人工智能分析在電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修平臺中的應(yīng)用

徐慶

【摘 要】隨著計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展和向各領(lǐng)域的滲透，使在線監(jiān)測技術(shù)逐步走向?qū)嵱没A段。本文介紹VCS5000狀態(tài)檢修監(jiān)測平臺，實現(xiàn)了各監(jiān)測系統(tǒng)的信息互通，避免了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)“信息孤島”的弊端，通過人工智能分析實現(xiàn)了電氣設(shè)備的狀態(tài)預(yù)測、故障預(yù)警和診斷功能，提高設(shè)備狀態(tài)檢修管理水平及電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，為檢修人員提供分析和判斷設(shè)備故障的必要依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)檢修 信息孤島 人工智能 可靠性

隨著計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展和向各領(lǐng)域的滲透，使在線監(jiān)測技術(shù)逐步走向?qū)嵱没A段。但是現(xiàn)有系統(tǒng)也存在一些問題：出現(xiàn)了一種監(jiān)控“孤島”現(xiàn)象，主控室里有各種服務(wù)器監(jiān)測各種設(shè)備的運行，這些系統(tǒng)各自獨立運行，不僅浪費了空間資源和計算機資源，同時也增加了值班人員的工作量。VCS5000狀態(tài)檢修在線監(jiān)測系統(tǒng)采用一體化的思路，對這些系統(tǒng)的大小、功能范圍等進行統(tǒng)一的界定標(biāo)準(zhǔn)，進行統(tǒng)一的狀態(tài)檢修監(jiān)測平臺的開發(fā)和實施。

1VCS5000系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

VCS5000系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，配置傳感器和現(xiàn)場采集單元。現(xiàn)場采集單元按監(jiān)測功能要求配置，為了避免給站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來過重的負擔(dān)、甚至影響整個站控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，全站設(shè)置一套獨立的綜合狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

各類傳感器實時采集各電力設(shè)備狀態(tài)信息，點對點傳輸至現(xiàn)場采集單元，通過RS485或以太網(wǎng)以IEC101、IEC103規(guī)約接入狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)子站。監(jiān)測中心控制和管理各個監(jiān)測單元，并負責(zé)采集、存儲狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對站內(nèi)各變電設(shè)備的運行狀況進行診斷和分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行融合，建立運行與檢修管理數(shù)據(jù)庫，向運行人員提供變電設(shè)備狀態(tài)信息和對可能的故障進行預(yù)警。

2 VCS5000系統(tǒng)功能

2.1 電氣設(shè)備智能在線監(jiān)測

（1）變壓器油色譜氣體在線監(jiān)測：需要對日常的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，把故障氣體各組份和總烴的含量抽取出來對變壓器故障進行綜合分析診斷，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)程、導(dǎo)則、技術(shù)監(jiān)督和檢修人員的實踐經(jīng)驗，對抽取數(shù)據(jù)的展現(xiàn)形式、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、生命周期、歷史保留深度等屬性進行標(biāo)準(zhǔn)化管理，從而及時捕捉到變壓器故障信息，科學(xué)的指導(dǎo)設(shè)備運行檢修。（2）容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測：通過監(jiān)測110kV 及以下變電站內(nèi)電氣一次設(shè)備（如電流互感器、電壓互感器、變壓器鐵芯等高壓設(shè)備）的末屏泄漏電流，經(jīng)分析計算后得到設(shè)備運行狀態(tài)下的等值電容及其變化率、介質(zhì)損耗。系統(tǒng)分兩個部分，即由傳感器和監(jiān)測終端構(gòu)成數(shù)據(jù)采集、測量和計算單元。（3）SF6 氣體密度及微水在線監(jiān)測：對各氣室SF6氣體的實時濕度、實時壓力、相對濕度、密度等數(shù)據(jù)進行檢測，并可以通過其變化趨勢及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱蔽性缺陷，相應(yīng)提高了電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測水平。當(dāng)相應(yīng)的指標(biāo)達到報警狀態(tài)時，系統(tǒng)自動報警或啟動報警裝置；當(dāng)相應(yīng)的指標(biāo)超標(biāo)達到緊急報警級別時，自動報警或啟動閉鎖裝置，來保障電力設(shè)備和供電系統(tǒng)的安全。（4）斷路器動作特性在線監(jiān)測：采用專用的霍爾電流互感器，采集斷路器的分、合閘線圈、儲能電機等運行過程中的波形和數(shù)據(jù)以及綜合電流互感器二次傳感采集的電流波形、數(shù)據(jù)，通過RS485總線遠傳進入后臺狀態(tài)監(jiān)測軟件，用戶可以查勘監(jiān)測的分、合閘線圈的動作波形、儲能電機的工作狀態(tài)以及評估和分析結(jié)果。主要監(jiān)測內(nèi)容包括儲能電機工作工況監(jiān)測、開斷故障電流和開斷負荷電流監(jiān)測及斷路器動作時間、速度監(jiān)測。

2.2電氣設(shè)備狀態(tài)信息預(yù)測

現(xiàn)有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的故障自動診斷功能是基于實時監(jiān)測和分析數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上的，也就是說，當(dāng)診斷出故障時，故障有可能實際已經(jīng)發(fā)生了，因此無法實現(xiàn)故障的預(yù)警功能，也就無法實現(xiàn)真正的狀態(tài)檢修。

Box-Jenkins預(yù)測方法把時間序列看作隨機過程來研究和描述，其基本思想是：首先假設(shè)所分析的時間序列是由某個隨機過程產(chǎn)生的，然后利用時間序列的原始數(shù)據(jù)建立一個描述該過程的模型，并進行參數(shù)估計，此后運用所建立的模型，在已知時間序列在過去和現(xiàn)在的觀測值的情況下，求得時間序列未來的預(yù)測值。對于平穩(wěn)性時間序列，Box-Jenkins預(yù)測方法的模型分為三種：自回歸模型（AR）、移動平均模型（MA）、自回歸—移動平均模型（ARMA）；對于非平穩(wěn)性時間序列，則可應(yīng)用累積式自回歸—移動平均模型（ARIMA）。VCS5000系統(tǒng)監(jiān)測模塊根據(jù)數(shù)據(jù)時間判據(jù)，選擇上述模型分析，從設(shè)備狀態(tài)特征信息歷史數(shù)據(jù)出發(fā)，考慮運行、環(huán)境等相關(guān)因素，采用人工智能分析進行設(shè)備狀態(tài)特征信息的提取，給出各在線監(jiān)測系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備未來的預(yù)測值，并作為系統(tǒng)對設(shè)備故障分析、診斷的信息源。

2.3 電氣設(shè)備故障智能分析診斷

故障診斷技術(shù)是保障電氣設(shè)備安全運行的基本措施之一，它能夠根據(jù)各種預(yù)測方法得出的初步結(jié)論，結(jié)合具體電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，綜合考慮電氣設(shè)備的運行歷史和各種環(huán)境因素的影響，對電氣設(shè)備發(fā)生的故障進行分析，確定故障的性質(zhì)、程度以及部位，推測引起故障的原因。

人工智能算法的出現(xiàn)為實現(xiàn)故障的智能診斷提供可能。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，名字源于網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的調(diào)整規(guī)則，采用的是后向傳播學(xué)習(xí)算法即BP學(xué)習(xí)算法。典型的BP網(wǎng)絡(luò)是三層前饋階層網(wǎng)絡(luò)，即：輸入層、隱含層（中間層）和輸出層，各層之間實行全連接。VCS5000系統(tǒng)故障智能分析診斷模塊將預(yù)測模塊輸出的電氣量預(yù)測值送入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層，經(jīng)過隱含層的推導(dǎo)，最終給出系統(tǒng)可能的故障類型，從而實現(xiàn)以在線監(jiān)測為依據(jù)的狀態(tài)監(jiān)測與維修逐步取代以預(yù)防性試驗為依據(jù)的預(yù)測維修，為電網(wǎng)實現(xiàn)基于狀態(tài)監(jiān)測的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

2.4 顯示統(tǒng)計信息

能實時顯示設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)，可以查詢?nèi)我慌_設(shè)備的歷史記錄、動作波形和當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生異?；蛘吖收蠒r，在操作界面上給出明確的警示信息。

2.5 數(shù)據(jù)共享

本地計算機上的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以下載到遠程終端上或其他計算機上，便于監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享。

3結(jié)語

VCS5000一體化的監(jiān)測系統(tǒng)解決了在線監(jiān)測“信息孤島”的弊端，為所有在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了一個智能化的監(jiān)測平臺，有助于及時、全面掌握設(shè)備的運行狀態(tài)、健康狀況及其所處環(huán)境等要素對于變電站乃至整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

參考文獻：

[1]鄭麗娜.電氣工程自動化中人工智能應(yīng)用研究[J].中國科技博覽，2014（34）：328.