下而上”的方式,一級(jí)一級(jí)往上評(píng)價(jià),最后得到設(shè)備健康評(píng)價(jià)總值。評(píng)價(jià)體系如圖3所示。

圖3 配電自動(dòng)化終端設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

設(shè)備健康評(píng)價(jià)分值計(jì)算公式如下:

S=A×0.2+B×0.8

(1)

式(1)中,S為狀態(tài)評(píng)價(jià)總分值;A為投運(yùn)前狀態(tài)評(píng)價(jià)分值,從設(shè)備質(zhì)量、設(shè)計(jì)質(zhì)量、施工質(zhì)量和驗(yàn)收質(zhì)量4個(gè)方面綜合評(píng)估,并取各狀態(tài)分值之和作為投運(yùn)前狀態(tài)評(píng)價(jià)總得分;B為投運(yùn)后狀態(tài)評(píng)價(jià)分值,通過分別評(píng)價(jià)設(shè)備各部件狀態(tài)分值,并將各部件狀態(tài)分值相加作為投運(yùn)后狀態(tài)評(píng)價(jià)的最終得分。

3.2.2 推行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)制

配電自動(dòng)化終端設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)分由大數(shù)據(jù)平臺(tái)通過比較每天所采集信息數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新,并于每天8時(shí)和17時(shí)發(fā)布。對(duì)于健康分值變化較大的終端設(shè)備,系統(tǒng)將自動(dòng)判斷設(shè)備的危險(xiǎn)臨界條件。若識(shí)別到可能出現(xiàn)隱患時(shí),立即通過多種有效的方式向調(diào)度員和運(yùn)維人員發(fā)出預(yù)警信息。

通過構(gòu)建配電自動(dòng)化終端狀態(tài)評(píng)價(jià)體系,實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化終端運(yùn)行狀態(tài)分析工作由定性評(píng)價(jià)到定量評(píng)價(jià)的重大轉(zhuǎn)變,改進(jìn)了配電自動(dòng)化終端從投運(yùn)到運(yùn)維管理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)指導(dǎo)配電自動(dòng)化終端建設(shè)和維護(hù)工作具有重大意義。

4 精益化管理平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)

4.1 精益規(guī)劃配電自動(dòng)化終端建設(shè)

按照精益管理的要求,在每年的配電網(wǎng)建設(shè)改造規(guī)劃中,未來接入負(fù)荷量和設(shè)備的老舊程度是影響規(guī)劃的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)模式下,配電自動(dòng)化終端的改造一般根據(jù)其運(yùn)行年限或當(dāng)某些功能達(dá)不到最新的技術(shù)要求規(guī)范時(shí),開展未來的配電自動(dòng)化終端設(shè)備建設(shè)規(guī)劃。該模式雖在一定程度上符合設(shè)備改造的規(guī)律要求,但畢竟所獲取的設(shè)備信息數(shù)據(jù)較為單一,無法對(duì)配電自動(dòng)化終端設(shè)備的健康程度作出準(zhǔn)確判斷,常常導(dǎo)致某些運(yùn)行良好的終端因年限問題被迫進(jìn)行改造,而真正存在嚴(yán)重隱患的設(shè)備卻沒有得到及時(shí)修復(fù),大大增加了電網(wǎng)建設(shè)成本。

精益化平臺(tái)通過大數(shù)據(jù)的理念及技術(shù),建立配電自動(dòng)化終端健康狀態(tài)評(píng)價(jià)體系,將配電自動(dòng)化終端的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)變、吸收,準(zhǔn)確掌握每一臺(tái)終端設(shè)備的健康程度,形成了可指導(dǎo)配電自動(dòng)化終端建設(shè)規(guī)劃的數(shù)字,為配電自動(dòng)化規(guī)劃提供更為具體的科學(xué)依據(jù),有效提升配電自動(dòng)化建設(shè)規(guī)劃合理性(圖4)。

圖4 配電自動(dòng)化終端健康狀態(tài)評(píng)分表

此外,根據(jù)終端設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)分表確定每臺(tái)設(shè)備的薄弱部位和隱患嚴(yán)重程度,制定有針對(duì)性的改造計(jì)劃,確保改造計(jì)劃主次分明,合理利用資源。對(duì)于重點(diǎn)部件存在嚴(yán)重隱患的設(shè)備,列入一級(jí)改造項(xiàng)目,優(yōu)先安排更換整臺(tái)設(shè)備;對(duì)于重點(diǎn)部件存在一般隱患的設(shè)備,列入二級(jí)改造項(xiàng)目,優(yōu)先級(jí)次之;對(duì)于一般部件存在隱患的設(shè)備,可安排大修項(xiàng)目對(duì)零部件進(jìn)行更換。

同時(shí),通過大數(shù)據(jù)采集分析配電自動(dòng)化終端設(shè)備運(yùn)行狀況,可以判斷各類運(yùn)行環(huán)境對(duì)終端設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素比例,為今后的投資建設(shè)合理規(guī)劃安裝地點(diǎn)、安裝環(huán)境、安裝方式等提供指導(dǎo)性意見。

4.2 優(yōu)化配電自動(dòng)化終端運(yùn)維管理機(jī)制

傳統(tǒng)的配電自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)維檢修采用的都是定期檢修或者故障后檢修的方式,即固定周期或只有當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)才進(jìn)行檢修。定期檢修是維修人員在某段固定時(shí)間周期內(nèi)對(duì)設(shè)備做一個(gè)完整的“體檢”,以確保其健康狀態(tài)。這種方式雖然能夠在一定程度上排查設(shè)備存在的安全隱患,減少故障風(fēng)險(xiǎn),但也造成了設(shè)備必須定期停運(yùn)。隨著終端設(shè)備量的逐年增加,定期檢修不僅需要越來越多的人力,因定期檢修而停電的次數(shù)和范圍也逐步增加,造成人力和物力的雙重浪費(fèi)。而故障后檢修的缺點(diǎn)更加明顯,由于其發(fā)生的不可預(yù)測性,不僅對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的整體運(yùn)行造成影響,且往往需要更長的搶修時(shí)間,嚴(yán)重?cái)_亂班組的日常工作計(jì)劃。本文以精益管理為目標(biāo),建立了預(yù)防性檢修機(jī)制,通過大數(shù)據(jù)管理將配電自動(dòng)化終端的狀態(tài)信息與設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、維修信息、維修資源信息和系統(tǒng)用戶信息等進(jìn)行存儲(chǔ)和對(duì)比處理,建立故障模型,采用多種分析方法預(yù)先診斷某個(gè)部件的功能狀態(tài),確定部件正常工作的時(shí)間長度,在發(fā)生災(zāi)難性事故之前能夠及時(shí)預(yù)知,并采取必要的維修預(yù)防措施,以達(dá)到故障預(yù)測的目的[3]。

同時(shí),大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)根據(jù)設(shè)備部件出現(xiàn)的劣化程度逐級(jí)向相關(guān)的設(shè)備運(yùn)維人員或管理人員進(jìn)行預(yù)警。設(shè)備管理人員可以根據(jù)設(shè)備健康評(píng)估和分級(jí)預(yù)警結(jié)果及時(shí)進(jìn)行檢修決策,包括制定合理的檢修計(jì)劃,針對(duì)停電時(shí)間、檢修方式、檢修結(jié)果進(jìn)行評(píng)估,確定最優(yōu)的檢修方案等。此外,還需要合理調(diào)度各類維修資源,如維修人員、備品備件、檢修工具等(圖5)。

圖5 配電自動(dòng)化終端健康評(píng)分詳情及維修建議

4.3 提升配電自動(dòng)化應(yīng)用水平,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量供電

對(duì)配電自動(dòng)化終端的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測分析,統(tǒng)計(jì)包括終端設(shè)備在線率、遙信動(dòng)作正確率、遙控使用率、成功率、FA動(dòng)作準(zhǔn)確率等各項(xiàng)指標(biāo),依托大數(shù)據(jù)平臺(tái)的綜合分析,利用故障模型可自動(dòng)識(shí)別故障點(diǎn)及故障源,并發(fā)出預(yù)警信號(hào),指導(dǎo)配電自動(dòng)化終端運(yùn)維人員第一時(shí)間消除缺陷,提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性,確保調(diào)度人員對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場運(yùn)行方式及負(fù)荷分布情況作出準(zhǔn)確的判斷。

此外,在發(fā)生故障停電的狀況下,配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)在進(jìn)行故障隔離和恢復(fù)供電策略分析的同時(shí),綜合考慮終端設(shè)備通信通道狀態(tài)、設(shè)備動(dòng)作數(shù)、動(dòng)作頻率及甩負(fù)荷數(shù)的實(shí)用化策略,優(yōu)先選擇最佳的故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)供策略,大大縮短故障發(fā)生時(shí)的停電時(shí)間。

5 技術(shù)成熟度及安全性

在技術(shù)成熟度方面,基于大數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化終端精益化管理平臺(tái)充分發(fā)揮實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)分析在配電自動(dòng)化終端規(guī)劃建設(shè)、設(shè)備選型、工程施工、設(shè)備運(yùn)維管理等方面的導(dǎo)向作用,建立貫穿配電自動(dòng)化規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等全過程管理體系,充分優(yōu)化配電自動(dòng)化終端運(yùn)行管理流程,大大提高配電自動(dòng)化終端設(shè)備的健康和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著提升。大數(shù)據(jù)平臺(tái)不僅適用于配電自動(dòng)化建設(shè)較發(fā)達(dá)地區(qū)的運(yùn)維管理,在提高設(shè)備運(yùn)行可靠性的同時(shí)減少大量的運(yùn)維成本,還可以為準(zhǔn)備著手建設(shè)配電自動(dòng)化的電網(wǎng)企業(yè)提供專業(yè)的建設(shè)規(guī)劃指導(dǎo)意見,適用范圍極廣。

在安全性方面,平臺(tái)部署在配電自動(dòng)化主站安全三區(qū),通過實(shí)時(shí)獲取安全一區(qū)配電自動(dòng)化主站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ),形成自己獨(dú)立的大數(shù)據(jù)源,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),以B/S模式的架構(gòu)完成對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與展示,以及深層次的數(shù)據(jù)挖掘工作,為終端運(yùn)維工作提供有效的技術(shù)及數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)傳輸過程中嚴(yán)格按照國家電網(wǎng)二次防護(hù)防護(hù)要求執(zhí)行,確保了數(shù)據(jù)的安全性和保密性。