基于全景數(shù)據(jù)的智能修理與快速電力故障處置支持平臺(tái)

張勤+海龍++陳能++郭俊嶺

摘 要：近年來，國家為提升供電質(zhì)量適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，不斷加大配電網(wǎng)改造投資力度。為加快配電網(wǎng)建設(shè)改造，國家能源局近日發(fā)布《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃（2015—2020年）》，明確加大配電網(wǎng)投入。配電網(wǎng)是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，但用電水平相對(duì)國際先進(jìn)水平仍有差距。該文圍繞供電可靠性問題，以配網(wǎng)故障檢修和搶修問題為核心，建立基于全景數(shù)據(jù)的輔助決策信息化平臺(tái)，為提高故障檢修和故障搶修效率提供智能化的管理手段。通過智能檢修流程與快速電力故障處置決策，實(shí)現(xiàn)快速搶修配網(wǎng)事故點(diǎn)，從而抑制災(zāi)害擴(kuò)大。

關(guān)鍵詞：全景數(shù)據(jù) 智能檢修 快速搶修 輔助決策

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（b）-0035-04

目前配網(wǎng)故障查找方式是基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和人員巡檢信息進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)融合分析，而在不同時(shí)期需要采用不同技術(shù)手段構(gòu)建了各種配網(wǎng)故障搶修管理系統(tǒng)。然而，單純依賴這些設(shè)備和技術(shù)，對(duì)配網(wǎng)維護(hù)的實(shí)際作用有限。例如，在對(duì)配網(wǎng)電纜應(yīng)急搶修或日常維護(hù)時(shí)，需要對(duì)入地電纜進(jìn)行開挖、開關(guān)柜停電等重復(fù)性工作，對(duì)可能的故障點(diǎn)逐一排查，導(dǎo)致地下電纜維護(hù)工作繁重、操作復(fù)雜、難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，不能降低電纜等地下設(shè)施管理的難度和復(fù)雜性，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來較大隱患。

麗江古城的復(fù)雜地下和地面環(huán)境決定了電纜管溝內(nèi)的輸配電電纜可能長期運(yùn)行在高溫、高濕、高腐蝕的環(huán)境之下。由于電纜通道路徑復(fù)雜，有許多和市政污水管道交錯(cuò)，且部分電纜管溝長期水浸、積滿淤泥環(huán)境極其惡劣，極易導(dǎo)致有害及可燃?xì)怏w聚集，危及檢修人員身體健康，并存在爆炸隱患。如何長期有效的對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能檢修以及快速復(fù)電搶修是迫切需要解決的問題。該文將通過配網(wǎng)故障管理的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析、配網(wǎng)檢修及搶修分析、快速電力故障處置平臺(tái)的構(gòu)建思想幾個(gè)方面闡述。

1 配網(wǎng)故障管理的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析

在配電網(wǎng)中電氣柜、開關(guān)柜、變壓器、電纜和環(huán)網(wǎng)柜等關(guān)鍵設(shè)施受電氣老化、配網(wǎng)走廊周邊環(huán)境以及建筑物等因素影響，就會(huì)存在一些災(zāi)害漏洞。配電線路走線復(fù)雜，點(diǎn)多線長面廣，所用設(shè)備新舊程度不同、設(shè)備質(zhì)量參差不齊，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，受氣候或地理的環(huán)境影響較大，用戶供用電情況復(fù)雜，這些都直接或間接影響著配電線路的安全運(yùn)行。這就導(dǎo)致了配網(wǎng)故障原因遠(yuǎn)比輸電線路復(fù)雜，配電線路設(shè)備故障率居高不下。以麗江供電局為例，當(dāng)前配電網(wǎng)是架空線和地下電纜并存，城市配電網(wǎng)存在分布廣、環(huán)境雜、設(shè)備多，而在巡檢工作中，主要全憑運(yùn)行維護(hù)人員腦力記憶，很多線路桿塔、隧道、分支箱所處的地理位置、周圍的地形環(huán)境、線路的巡視路徑等信息隨著時(shí)間的推移，會(huì)模糊不清甚至遺忘，使得巡視和檢修人員常走錯(cuò)路徑、找錯(cuò)桿塔、隧道、分支箱。

經(jīng)過運(yùn)行統(tǒng)計(jì)配網(wǎng)常見故障可分為：自然災(zāi)害、人為因素、環(huán)境災(zāi)害、施工問題、配電設(shè)備等方面。具體有：電纜線路設(shè)備老化、導(dǎo)線斷線故障、變壓器故障、電纜接頭損壞、接地線被破壞、相間短路故障、低值、零值絕緣子造成故障、保護(hù)定值不準(zhǔn)、電纜頭爆炸、私自違規(guī)操作設(shè)備引發(fā)故障、各類交跨距離不夠引起線路故障、偷盜線路設(shè)備、盜割導(dǎo)線等造成線路停電、電桿破壞引起線路停電、樹障、竊電造成短路跳閘以及其它原因不明的故障。

配網(wǎng)故障的種類繁多，發(fā)生故障的頻率較高，覆蓋的范圍廣，從而導(dǎo)致管理困難。需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備根據(jù)具體情況和經(jīng)驗(yàn)?zāi)贸鰮屝薜姆桨负途唧w措施。雖然當(dāng)前電網(wǎng)公司已經(jīng)具備GIS系統(tǒng)標(biāo)注各項(xiàng)設(shè)備，但仍缺少地下電纜詳細(xì)信息和周邊環(huán)境信息，并沒有巡檢線路的管理和故障搶修管理，目前隨著城市建設(shè)不斷推進(jìn)，入地電纜逐漸增多，增加了管理難度。配網(wǎng)故障搶修主要依靠工作經(jīng)驗(yàn)的積累和各部門間高效的協(xié)作與配合才能在最短的時(shí)間完成，但工作經(jīng)驗(yàn)的需要時(shí)間積累、工作人員間協(xié)作需要時(shí)間來磨合，這就導(dǎo)致了供電部門往往感覺人員不足，專業(yè)設(shè)備不足，能快速解決問題專家也不足。

2 配網(wǎng)檢修及搶修分析

配網(wǎng)日常檢修對(duì)故障的早期發(fā)現(xiàn)早期處理具有關(guān)鍵作用，探索故障檢修的高效率方法一直是配網(wǎng)管理者所關(guān)心問題。設(shè)備維修是電力企業(yè)的主要工作之一，包括設(shè)備的定期現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估、檢修、修復(fù)和更換。電力企業(yè)實(shí)施檢修計(jì)劃是為了使設(shè)備經(jīng)常保持正常的工作狀態(tài)，設(shè)備檢修計(jì)劃安排的好壞至關(guān)重要。電力設(shè)備的檢修與供電可靠性密切相關(guān)，設(shè)備維修總是伴隨著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的潛在上升。優(yōu)化的檢修計(jì)劃可以提高供電可靠性、降低網(wǎng)損，直接關(guān)系到電網(wǎng)企業(yè)和用戶的利益，對(duì)電力系統(tǒng)、乃至整個(gè)社會(huì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有著很大的影響。因此，根據(jù)國內(nèi)供電企業(yè)所有的配電網(wǎng)檢修工作的實(shí)際情況，建立一個(gè)兼顧電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化檢修計(jì)劃數(shù)據(jù)模型，并構(gòu)建相應(yīng)的優(yōu)化系統(tǒng)具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)現(xiàn)快速搶修工作，按照南方電網(wǎng)提出的“服務(wù)型定位”發(fā)展戰(zhàn)略要求，以客戶為中心、不斷提升對(duì)客戶持續(xù)供電能力，提高供電可靠性為根本，提升故障搶修的管理水平，必須通過“技術(shù)創(chuàng)新+管理創(chuàng)新”的思路，配網(wǎng)檢修、搶修需要與配網(wǎng)故障分析有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力故障的智能分析、統(tǒng)一故障分析，輔助決策，變被動(dòng)服務(wù)為主動(dòng)式客戶服務(wù)，提高故障搶修工作整體管理水平和搶修工作效率，從而達(dá)到降低用戶停電損失，減少電網(wǎng)企業(yè)的售電損失，提高電網(wǎng)供電可靠性的生產(chǎn)目標(biāo)。

我們可以從多個(gè)角度將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分類，再根據(jù)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行計(jì)算。通過對(duì)配網(wǎng)設(shè)備參數(shù)、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等進(jìn)行融合，研究各專業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)（包括歷史數(shù)據(jù)）與分析方法、環(huán)境條件、結(jié)果的關(guān)系，數(shù)據(jù)的提取機(jī)制，建立數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)分析平臺(tái)上的多參量自動(dòng)分析，模型本身能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)學(xué)習(xí)并更新算法。數(shù)據(jù)量越多、運(yùn)行時(shí)間越長，分析結(jié)果將會(huì)越準(zhǔn)確。例如，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)包括電纜線芯電流、溫度等設(shè)備運(yùn)行信息（電參量），電纜型號(hào)等設(shè)備本體信息（非電參量），柜內(nèi)溫度等設(shè)備環(huán)境信息（非電參量），以及氣象等公共信息（非電參量）。環(huán)網(wǎng)柜故障診斷、預(yù)警及運(yùn)維決策模型基于上述設(shè)備運(yùn)行信息、本體信息、環(huán)境信息、公共信息等全景信息，對(duì)電纜故障及老化程度進(jìn)行定位、分析，對(duì)災(zāi)情進(jìn)行預(yù)警，并給出設(shè)備維護(hù)檢修、應(yīng)急響應(yīng)的決策建議，從而實(shí)現(xiàn)輔助決策。

通過初步智能化的配網(wǎng)故障分析功能給出防災(zāi)、檢修、搶修、故障處置的意見。并根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)維單位需要的推斷分析結(jié)果要求，建立相關(guān)配電網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)計(jì)推導(dǎo)模型。有效指導(dǎo)設(shè)備投運(yùn)的全生命周期管理，給出設(shè)備老化、故障定位、設(shè)備更換等信息。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

用戶側(cè)配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的故障通常需要快速搶修和處理，其管理過程牽涉到電力企業(yè)的多個(gè)服務(wù)部分和相關(guān)領(lǐng)域及業(yè)務(wù)，管理難度較大，與電力搶修工作密切相關(guān)的配網(wǎng)、配電、調(diào)度等重要信息系統(tǒng)由于專業(yè)性強(qiáng)、信息安全要求高，目前都是分散部署、獨(dú)立應(yīng)用，而這些重要信息對(duì)于面向客戶直接提供服務(wù)的一線工作人員卻是信息盲區(qū)，在受理故障搶修話務(wù)時(shí)無法快速判斷出故障點(diǎn)位置，無法確定是否是已知故障、是否已經(jīng)在搶修狀態(tài)中、是否可立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案等，存在故障多頭報(bào)修、資源重復(fù)調(diào)派、服務(wù)環(huán)節(jié)拉長、監(jiān)控管理脫節(jié)等問題。同時(shí)整個(gè)搶修派工過程中存在大量人工溝通環(huán)節(jié)。為此設(shè)計(jì)一套基于海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理模型勢(shì)在必行，其設(shè)計(jì)流程分為數(shù)據(jù)采集部分、診斷分析部分、決策支持部分。其具體全景數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)如圖1。

基于以上設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際搶修工作，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能修理與快速電力故障處置支持平臺(tái)。該平臺(tái)建立在不同應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)之上，首先通過數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，從各種系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)，統(tǒng)一經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗和過濾，再經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘和重構(gòu)形成可供分析的熟數(shù)據(jù)，再經(jīng)過診斷分析的集成平臺(tái)生成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型由不同類型的數(shù)據(jù)引擎分發(fā)到不同的應(yīng)用模塊，同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口解決數(shù)據(jù)兼容問題。

應(yīng)用系統(tǒng)層面可由多個(gè)子系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)采集既可以平行和垂直采集，子系統(tǒng)之間無耦合要求，只作為大數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)采集來源。信息集成層定義了通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于生成特定的數(shù)據(jù)模型，起到關(guān)鍵的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分發(fā)功能。中間件和數(shù)據(jù)引擎解決數(shù)據(jù)的傳輸瓶頸問題和高性能高并發(fā)問題。業(yè)務(wù)處理與數(shù)據(jù)展現(xiàn)層提供人機(jī)接口。其具體智能檢修與快速電力故障處置支持平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2。

智能修理與快速電力故障處置支持平臺(tái)，是一整套有機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合了各種應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并且相互協(xié)同配合完成智能處置的全過程。智能修理與快速電力故障搶修的決策支持需要同時(shí)用到平臺(tái)的移動(dòng)運(yùn)用APP及電子地圖技術(shù)，通過可視化的地圖標(biāo)識(shí)及擴(kuò)展運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)無紙化移動(dòng)辦公，摒除辦公現(xiàn)場(chǎng)的地點(diǎn)限制，可便捷的開展線路運(yùn)維管理工作，做到信息及時(shí)傳遞，擴(kuò)充信息溝通傳遞渠道，助力運(yùn)維工作的有效開展，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)精益化管理提升。其移動(dòng)應(yīng)用業(yè)務(wù)主要由企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)管理、GIS系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)接入日常巡視的大數(shù)據(jù)（工作任務(wù)、事故信息、照片、安全措施信息等），通過大數(shù)據(jù)分析模型梳理為“任務(wù)接收、路徑導(dǎo)航、任務(wù)執(zhí)行、結(jié)果反饋”的閉環(huán)業(yè)務(wù)流程，具體內(nèi)容如圖3。從而構(gòu)建一套線上、線下的快速潛修的輔助流程。

智能修理與快速電力故障處置支持平臺(tái)與多系統(tǒng)協(xié)同工作，通過數(shù)據(jù)的自動(dòng)化接收與處理，并分發(fā)到后臺(tái)處理智能快速分析平臺(tái)形成處置方案并通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)派工到相應(yīng)工作人員完成故障及時(shí)處理：

（1）數(shù)據(jù)收集過程：通過標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)抽象實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)匯總與處理初步判斷系統(tǒng)是否異常，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，處置過程將匯集數(shù)據(jù)分發(fā)到后臺(tái)智能決策系統(tǒng)細(xì)致分析。

（2）智能處置平臺(tái)將根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行知識(shí)庫匹配和相應(yīng)算法進(jìn)行故障分析，分析數(shù)據(jù)將通過自學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)模型生成相應(yīng)處置方案，之后納入結(jié)果回執(zhí)與實(shí)際解決方案進(jìn)行比較分析。

（3）處置方案生成的同時(shí)將通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通過工作人員和自動(dòng)處理設(shè)備，實(shí)施方案解決故障問題，并將執(zhí)行結(jié)果通過移動(dòng)應(yīng)用APP或智能終端發(fā)送到后臺(tái)由智能支持平臺(tái)收錄并總結(jié)自動(dòng)生成相應(yīng)的故障報(bào)告。

4 智能修理與快速電力故障處置支持平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

（1）數(shù)據(jù)容量大，以真實(shí)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，方便建立更科學(xué)準(zhǔn)確的故障數(shù)據(jù)模型。

（2）可基于全景數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際的故障檢修和搶修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障全生命周期管理。

（3）建立專家知識(shí)庫，可自學(xué)習(xí)、可復(fù)用，從定性與定量兩方面進(jìn)行故障診斷、預(yù)警及決策。

（4）移動(dòng)應(yīng)用信息推送服務(wù)，針對(duì)用戶的信息需求通過數(shù)據(jù)庫和信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)檢索到符合用戶要求的信息，人性化推送用戶關(guān)注的信息，并結(jié)合圖形化圖表化的分析結(jié)果和趨勢(shì)圖方便理解和判斷。

（5）不同組織和相關(guān)部門可向平臺(tái)充實(shí)數(shù)據(jù)，共享處理和分析結(jié)果。

（6）應(yīng)用數(shù)據(jù)歸檔機(jī)制，歷史數(shù)據(jù)的可追溯性，可以以時(shí)間主線，故障類型主線，部門主線，效率性主線等為要點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（7）可向不同的終端推送數(shù)據(jù)和提供數(shù)據(jù)采集接口具有良好的交互體驗(yàn)和人機(jī)接口。

（8）基于數(shù)據(jù)建模方法建立故障數(shù)據(jù)模型和原型，將離散隨機(jī)的數(shù)據(jù)片斷提升為易于分析的可用的單元。

（9）在真實(shí)故障數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上建立故障事件的內(nèi)在聯(lián)系和通過分析得到趨勢(shì)性結(jié)果以供決策。

5 結(jié)論

建立配網(wǎng)故障數(shù)據(jù)模型作為分析和統(tǒng)計(jì)的重要數(shù)據(jù)方法為配網(wǎng)故障管理提供決策依據(jù)，通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)整合各子系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，解決配網(wǎng)故障管理的數(shù)據(jù)整合與統(tǒng)計(jì)利用的問題。在復(fù)雜的配電網(wǎng)中，利用大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)故障，為運(yùn)維人員提供科學(xué)的應(yīng)急預(yù)案及解決方案，不僅能大幅減輕運(yùn)維人員工作，快速的故障解決還能提高客戶滿意度。

基于配網(wǎng)故障全景數(shù)據(jù)的建立，智能修理與快速電力故障處置支持平臺(tái)將為決策和分析提供可量化和可視化的科學(xué)依據(jù)。大幅提升客戶服務(wù)水平及服務(wù)質(zhì)量。電力搶修工作效率提升后，能夠有效減少停電帶來的各項(xiàng)損失，從而大幅提升客戶服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，提高客戶滿意度。促進(jìn)企業(yè)管理模式的創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)信息獲取模式從孤立分散到逐步集成并最終實(shí)現(xiàn)信息整合的轉(zhuǎn)變；實(shí)現(xiàn)了搶修指揮模式從“指揮孤島”到協(xié)同有效的指揮控制轉(zhuǎn)變；事件處置模式從被動(dòng)“救火隊(duì)”到主動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)防、事件驅(qū)動(dòng)控制、預(yù)案流程控制轉(zhuǎn)變。

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