變電站附屬設備缺陷分析和閉環(huán)管理系統(tǒng)研究

王智杰，賈 斌，陳曉東，徐婉舒，李俄昌

（國網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤274012）

0 引言

變電站設備的運行維護管理是保證安全生產(chǎn)的重要措施。目前，變電站一二次設備臺賬、檢修、缺陷等信息均可在生產(chǎn)管理系統(tǒng) （PMS）中統(tǒng)一管理，且已開展了多項圍繞變電設備狀態(tài)監(jiān)測［1］和缺陷分析［2-3］的研究，配套研發(fā)了標準化的變電站巡視及作業(yè)管理系統(tǒng)［4-5］。但變電站照明、門窗、房屋、圍墻、地面、電纜溝、防汛排水等附屬輔助設備管理目前仍為空白。運行維護過程中發(fā)現(xiàn)的附屬設備缺陷需要人工記錄，紙質(zhì)存檔，人工上報，層次多、溝通效率低，缺陷統(tǒng)計分析耗時費力。管理人員不能及時掌握附屬設備缺陷情況，無法及時確認消除缺陷結果。

針對上述問題，研發(fā)變電站附屬設備缺陷分析和閉環(huán)管理系統(tǒng)，面向不同電壓等級變電站，建立變電站附屬設備臺賬和標準化缺陷上報信息模型，提出缺陷趨勢分析和疑似家族性缺陷辨識方法，建立缺陷信息上報—消除缺陷工單指派—消除缺陷—驗收閉環(huán)管理流程。全過程監(jiān)督附屬設備運行維護工單狀態(tài)，及時掌握設備缺陷信息處理情況。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)總體架構

變電站附屬設備缺陷分析和閉環(huán)管理系統(tǒng)總體框架如圖1所示，由缺陷管理系統(tǒng)和移動終端構成。圖中缺陷管理系統(tǒng)包括附屬設備的臺賬信息、缺陷管理和分析，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源包括附屬設備臺賬信息和缺陷信息，可實現(xiàn)缺陷上報、工單指派、消除缺陷、閉環(huán)驗收以及缺陷分析等功能。移動終端與管理系統(tǒng)通過專用4G通信網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交互。系統(tǒng)軟件基于CentOS x64 linux操作系統(tǒng)，采用java編寫，前端采用HTML5及bootstrap，后端采用springMVC處理人機接口。

圖1 系統(tǒng)總體結構

1.2 閉環(huán)管理方案

通過現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)缺陷—缺陷信息上報—消除缺陷—分析—運行維護清單實現(xiàn)附屬設備缺陷的閉環(huán)管理，如圖2所示。運行維護人員通過移動終端上報現(xiàn)場缺陷至管理系統(tǒng)，實現(xiàn)不同站點缺陷數(shù)據(jù)的集中化管理。管理人員通過系統(tǒng)完成指派和消除缺陷后的審核。審核通過的缺陷記錄積累作為缺陷分析的樣本，利用智能分析模塊評估附屬設備狀態(tài)，為運行維護人員提供重點優(yōu)先巡視的附屬設備清單，提升現(xiàn)場運行維護效率，及時發(fā)現(xiàn)缺陷。

圖2 閉環(huán)管理架構

閉環(huán)管理系統(tǒng)應用時涉及現(xiàn)場運行維護人員和各班組長以及專責，具體應用流程如圖3所示。

1）現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)運行維護標示等附屬設備有問題，登錄系統(tǒng)，缺陷上報，提交至班長；

2）班長指派消除缺陷工單至維護人員；

3）維護人員確認收到缺陷信息，并備品備件；

4）維護人員到站上處理缺陷，拍照上傳，系統(tǒng)自動推送至班長；

5）班組長根據(jù)信息進行線上驗收，若驗收不合格，則返回到步驟2）繼續(xù)消除缺陷。驗收合格則終結流程。

圖3 管理流程

1.3 信息交互

系統(tǒng)數(shù)據(jù)源包括現(xiàn)場運行維護缺陷信息和設備臺賬信息。數(shù)據(jù)源與缺陷消除、缺陷分析應用模型之間的通信采用專用網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。移動終端采用現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術中電力通信接入的APN專用通道連接后臺進行訪問［5-6］，確保數(shù)據(jù)安全。信息架構如圖4所示。

圖4 信息交互架構

2 系統(tǒng)處理方法

2.1 建立標準化信息模型

為實現(xiàn)變電站附屬設備基礎信息的統(tǒng)一維護和管理，需建立變電站附屬設備的標準化信息模型。通過梳理劃分變電站附屬設備類別，建立統(tǒng)一臺賬信息模型，匯總分析當前紙質(zhì)運行維護工單及缺陷情況，建立標準化缺陷類型和缺陷上報工單，實現(xiàn)變電站附屬設備臺賬信息和運行維護缺陷信息的規(guī)范化管理，并整合資源，建立包含附屬設備臺賬、運行維護缺陷工單、知識庫的一體化數(shù)據(jù)模型，為缺陷分析和管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。其中附屬設備信息模型包括附屬設施類別、設施名稱、型號、廠家、投運日期、電壓等級等。具體附屬設備的類型劃分如表1所示。

表1 附屬設備類型

附屬設備標準化信息模型管理實現(xiàn)了附屬設備臺賬和缺陷類型以及預警規(guī)則的管理，提供設備類別及名稱、型號、廠家信息、缺陷類型、設備超期、消除缺陷時效、關鍵狀態(tài)量監(jiān)測預警規(guī)則的增刪改查管理。

2.2 缺陷分析

通過標準化信息模型，獲取不同設備類型和型號的不同缺陷類型運行維護缺陷數(shù)據(jù)。在此基礎上，通過對變電站附屬設備缺陷聚類［7］分析家族設備狀態(tài)，識別其中家族性特征。統(tǒng)計不同設備廠家某種型號某類型缺陷發(fā)生的次數(shù)，缺陷次數(shù)大于閾值時判斷為疑似家族性缺陷，根據(jù)設定的閾值及缺陷統(tǒng)計信息，及時推送設備預警信息，實現(xiàn)對變電站缺陷運行維護的集中監(jiān)控和管理。

結合歷史缺陷信息，從廠家、型號、安裝站點和投運年限等維度對變電站附屬設備進行統(tǒng)計分析，計算不同站不同設備缺陷率，通過橫向分析和縱向對比得到缺陷率統(tǒng)計分布規(guī)律。分析不同季節(jié)設備故障率，采用最小二乘法進行趨勢分析，預測設備故障率，指導運行維護，并對未來一段時間的變電站附屬設備備品備件數(shù)量進行預測，優(yōu)化備品備件的管理，提高缺陷消除的效率。

3 系統(tǒng)功能及應用

3.1 缺陷上報功能

用于采集現(xiàn)場運行維護發(fā)現(xiàn)的附屬設備缺陷，建立標準化的缺陷上報信息模型，確保數(shù)據(jù)結構的完整性。缺陷上報模塊支持文本信息的錄入和現(xiàn)場圖片的采集，包括變電站信息、缺陷設備類別、缺陷設備名稱、設備類型及型號、位置、缺陷類型、缺陷描述和現(xiàn)場缺陷圖片。

現(xiàn)場運行維護過程中，發(fā)現(xiàn)附屬設備存在缺陷的，登陸手機APP，填寫缺陷信息。包括變電站、設備類別、設備名稱、設備型號、設備位置、缺陷類型、缺陷描述，并將缺陷現(xiàn)場拍照上傳，點擊缺陷上報，系統(tǒng)自動生成缺陷工單，記錄缺陷上報時間，并推送至本班組班長。缺陷上報界面如圖5所示。

圖5 手機APP缺陷上報功能界面

3.2 缺陷工單指派

運行維護班組長或者專責收到上報的缺陷信息后，在待指派模塊下，可查看待指派缺陷工單及缺陷詳細信息，并指派給本班組成員進行現(xiàn)場消除缺陷。缺陷工單指派如圖6所示。

圖6 缺陷工單指派功能界面

3.3 消除缺陷

消除缺陷工單模塊可查詢待消除缺陷的工單、缺陷信息以及缺陷處理的優(yōu)先級順序，被指派的運行維護人員根據(jù)缺陷工單信息備品備件，現(xiàn)場消除缺陷，并將消除缺陷后的現(xiàn)場情況拍照上傳。為線上驗收評審提供依據(jù)，如圖7所示。

圖7 消除缺陷界面

3.4 線上審核驗收

如圖8所示，在審核模塊下可查詢?nèi)毕莨未龑徍诵畔⒁约霸撊毕莨我呀?jīng)生成的時間，查看缺陷信息以及現(xiàn)場消除缺陷結果，審核是否通過驗收。

圖8 線上審核驗收界面

3.5 缺陷統(tǒng)計及分析

根據(jù)缺陷上報、消除缺陷工單指派、消除缺陷、驗收各個環(huán)節(jié)的信息，統(tǒng)計缺陷工單所在環(huán)節(jié)和負責人，全面掌握設備缺陷處理狀態(tài)，及時督促負責人處理缺陷工單，提高缺陷消除速率，縮短工單流轉時間。

基于缺陷設備型號關聯(lián)設備廠家，對比不同廠站、不同廠家同一類型設備，同一生產(chǎn)廠家不同設備，同一廠家同一類型設備信息，統(tǒng)計多個現(xiàn)場發(fā)生的同一廠家設備缺陷率，基于一定閾值預判潛在性家族缺陷，生成缺陷因素清單，推送至現(xiàn)場運行維護人員移動終端，運行維護人員查看清單，現(xiàn)場排查，并將排查結果通過終端上傳至管理系統(tǒng)，如圖9所示。

圖9 缺陷統(tǒng)計功能界面

目前此系統(tǒng)已在國網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司試用，對變電站附屬設備臺賬和標準化缺陷上報、現(xiàn)場消除缺陷、驗收閉環(huán)管理進行測試，實現(xiàn)了現(xiàn)場缺陷數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、缺陷運行維護過程的監(jiān)控和信息化支撐。

4 結語

建立變電站各類附屬設備臺賬信息模型，對附屬設備類型歸類劃分，對基礎數(shù)據(jù)、缺陷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。建立附屬設備缺陷信息化管理流程，缺陷信息上報—消除缺陷工單指派—消除缺陷—驗收閉環(huán)管理，縮短消除缺陷周期。利用智能終端對附屬設備缺陷進行線上消除缺陷指派和審核，提高附屬設備消除缺陷效率。管理自動化，減少數(shù)據(jù)統(tǒng)計工時，全過程監(jiān)督附屬設備運行維護工單狀態(tài)，及時掌握設備缺陷信息處理情況，合理配置運行維護人員資源，提升變電站附屬設備管理水平。