電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)

謝永鋒

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的用電需求量越來(lái)越大，電力設(shè)備開始向大容量、高電壓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣等方向發(fā)展。本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)分析了電力系統(tǒng)設(shè)備的故障特性，并設(shè)計(jì)了在線評(píng)估系統(tǒng)。能夠采集并分析電力系統(tǒng)設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、預(yù)測(cè)故障發(fā)生、輔助維修等。

關(guān)鍵詞：設(shè)備狀態(tài)；在線評(píng)估；故障診斷

對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有效評(píng)估是狀態(tài)檢修工作的主要內(nèi)容，受到了越來(lái)越多專家的重視，而我國(guó)也出臺(tái)了相關(guān)的管理依據(jù)，如《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》等。隨著科學(xué)水平的提高，電力工業(yè)行業(yè)得到了快速發(fā)展，過(guò)去的電力設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的需求，因此電力設(shè)備正在向大容量、高電壓方向發(fā)展，而過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定也不再適用于如今的電力設(shè)備。再加上如今的電力設(shè)備的運(yùn)行不是獨(dú)立的，安全性也應(yīng)從整體考慮，所以電力設(shè)備的安全性也應(yīng)站在全局的角度分析與評(píng)估，建立新的模型。經(jīng)過(guò)研究，本文建立了電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力設(shè)備整體安全性的評(píng)估，對(duì)評(píng)估中的因素，包括狀態(tài)因素、評(píng)判集與權(quán)重進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)析，大力開發(fā)“協(xié)作評(píng)估”機(jī)制。

1 評(píng)估體系研究的總體思路

評(píng)估體系主要包括評(píng)估內(nèi)容、評(píng)估方法、評(píng)估模型、評(píng)估環(huán)節(jié)等。本文設(shè)計(jì)的評(píng)估系統(tǒng)首先分析了電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中涉及到的安全因素，并對(duì)其進(jìn)行了分類與評(píng)級(jí)，大致規(guī)劃了評(píng)估內(nèi)容范圍；利用評(píng)估原則與模糊評(píng)估法，建立了評(píng)估模型。如圖1所示：

圖1運(yùn)行中的電力設(shè)備

2 評(píng)估體系的指標(biāo)體系

整個(gè)電力系統(tǒng)中會(huì)用到各式各樣的電力設(shè)備，因此對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估需要從不同的方面進(jìn)行，綜合考慮各種因素，找出了四個(gè)評(píng)估方向，即自身質(zhì)量、預(yù)防性試驗(yàn)、運(yùn)行狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)。

2.1 自身質(zhì)量

設(shè)備的質(zhì)量是設(shè)備安全運(yùn)行的基本條件，出廠時(shí)的質(zhì)量等級(jí)、運(yùn)行中的安全狀態(tài)以及用戶反饋的質(zhì)量問(wèn)題都可以反映出這臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 預(yù)防性試驗(yàn)

設(shè)備投入使用前，為了保證安全性和穩(wěn)定性，需要做預(yù)防性試驗(yàn)，常用的試驗(yàn)方法有兩種，一種是停電實(shí)驗(yàn)法，另一種是在線監(jiān)測(cè)法。停電實(shí)驗(yàn)法主要分析設(shè)備的絕緣性，油液中溶解氣體的色譜、油液中含水量等；在線監(jiān)測(cè)法可以不間斷地對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)發(fā)生故障時(shí)的征兆，并發(fā)出警報(bào)。在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)就是靈敏度高，誤報(bào)率低。

2.3 運(yùn)行安全狀態(tài)

設(shè)備的運(yùn)行安全狀態(tài)主要包括實(shí)施工況、運(yùn)行年限、運(yùn)行環(huán)境等實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)來(lái)源有兩種，一種是自動(dòng)采集獲得的數(shù)據(jù)，另一種是工作人員定期巡查記錄的數(shù)據(jù)。需要注意的是，運(yùn)行年限不是反映設(shè)備運(yùn)行工況的唯一條件，新設(shè)備的工況不一定就好，老設(shè)備的工況也不一定差，但是超過(guò)運(yùn)行年限的設(shè)備總歸是不安全的。

2.4 歷史數(shù)據(jù)

這一指標(biāo)是從設(shè)備的歷史靜態(tài)角度出發(fā)，主要包括設(shè)備出廠時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)備所屬品牌的質(zhì)量史，設(shè)備的檢修記錄等。

綜合以上幾點(diǎn)，建立了電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估的指標(biāo)體系，如圖2所示：

圖2電力設(shè)備運(yùn)行安全狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

3 電力設(shè)備運(yùn)行安全狀態(tài)模糊綜合評(píng)估

上述指標(biāo)體系中的指標(biāo)因素有的并不是一成不變的，有的因素有一定的不確定性，例如質(zhì)量等級(jí)、運(yùn)行年限、運(yùn)行環(huán)境等是確定不變的，而性能效果、用戶反饋、在線監(jiān)測(cè)等則有很強(qiáng)的不確定性，我們稱之為模糊因素，因此在表述的時(shí)候需要用到模糊概念，對(duì)這些因素的評(píng)估也只有模糊的結(jié)論，所以采用模糊綜合評(píng)估是比較合適的。

3.1 狀態(tài)因素的確定

從圖2中可知，對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的評(píng)估共有16個(gè)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)都可以看作是一個(gè)評(píng)估因素，用U表示，分別是U1、U2……U15、U16。

3.2 評(píng)判集的確定

評(píng)判的等級(jí)不同，用來(lái)表示的顏色也不同，本文根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)備的安全狀態(tài)由低到高分成了六個(gè)等級(jí)，分別表示為：1級(jí)—綠色、2級(jí)—藍(lán)色、3級(jí)—黃色、4級(jí)—橙色、5級(jí)—紅色、6級(jí)—黑色。在評(píng)判集里面用V表示。每一級(jí)代表的具體情況如下文所示：

1級(jí)：設(shè)備運(yùn)行正常，各項(xiàng)指標(biāo)正常，能達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)，不需要維修，沒(méi)有故障記錄，使用人員反饋良好。

2級(jí)：設(shè)備運(yùn)行良好，設(shè)備質(zhì)量和品牌質(zhì)量都很好，設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境良好，配套設(shè)施齊全，故障發(fā)生率較低，整體表現(xiàn)不錯(cuò)。

3級(jí)：設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本達(dá)標(biāo)，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境屬于正常范圍，雖然運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，但是質(zhì)量卻不是很好，整體地運(yùn)行安全狀態(tài)不太穩(wěn)定，隨時(shí)都可能報(bào)警，發(fā)生事故或發(fā)生危險(xiǎn)。

4級(jí)：設(shè)備還沒(méi)有超過(guò)運(yùn)行年限，運(yùn)行環(huán)境也還正常，通過(guò)預(yù)防實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)不太良好，本身質(zhì)量有缺陷，品牌質(zhì)量史也不好，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的維修與養(yǎng)護(hù)之后能夠正常工作。

5級(jí)：設(shè)備將要到運(yùn)行年限，并且沒(méi)有好的運(yùn)行環(huán)境，經(jīng)常發(fā)生故障，許多數(shù)據(jù)都不達(dá)標(biāo)，運(yùn)行狀態(tài)不好，隨時(shí)都可能發(fā)生危險(xiǎn)。

6級(jí)：設(shè)備已經(jīng)超期限運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境很差，故障發(fā)生率很高，設(shè)備運(yùn)行安全性不佳，使用人員反饋信息不良，屬于極度危險(xiǎn)水平。

上述六種顏色代表了留個(gè)安全等級(jí)范圍，黑色表示（5，6]，紅色代表的范圍是（4，5]…以此類推。

3.3 權(quán)重的確定

權(quán)重代表上述指標(biāo)的地位和作用，是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估中的重要內(nèi)容。確定目標(biāo)權(quán)重的方法有很多，因此得出的結(jié)論也不同，但是需要根據(jù)不同的實(shí)際情況選擇不同的確定方法，沒(méi)有一種能應(yīng)用于所有情況。本文采用了群決策層次分析法，找到了第i位專家對(duì)指標(biāo)因素j的權(quán)重，表示為，如果總共有M位專家，那么第i位專家所提出的意見重要度是：

得到公式（1）：Ii=·，i=1，2…，m；u=1，2，…，l

其中，Wu表示專家的信息與設(shè)備評(píng)估工作的相關(guān)性，例如專家的學(xué)位、從事研究的時(shí)間、崗位等，l表示上述信息的種類。代表各專家的權(quán)重，分為不同的級(jí)別。

把第i為專家的意見進(jìn)行歸一，得到該意見的主觀權(quán)重Ti，代表此專家的知識(shí)水平、研究?jī)?nèi)容、經(jīng)驗(yàn)等。

得到公式（2）：Ti=

假設(shè)指標(biāo)因素一共有n項(xiàng)，那么這m為專家對(duì)n項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)估決策就會(huì)形成m×n的矩陣。

得到公式（3）：c=

那么第i位專家對(duì)第j項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行的評(píng)估就可以表示為Cij的倒數(shù)，Cij大于等于0，小于等于1。

3.4 綜合評(píng)估計(jì)算

綜上所述，狀態(tài)因素集判斷16×6矩陣表示為R。

得到公式（4）：R=

評(píng)估向量表示為公式（5）：B=

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)方案

如今，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了2.0時(shí)代，在此基礎(chǔ)上形成了“多專家協(xié)作評(píng)估”機(jī)制。本文中的設(shè)計(jì)采用了J2EE，總共有三層架構(gòu)，分別如下：

4.1.1 客戶層

顧名思義，客戶層的是為客戶使用的，包括設(shè)備端和用戶端，其中設(shè)備端又包括電力系統(tǒng)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)、獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；用戶端提供用戶的登陸、管理與評(píng)估，是基于WEB瀏覽器開發(fā)的。

4.1.2 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與交換，相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海且粋€(gè)WEB服務(wù)器，用戶的評(píng)估在服務(wù)器中進(jìn)行。為了提高用戶的體驗(yàn)度，本設(shè)計(jì)使用了A jax方法，就是在服務(wù)器中加入了A jax引擎，大大縮短了用戶等待的時(shí)間。

4.1.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要包括大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，常用的有ORACLE、SQL Server等，由于本設(shè)計(jì)對(duì)安全性要求較高，因此采用了ORACLE作為數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.1.4 數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)接口

常用的系統(tǒng)通信技術(shù)有JAVA技術(shù)、SOAP技術(shù)、COM/DCOM等，本文的設(shè)計(jì)為了不受傳輸協(xié)議的限制，故采用了SOAP技術(shù)。由于本系統(tǒng)是基于J2EE開發(fā)的，因此數(shù)據(jù)接口為JDBC接口。

4.1.5系統(tǒng)安全與防范

系統(tǒng)的安全性是系統(tǒng)運(yùn)行的基本保障，有其在開放的WEB2.0時(shí)代。本文的設(shè)計(jì)使用了防火墻技術(shù)，將系統(tǒng)的服務(wù)器與外網(wǎng)通過(guò)防火墻隔離，防止外界的訪問(wèn)；對(duì)內(nèi)網(wǎng)用戶的訪問(wèn)權(quán)限也做了嚴(yán)格的規(guī)定，例如操作時(shí)間、數(shù)據(jù)修改等；用戶的信息需要定期驗(yàn)證，核心功能需要有更高的權(quán)限才能操作。

4.2 應(yīng)用分析

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以有效的解決以下幾種問(wèn)題：需要評(píng)估的設(shè)備數(shù)量較多；設(shè)備空間分布較廣；專家組成員較多；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作人員難以參與評(píng)估；繁重的信息處理任務(wù)；信息發(fā)布不夠及時(shí)。但是，本系統(tǒng)還有一些問(wèn)題需要解決，主要是評(píng)估人員的積極性的問(wèn)題，例如，由于設(shè)備的維護(hù)需要運(yùn)行人員進(jìn)行負(fù)責(zé)，但檢修人員往往沒(méi)有這方面的義務(wù)，因此我們有理由認(rèn)為在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中會(huì)造成人員的積極性問(wèn)題。這種問(wèn)題需要企業(yè)管理水平的提高來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些其他的沒(méi)有預(yù)想的問(wèn)題，這些都需要不斷的進(jìn)行研究來(lái)解決。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)可以完成對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線評(píng)估，對(duì)評(píng)估結(jié)果按照不同方法進(jìn)行分析，如模糊分步法、加權(quán)平均法等，使用戶能夠更精確的知曉電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全狀態(tài)，并及早采取相應(yīng)維修措施，從而提高電力系統(tǒng)設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益。

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