基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢研究

繆巍巍　吳海洋　于寶輝　張懿　陳鵬

摘 要：在電力行業(yè)中，電力通信設(shè)備眾多，為保證通信設(shè)備安全可靠運(yùn)行，需對(duì)各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡檢。傳統(tǒng)的巡檢工作需人工巡檢，然而這種方式存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、巡檢效率低、漏檢等諸多問題。為了有效地避免人工巡檢的弊端，文章提出了基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢方法，該方法利用智能巡檢技術(shù)并通過事前巡檢、事中巡檢、事后巡檢，從而實(shí)現(xiàn)電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢及通信現(xiàn)場事前事中事后的閉環(huán)管理智能化。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)感知；電力通信設(shè)備；自動(dòng)巡檢

隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，配套通信網(wǎng)絡(luò)在高速建設(shè)，新設(shè)備大量投產(chǎn)，預(yù)示著通信設(shè)備巡檢的工作量也必將大幅度增加[1]。電力通信設(shè)備巡檢是保證電力通信設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)工作。定期巡檢可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信設(shè)備的損耗、故障和缺陷問題。

傳統(tǒng)的巡檢過程基本上依賴于人的主動(dòng)性，這種巡檢方式難免存在巡檢人員監(jiān)管問題（如：巡檢人員消極怠工、漏檢、誤檢）、記錄方式問題（如：手工記錄、記錄效率低、記錄漏項(xiàng)或出錯(cuò)）、維護(hù)管理問題（如：管理人員難以準(zhǔn)確、全面地了解巡檢狀況，不能及時(shí)制定最佳的設(shè)備保養(yǎng)和維修方案）以及巡檢工作量問題等[2-4]。因此，非常有必要采取自動(dòng)化的手段，提升巡檢質(zhì)量，減少巡檢工作量。

針對(duì)傳統(tǒng)巡檢存在的諸多問題，本文提出了基于狀態(tài)感知的電力通信自動(dòng)巡檢方法。該方法首先通過事前感知電力通信設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，豐富事前預(yù)警能力；其次，通過事中巡檢，感知電力通信設(shè)備故障診斷過程中的運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)事中處理能力；最后，通過事后巡檢，感知電力通信設(shè)備檢修或故障處理之后的運(yùn)行狀態(tài)，完善事后優(yōu)化能力。通過對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)、工單數(shù)據(jù)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的獲取，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信設(shè)備狀態(tài)的“感”，通過智能巡檢實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信設(shè)備狀態(tài)的“知”，從而實(shí)現(xiàn)電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢及通信現(xiàn)場事前事中事后的閉環(huán)管理智能化。文中介紹了狀態(tài)感知的含義和在電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢中的目標(biāo)，并結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀從狀態(tài)要素覺察、狀態(tài)理解和狀態(tài)預(yù)測(cè)方面總結(jié)和展望了其關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)的研究工作提供借鑒。

本文主要結(jié)構(gòu)如下：第1節(jié)介紹狀態(tài)感知的定義和狀態(tài)感知在電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢中的目標(biāo)，第2節(jié)介紹基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢具體過程，最后一節(jié)是總結(jié)全文。

1 狀態(tài)感知定義及目的

1.1 狀態(tài)感知定義

狀態(tài)感知是指在特定的時(shí)間和空間下，對(duì)環(huán)境中各元素或?qū)ο蟮挠X察、理解及對(duì)未來狀態(tài)的預(yù)測(cè)，按照感知的過程可劃分為狀態(tài)要素采集、狀態(tài)理解和未來狀態(tài)預(yù)測(cè)[5]。狀態(tài)感知技術(shù)的關(guān)鍵在于對(duì)大量信息的采集、實(shí)時(shí)計(jì)算分析和對(duì)未來狀態(tài)的預(yù)測(cè)，適用于電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢系統(tǒng)中對(duì)多類型數(shù)據(jù)的獲取[6]、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[7]和預(yù)測(cè)[8]等主要功能。

1.2 狀態(tài)感知在電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢中的目標(biāo)

為了滿足電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢的要求，使得電力通信設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，因此，基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢技術(shù)需實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢人員的有效監(jiān)管，獲取巡檢人員的位置信息，規(guī)范巡檢人員的操作流程。

（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信設(shè)備實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的狀態(tài)感知，能夠快速準(zhǔn)確地獲取設(shè)備的健康狀況，并基于通信設(shè)備的健康狀況歷史數(shù)據(jù)，為運(yùn)維巡檢人員提供該設(shè)備的健康狀態(tài)趨勢(shì)結(jié)果。

（3）具備預(yù)測(cè)功能，即在事故發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過采用合適的算法，使?fàn)顟B(tài)感知系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)得到電力通信設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模型，當(dāng)輸入新的狀態(tài)要素時(shí)，能夠預(yù)測(cè)設(shè)備下一次發(fā)生事故信息，這樣給運(yùn)維巡檢人員提供合理的事件處理方案，做到事前防范。

（4）具備通信設(shè)備故障診斷的功能，面對(duì)繁多的告警情形，排除無效告警信息，診斷出設(shè)備故障信息，及時(shí)制定最佳的設(shè)備保養(yǎng)和維修方案。

（5）隨著不斷巡檢數(shù)據(jù)的增加，能夠具備自動(dòng)更新設(shè)備歷史狀態(tài)信息庫，更新狀態(tài)模型，動(dòng)態(tài)、靈活地調(diào)整和控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，使系統(tǒng)狀態(tài)往有利方向發(fā)展。

2 基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢

2.1 狀態(tài)要素采集

狀態(tài)要素采集是指監(jiān)測(cè)和獲取環(huán)境中的重要數(shù)據(jù)或元素，其本質(zhì)是對(duì)所需信息的采集。信息的獲取是電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)巡檢過程由人工進(jìn)行紙質(zhì)采集數(shù)據(jù)，這樣會(huì)帶來許多問題。為此，本文采用一套基于移動(dòng)通信設(shè)備的電力通信設(shè)備數(shù)據(jù)采集方案，充分利用當(dāng)前移動(dòng)終端設(shè)備具有良好的便攜性與普及性等特點(diǎn)，結(jié)合二維碼掃描技術(shù)、GPS定位等技術(shù)，構(gòu)建了新型的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)軟件架構(gòu)智能巡檢體系[4]，圖1為本移動(dòng)巡檢系統(tǒng)狀態(tài)要素采集流程。

圖1 基于移動(dòng)設(shè)備的巡檢狀態(tài)要素采集流程

在圖1中，巡檢人員在接收到巡檢計(jì)劃后需要到指定的設(shè)備地點(diǎn)，利用移動(dòng)終端上攝像頭掃描設(shè)備上的二維碼，獲取該二維碼所包含的設(shè)備信息數(shù)據(jù)，然后可以獲取到地理位置信息，這樣可以有效地避免傳統(tǒng)巡檢方式中漏檢的情況發(fā)生，同時(shí)可對(duì)巡檢人員起到監(jiān)管的作用。在對(duì)設(shè)備信息數(shù)據(jù)比對(duì)后，錄入巡檢設(shè)備的參數(shù)信息并上傳，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信設(shè)備實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的狀態(tài)感知，同時(shí)也可以提高采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)據(jù)采集效率。

對(duì)于巡檢中獲取的狀態(tài)要素主要有光纖電纜要素、傳輸網(wǎng)要素[9-10]兩個(gè)方面。

2.2 狀態(tài)理解和未來狀態(tài)預(yù)測(cè)

在電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢中，狀態(tài)理解是指通過所獲取的狀態(tài)要素，對(duì)電力通信設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性、可靠性、健康程度等進(jìn)行分析和評(píng)估。在電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢過程中，實(shí)時(shí)狀態(tài)理解主要是對(duì)電力通信設(shè)備故障的實(shí)時(shí)評(píng)估，包括對(duì)電力通信設(shè)備的靜態(tài)故障率及設(shè)備健康度等的評(píng)估分析，并將分析結(jié)果展示給巡檢人員。

基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢，以基于狀態(tài)感知的壽命預(yù)測(cè)技術(shù)擴(kuò)展前期項(xiàng)目中設(shè)備健康度的內(nèi)涵，豐富事前預(yù)警能力；以基于狀態(tài)感知的故障定位和診斷技術(shù)進(jìn)一步提升前期工作中資源調(diào)配分析技術(shù)的外延，加強(qiáng)事中處理能力；以基于狀態(tài)感知的可靠性評(píng)估技術(shù)補(bǔ)充前期工作中后評(píng)估的缺失，完善事后優(yōu)化能力；以基于全景監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)巡檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信運(yùn)維事前事中事后的溝通，完成閉環(huán)管理，指導(dǎo)日常運(yùn)維工作，提升電力通信運(yùn)維的智能化、自動(dòng)化水平?；跔顟B(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢研究邏輯關(guān)系，如圖2所示。

圖2 基于狀態(tài)感知的電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢結(jié)構(gòu)

2.2.1 電力通信設(shè)備事前診斷

隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳輸網(wǎng)層次的逐漸增多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)電力通信系統(tǒng)的運(yùn)行管理提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)較少開展設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)，相關(guān)工作也缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和理論的指導(dǎo)，設(shè)備報(bào)廢、投退運(yùn)、擴(kuò)容以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、調(diào)整等依賴經(jīng)驗(yàn)判斷，主觀性較強(qiáng)，需要開展數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的通信設(shè)備綜合評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)研究，形成電力通信設(shè)備全壽命周期管理，提升通信運(yùn)行管理水平。

結(jié)合傳輸設(shè)備、蓄電池的實(shí)時(shí)/在線網(wǎng)管監(jiān)測(cè)與檢測(cè)數(shù)據(jù)、充放電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行狀態(tài)性能等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)備和業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)資源靜態(tài)數(shù)據(jù)、歷史缺陷和檢修工單等流程數(shù)據(jù)、設(shè)備動(dòng)環(huán)信息等數(shù)據(jù)，建立設(shè)備狀態(tài)變化分類預(yù)測(cè)模型，整體反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，感知設(shè)備狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

蓄電池綜合運(yùn)行狀態(tài)主要由其壽命即充放電輪次反映，又主要與其放電電流密度、溫度、放電深度、維護(hù)狀況和貯存時(shí)間等有關(guān)，放電度越深，使用壽命越短。綜合上述蓄電池物理屬性，結(jié)合蓄電池自身內(nèi)部電流、電壓、內(nèi)阻等屬性，通過建立放電輪次—內(nèi)部外部屬性之間的關(guān)聯(lián)模型，可實(shí)現(xiàn)蓄電池壽命的預(yù)測(cè)，提供蓄電池設(shè)備投運(yùn)與報(bào)廢指導(dǎo)。傳輸設(shè)備總體運(yùn)行狀態(tài)主要由其故障率反映，通過建立傳輸設(shè)備的歷史故障情況與其運(yùn)行環(huán)境、內(nèi)部屬性之間的關(guān)聯(lián)模型，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)維人員對(duì)傳輸設(shè)備整體情況的把握；在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)設(shè)備趨勢(shì)性劣化的監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)，提升通信運(yùn)維水平。

通過對(duì)通信傳輸設(shè)備和通信蓄電池動(dòng)、靜態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信設(shè)備狀態(tài)的“感”，通過設(shè)備狀態(tài)變化預(yù)測(cè)模型和設(shè)備壽命預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信設(shè)備狀態(tài)的“知”，從而實(shí)現(xiàn)電力通信設(shè)備事前預(yù)測(cè)預(yù)警。

2.2.2 電力通信設(shè)備事中診斷

在電力通信的運(yùn)行系統(tǒng)中，設(shè)備產(chǎn)生的告警多種多樣。告警是故障的外在表現(xiàn)，具有傳遞性和多側(cè)面表述等特點(diǎn)?，F(xiàn)有電力通信網(wǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)發(fā)展明顯滯后，系統(tǒng)定位層次低。功能簡單，資源離散，普遍停留在告警信號(hào)采集和集中監(jiān)測(cè)水平[11]。故障診斷和處理摹本以人員經(jīng)驗(yàn)為主，無法在大量告警事件中快速、準(zhǔn)確地分析確定故障位置、故障原因，影響故障處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。電力通信設(shè)備故障主要分為以下幾種。（1）與硬件相關(guān)：設(shè)備級(jí)故障、板卡級(jí)故障和供電故障。（2）端口故障：與網(wǎng)元相關(guān)。（3）復(fù)用同步故障。（4）輔助功能故障。事中故障診斷主要基于通信管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過故障診斷分析規(guī)則和優(yōu)化故障診斷分析算法兩方面，一方面進(jìn)行故障診斷分析規(guī)則的自學(xué)習(xí)和積累，促進(jìn)分析規(guī)則的持續(xù)完善；另一方面構(gòu)建優(yōu)化故障診斷分析算法，識(shí)別出根源故障和衍生告警，同時(shí)結(jié)合基于故障告警事件樹推演方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的分析，提高故障診斷分析結(jié)果的實(shí)用性[12-14]。

2.2.3 電力通信設(shè)備事后優(yōu)化

電力通信設(shè)備事后優(yōu)化的主要目標(biāo)是在故障處理后，對(duì)電力通信骨干網(wǎng)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，首先在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上提出優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)合理布局，結(jié)合外部數(shù)據(jù)源對(duì)通信管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與分析，從設(shè)備可靠性、風(fēng)險(xiǎn)隱患分析等方面，以基于狀態(tài)感知的可靠性評(píng)估技術(shù)補(bǔ)充前期項(xiàng)目中后評(píng)估的缺失，完善事后優(yōu)化能力。從前、后數(shù)據(jù)的融合碰撞及關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)可靠性評(píng)估優(yōu)化分析。其次，通過斷面流量分析，實(shí)現(xiàn)調(diào)度運(yùn)維人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)維狀態(tài)的掌握，通過對(duì)電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)臺(tái)賬數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)承載情況等狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取實(shí)現(xiàn)對(duì)電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的“感”，通過前、后數(shù)據(jù)的融合碰撞及關(guān)聯(lián)規(guī)則分析[15-16]實(shí)現(xiàn)對(duì)電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的“知”，從而實(shí)現(xiàn)面向重要通信業(yè)務(wù)的電力骨干通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升。

3 結(jié)語

電力通信設(shè)備自動(dòng)巡檢起到了串聯(lián)事前、事中和事后巡檢，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理的作用。通信運(yùn)維人員在重大節(jié)假日、重大活動(dòng)保障期間以及對(duì)承載重要業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)保障，不僅需要網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)視這一種支撐手段，還需要結(jié)合設(shè)備狀態(tài)巡檢對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更精細(xì)化的監(jiān)管。針對(duì)通信設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可以進(jìn)行定期、自動(dòng)、智能巡檢，并能夠自動(dòng)生成巡檢報(bào)表，提高工作效率，降低運(yùn)維工作成本。通信管理系統(tǒng)的設(shè)備巡檢現(xiàn)階段主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備告警情況的巡檢，包括巡檢任務(wù)管理、巡檢記錄查詢和巡檢報(bào)告查看等基本功能。

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