基于數(shù)據(jù)融合的電力設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化研究

陸省明，胡春潮，張延旭

（1. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；3.中國(guó)南方電網(wǎng)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510080）

0 前言

與電力設(shè)備運(yùn)維相關(guān)的常用系統(tǒng)一般有：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS）、 地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、停電管理系統(tǒng)（Outage Management System，OMS），生產(chǎn)管理系統(tǒng)（Production Management System，PMS）。這些系統(tǒng)內(nèi)蘊(yùn)含有豐富的數(shù)據(jù)信息，但又大多都相互獨(dú)立存在，導(dǎo)致了許多運(yùn)維工作的開(kāi)展，需在各個(gè)相關(guān)系統(tǒng)間人工完成數(shù)據(jù)的收集、歸納與提煉等工作，工作量巨大且效率低下[1-3]。

目前，針對(duì)上述情況，電力企業(yè)開(kāi)展了許多相關(guān)的研究工作[4-6]。文獻(xiàn)[4]介紹了一種基于對(duì)GIS、MIS、SCADA等系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)開(kāi)展分析而構(gòu)建的電網(wǎng)停電綜合管理與分析決策的系統(tǒng)。文獻(xiàn)[5]以GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)在電纜通道上布置測(cè)點(diǎn)傳感器的方式，構(gòu)建電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)[6]提出了一種利用安裝于直升機(jī)上的激光掃描儀與航空攝像頭，對(duì)輸電線路開(kāi)展三維建模的方法。以上文獻(xiàn)均是基于新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和新運(yùn)維策略制定的研究。

本文提出了一種基于數(shù)據(jù)融合的電力設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)改造方法，該方法可對(duì)現(xiàn)有運(yùn)維策略實(shí)施優(yōu)化，同時(shí)也能有效地避免上述問(wèn)題的發(fā)生。

1 設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化思路

數(shù)據(jù)融合既是將與某類事件或事物相關(guān)的多方數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，使其能更加真實(shí)、全面、清晰的表達(dá)出該類件事件或事物的全貌和本質(zhì)。具體方法可用下圖表達(dá)。

圖1 數(shù)據(jù)融合方法

由圖1可看出，通過(guò)數(shù)據(jù)融合，得到了新的表達(dá)式E，同時(shí)也可對(duì)D和F的原表達(dá)式做進(jìn)一步的補(bǔ)充，使其表達(dá)式更加完整。

此外，圖1也清晰的表明了融合數(shù)據(jù)的幾個(gè)特性。其中，E1與F1的重疊部分，表明了數(shù)據(jù)的可重復(fù)利用性。A與C的重疊部分，表明了數(shù)據(jù)表達(dá)方式的非唯一性。而D'的獲取途徑可通過(guò)在A、C、F中分別引用，也可直接在F中引用D'，這體現(xiàn)了數(shù)據(jù)使用途徑的靈活性。

本文基于上述方法，通過(guò)融合相關(guān)的多維數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電力設(shè)備運(yùn)維策略的目的，使其對(duì)設(shè)備運(yùn)維工作的管理與開(kāi)展更具實(shí)際指導(dǎo)意義。

2 現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)維策略的局限性

現(xiàn)以某220kV變電站事故跳閘后事故分析及處理的全過(guò)程為例，來(lái)對(duì)現(xiàn)有運(yùn)維模開(kāi)展分析。

某電力公司運(yùn)維班組依據(jù)計(jì)劃，對(duì)一雙線雙變、雙母分段接線的220kV變電站中220kV甲線路的斷路器間隔開(kāi)展定檢工作，220kV乙線路帶全站負(fù)荷運(yùn)行。定檢過(guò)程中，220kV乙線路事故跳閘，其事故處理經(jīng)過(guò)如圖2所示。

圖2 案例事故發(fā)生及處理過(guò)程

該案例暴露出了以下問(wèn)題：

1) 檢修停電計(jì)劃的制定與風(fēng)險(xiǎn)的分析和預(yù)判考慮得不夠全面，未充分考慮當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗民情及天氣情況，在事故高發(fā)期開(kāi)展檢修工作；

2) 故障定位及故障排查耗時(shí)長(zhǎng)；

3) 事故處理決策需多專業(yè)協(xié)同處理，且處理過(guò)程對(duì)專業(yè)人員的個(gè)人能力與經(jīng)驗(yàn)過(guò)于依賴，缺乏科學(xué)客觀的數(shù)據(jù)支撐。

3 電力設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化方法

3.1 運(yùn)維系統(tǒng)優(yōu)化

通過(guò)上述分析可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有運(yùn)維策略的數(shù)據(jù)支撐不夠全面，數(shù)據(jù)獲取渠道較窄，且對(duì)數(shù)據(jù)的綜合運(yùn)用缺乏更為科學(xué)有效的手段。為解決以上問(wèn)題，需對(duì)原有的設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行改造。

現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)維工作類型如圖3所示，可大致分為檢修管理、運(yùn)行監(jiān)控及事故搶修三大類。為此，以下將按上述分類并結(jié)合前文案例，利用數(shù)據(jù)融合方法來(lái)對(duì)相關(guān)運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 電力設(shè)備運(yùn)維工作類型

3.1.1 檢修管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合

現(xiàn)行模式下，大多數(shù)電力企業(yè)的檢修部門，在制定檢修計(jì)劃時(shí)，一般僅僅以相關(guān)檢修規(guī)程及上一次檢修完成時(shí)間作為參考依據(jù)，很少將其余的一些客觀影響因素考慮在內(nèi)。而影響設(shè)備穩(wěn)定與可靠運(yùn)行的客觀因素主要有：A、運(yùn)行年限；B、運(yùn)行環(huán)境；C、設(shè)備缺陷率。

計(jì)及上述影響設(shè)備運(yùn)行的客觀因素后，實(shí)際定檢周期可通過(guò)以下表達(dá)式計(jì)算得到：

式中，TQ為實(shí)際定檢周期，T為規(guī)程中的定檢周期，KA為運(yùn)行年限系數(shù)，KE為運(yùn)行環(huán)境系數(shù)，KF為同型設(shè)備每百臺(tái)故障發(fā)生率。

公式（1）計(jì)算得到的定檢周期可客觀的反應(yīng)待檢設(shè)備的真實(shí)檢修需求，但計(jì)算結(jié)果可能與生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)劃存在沖突。為此，在PMS中審批檢修計(jì)劃流程時(shí)，可將歷史氣候、相關(guān)方的生產(chǎn)計(jì)劃及EMS中的歷史負(fù)荷等數(shù)據(jù)，作為判斷檢修日期是否滿足各方生產(chǎn)需求的判據(jù)。

此外，還需使用一些非常規(guī)數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建事故預(yù)警模塊，該模塊將用于評(píng)估停電期間電網(wǎng)運(yùn)行方式的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。本案例中，祭祖習(xí)俗及時(shí)間、線路走廊植被情況、土葬密集程度、歷年山火發(fā)生頻率、天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)警等均可所謂參考因素。當(dāng)其綜合闋值較高時(shí)，應(yīng)考慮變更檢修計(jì)劃時(shí)間，若計(jì)劃時(shí)間不可變更，則應(yīng)在OMS審批環(huán)節(jié)提醒調(diào)度方式人員有針對(duì)性的提前制定應(yīng)急預(yù)案。

上述流程可具體用下圖表示：

圖4 檢修計(jì)劃編制與審批流程

3.1.2 信息全景化的線路運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合

1) 電力GIS系統(tǒng)是線路運(yùn)行監(jiān)控的重要組成部分，而現(xiàn)有電力GIS系統(tǒng)普遍存在地理環(huán)境數(shù)據(jù)更新慢、信息表達(dá)較為單一等不足，本文通過(guò)以下三步來(lái)改造現(xiàn)有GIS系統(tǒng)。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

2) 將線路走廊地區(qū)內(nèi)實(shí)時(shí)天氣以及消防、氣象、地震、水利等專業(yè)管理、預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)及警報(bào)數(shù)據(jù)引入GIS系統(tǒng)，構(gòu)建新型電力GIS模型。并通過(guò)區(qū)塊作色、圖標(biāo)提示等手段將上述信息以醒目的方式表達(dá)出來(lái)。該方式可幫助運(yùn)行人員更加直觀的掌握線路運(yùn)行環(huán)境信息。

3) 分析地區(qū)災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)，在歷史事故高發(fā)點(diǎn)及自然災(zāi)害高發(fā)地區(qū)，合理建立視頻觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)視頻捕捉、圖像測(cè)距、紅外測(cè)溫等手段對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行處理后，利用該類數(shù)據(jù)在GIS系統(tǒng)中構(gòu)建重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的線路運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)模型。

圖5 新型電力GIS系統(tǒng)架構(gòu)

4) 對(duì)無(wú)人機(jī)巡線時(shí)的視頻數(shù)據(jù)使用視頻測(cè)距、視頻捕捉等手段，對(duì)關(guān)鍵數(shù)進(jìn)行據(jù)甄別及提取，實(shí)際還原出地理環(huán)境信息、樹(shù)障距離、污閃痕跡、雷擊痕跡、線路溫度等信息，該方法可幫助運(yùn)維人員提高巡線效率及準(zhǔn)確性。同時(shí)利用上述數(shù)據(jù)在GIS系統(tǒng)中構(gòu)建線路運(yùn)行工況模型，并將相關(guān)的地形數(shù)據(jù)用于GIS系統(tǒng)地理環(huán)境數(shù)據(jù)的更新，從而可實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的定期更新。

3.1.3 SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合

本文案例中，SCADA系統(tǒng)所攜帶的數(shù)據(jù)較為單一，在緊急情況發(fā)生時(shí)不能為調(diào)度值班人員提供快速有效的指導(dǎo)策略，影響了事故事件的處理效率。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)SCADA系統(tǒng)進(jìn)行如下改造。

首先，在電網(wǎng)事故跳閘時(shí)，結(jié)合故障錄波或行波測(cè)距的故障測(cè)距信息，將測(cè)距范圍內(nèi)基于GIS模型數(shù)據(jù)推送至SCADA系統(tǒng)，調(diào)度人員可通過(guò)推送的信息，直觀、快速的掌握故障點(diǎn)附近的天氣、地形等情況，為調(diào)度值班人員判斷故障類型及原因提供有效的幫助。若測(cè)距范圍內(nèi)存在GIS系統(tǒng)的視頻觀測(cè)點(diǎn)，則推送實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，并允許對(duì)調(diào)度人員臨時(shí)操控?cái)z像頭，以幫助調(diào)度人員搜尋和了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況，幫助調(diào)度人員快速還原、確認(rèn)故障現(xiàn)場(chǎng)。

其次，利用EMS歷史負(fù)荷曲線與SCADA運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)，該負(fù)荷預(yù)測(cè)模塊通過(guò)SCADA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算電網(wǎng)拓?fù)?，結(jié)合電網(wǎng)潮流及歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)新運(yùn)行方式開(kāi)展負(fù)荷預(yù)測(cè)計(jì)算，當(dāng)預(yù)測(cè)到有線路存在過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，發(fā)出過(guò)負(fù)荷預(yù)警信息，通知調(diào)度值班員控制負(fù)荷或改變運(yùn)行方式。

上述事故處理流程可用下圖表示。

圖6 新監(jiān)控系統(tǒng)事故處理流程圖

3.2 新型電力設(shè)備運(yùn)維策略對(duì)案例的提升

新運(yùn)維策略下，本文案例在事故處理步驟及時(shí)間上，相較于較原有運(yùn)維策略，均得到了很大的提升。同時(shí)線路運(yùn)維人員根據(jù)GIS火災(zāi)信息，有側(cè)重的開(kāi)展事故巡線工作，可有效的縮短故障點(diǎn)的確認(rèn)時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出基于數(shù)據(jù)融合的電力設(shè)備運(yùn)維策略優(yōu)化方法，并以實(shí)際案例為切入點(diǎn)，運(yùn)用該方法將案例所涉及的幾個(gè)現(xiàn)有運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)其運(yùn)維策略進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)改造前后兩種運(yùn)維策略在處理方法、處理流程及處理時(shí)間上的對(duì)比，充分的展示了新策略在電力設(shè)備運(yùn)維工作所體現(xiàn)出來(lái)的智能、高效及便捷等特點(diǎn)，充分證明了本文所述的數(shù)據(jù)融合方法在電力設(shè)備運(yùn)維策略的優(yōu)化上是可行且有效的。