關(guān)于變電設(shè)備故障率預(yù)測(cè)及狀態(tài)檢修的研究

楊向娟 楊杰 張穎 徐正國

[摘? ? 要 ]在科技的推動(dòng)下，電力企業(yè)飛速發(fā)展，較為核心的變電檢修技術(shù)也取得了非常顯著的進(jìn)步，現(xiàn)階段，各種電氣設(shè)備不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致電氣容量增加，基于這樣前提，人們對(duì)電力的需求更加迫切，標(biāo)準(zhǔn)也在增高。輸變電設(shè)備作為核心組成構(gòu)件，其檢修成本與企業(yè)的效益息息相關(guān)，并且影響著系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為了提高變電設(shè)備檢修水平，必須要對(duì)故障率進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過這方面的研究，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。故障率預(yù)測(cè)屬于先進(jìn)的檢修方式，可以從源頭降低檢修風(fēng)險(xiǎn)，檢修的針對(duì)性明顯增強(qiáng)，同時(shí)還有利于延長(zhǎng)變電設(shè)備壽命，科學(xué)、合理控制檢修成本，值得大范圍推廣。

[關(guān)鍵詞]變電設(shè)備;狀態(tài)檢修;故障率預(yù)測(cè)

[中圖分類號(hào)]TM732 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]Driven by science and technology， power companies have developed rapidly， and the core substation maintenance technology has also made very significant progress. At this stage， various electrical equipment continue to emerge， resulting in an increase in electrical capacity. Based on this premise， people are The needs of the company are more urgent， and the standards are increasing. As the core component of power transmission and transformation equipment， its maintenance cost is closely related to the benefit of the enterprise and affects the operating status of the system. In order to improve the maintenance level of substation equipment， it is necessary to predict the failure rate， and improve the stability of the system through research in this area. Failure rate prediction is an advanced maintenance method， which can reduce the risk of maintenance from the source， and the pertinence of maintenance is significantly enhanced. At the same time， it is also conducive to extending the life of substation equipment， scientifically and reasonably controlling maintenance costs， and it is worthy of widespread promotion.

[Keywords]substation equipment; state maintenance; failure rate prediction

現(xiàn)如今，在電網(wǎng)建設(shè)以及設(shè)備運(yùn)行階段，可靠性與安全性是首先需要考慮的問題。為了維護(hù)變電設(shè)備性能，提高供電的質(zhì)量，變電設(shè)備狀態(tài)檢修必不可少。而設(shè)備狀態(tài)維修并不是簡(jiǎn)單的工作，需要掌握核心技術(shù)，對(duì)故障率進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，從而將故障概率降至最低?；诖?，開展這方面的研究意義重大，可以為今后的變電設(shè)備狀態(tài)檢修提供參考，指導(dǎo)后續(xù)工作，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

1 故障率預(yù)測(cè)模型

現(xiàn)實(shí)工作中，想要最大限度保證供電平穩(wěn)，變電設(shè)備狀態(tài)檢修十分關(guān)鍵，主要的檢修內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)，首先需要完成的是變電設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)。其次，完成合理監(jiān)測(cè)。最后，進(jìn)行故障診斷。根據(jù)相關(guān)研究可以知道，在電力系統(tǒng)中變電設(shè)備的重要性不言而喻，變電站總線通信之所以能夠?qū)崿F(xiàn)主要是借助串行通信來實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上輔助在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，完成有關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，確保了解設(shè)備每時(shí)每刻的運(yùn)行狀態(tài)。為了保證狀態(tài)檢修質(zhì)量，故障率預(yù)測(cè)屬于重要手段，較為科學(xué)和可靠，想要合理發(fā)揮出故障率預(yù)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，就要通過預(yù)測(cè)模型搭建來完成。

1.1 云模型預(yù)測(cè)規(guī)則

實(shí)踐表明，要想出色地完成云模型的搭建任務(wù)，就要掌握科學(xué)搭建的流程，懂得云模型預(yù)測(cè)規(guī)則，在現(xiàn)實(shí)工作中，預(yù)測(cè)流程的第一步就是要明確定性概念，找到對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)規(guī)則。第二步，完成實(shí)際數(shù)據(jù)的代入，將其輸入到逆向云發(fā)生器，形成模型數(shù)字特征。第三步，借助組合云發(fā)生器最終完成不確定性預(yù)測(cè)。結(jié)合以往研究可以發(fā)現(xiàn)健康指數(shù)這一重要參數(shù)和故障率之間的微妙關(guān)系，所以建模需要借助健康指數(shù)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)規(guī)律可知，設(shè)備的實(shí)際健康指數(shù)越大或役齡越大，那么與之對(duì)應(yīng)的故障率也就越大[1]。要想完成故障率模型的搭建，就要參照這一條原則，明確預(yù)測(cè)語言規(guī)則，在此基礎(chǔ)上對(duì)故障可能性進(jìn)一步研究。健康指數(shù)（HealthIndex）是一項(xiàng)重要指標(biāo)，主要是描述設(shè)備健康程度的科學(xué)數(shù)值。隨著健康指數(shù)概念被提出和廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究逐漸深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了該指數(shù)和故障率的微妙關(guān)系，之間呈現(xiàn)出反比例關(guān)系的顯著特征，基于此，相關(guān)學(xué)者提出了以健康指數(shù)為依據(jù)的設(shè)備故障率模型，表達(dá)式如下：。但是該演算方法也存在一定缺陷，存在較大的壽命計(jì)算誤差。基于這樣的前提，云模型應(yīng)運(yùn)而生，這種一種改良模型，具有十分顯著的性能，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式的不足，讓計(jì)算結(jié)果更加精準(zhǔn)和可靠。云模型在實(shí)際應(yīng)用中，需要首先明確語言預(yù)測(cè)規(guī)則，此外，還要建立健康指數(shù)，并配合使用役齡的定性概念，構(gòu)建用于設(shè)備故障率預(yù)測(cè)的一維故障云。通過實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，就可以清晰明確故障特征云，對(duì)設(shè)備故障發(fā)生可能性進(jìn)行預(yù)判。研究指出，當(dāng)真實(shí)數(shù)據(jù)大于10時(shí)，就意味著云數(shù)字特征較為明顯，精確度比較高，此時(shí)的誤差通常會(huì)比較小，不會(huì)超過0.01。

1.2 設(shè)備故障率預(yù)測(cè)

在預(yù)測(cè)模型搭建完成的基礎(chǔ)上，就可以嘗試進(jìn)行故障率預(yù)測(cè)，想要確保預(yù)測(cè)的科學(xué)性以及合理性，就要嚴(yán)格按照預(yù)測(cè)流程來進(jìn)行，在實(shí)際故障率預(yù)測(cè)階段，二維正向云發(fā)生器起到?jīng)Q定性的作用，主要被用于挖掘最真實(shí)、有效的設(shè)備健康指數(shù)，這是保證故障率預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。前文已經(jīng)提到過，云模型的搭建是以健康指數(shù)作為前提的，所以健康指數(shù)必須要全面和正確，這樣才能確保預(yù)測(cè)模型可以發(fā)揮出理想的效果。與此同時(shí)，還要考慮和役齡狀態(tài)的密切關(guān)聯(lián)性，將役齡狀態(tài)參數(shù)充分考慮進(jìn)去，實(shí)際工作中，一維正向云發(fā)生器的作用比較突出，主要是用來分析變電設(shè)備性能以及故障率發(fā)展趨勢(shì)，重要性不言而喻。為了實(shí)現(xiàn)關(guān)于設(shè)備故障率的預(yù)測(cè)，在掌握相關(guān)參數(shù)的同時(shí)，還要把握參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，建立二維狀態(tài)云，并找到其和一維故障云的聯(lián)系[2]。結(jié)合算法可知，數(shù)字特征期望值是重要參數(shù)，可以直接、客觀地反映定性概念，是進(jìn)行故障率預(yù)測(cè)的決定性因素。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)操作中，相同健康指數(shù)條件下故障率分布十分穩(wěn)定，不會(huì)存在較大的波動(dòng)，所以借助二維狀態(tài)云，并且配合一維故障云，可以充分運(yùn)用健康指數(shù)以及役齡等重要參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)不確定性預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)階段，值得注意的是，不確定性推理之所以能夠發(fā)揮作用，還需要嚴(yán)格遵守語言預(yù)測(cè)規(guī)則，具體過程如圖1所示。

2 變電設(shè)備狀態(tài)檢修

2.1 影響狀態(tài)檢修的因素

結(jié)合上文可以發(fā)現(xiàn)，變電設(shè)備狀態(tài)檢修相對(duì)全面且復(fù)雜，需要綜合分析各項(xiàng)參數(shù)，再加上變電設(shè)備所處環(huán)境復(fù)雜，因此狀態(tài)檢修十分困難。實(shí)踐表明，設(shè)備狀態(tài)檢修工作之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，主要是依托實(shí)時(shí)監(jiān)控和設(shè)備故障診斷，在此基礎(chǔ)上完成檢修任務(wù)。現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)及推廣給設(shè)備狀態(tài)檢修指明了方向。數(shù)字處理技術(shù)逐漸純熟，并且越來越智能化，可以將其應(yīng)用到設(shè)備故障檢修領(lǐng)域，提高設(shè)備檢修的效率以及質(zhì)量。要想對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)地預(yù)判，需要掌握并靈活運(yùn)用故障診斷相關(guān)技術(shù)，借助故障率預(yù)測(cè)模型，長(zhǎng)期維護(hù)設(shè)備性能，促使設(shè)備處于健康、良好的運(yùn)行環(huán)境，為供電的穩(wěn)定、安全提供保障。現(xiàn)實(shí)工作中影響狀態(tài)檢修的核心因素主要包括2個(gè)方面，一個(gè)是電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這是基礎(chǔ)和前提;另一個(gè)是維修決策，這是故障盡快排除的關(guān)鍵。其中設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)相對(duì)復(fù)雜和繁瑣，具體是通過數(shù)據(jù)分析來實(shí)現(xiàn)，從而掌握設(shè)備運(yùn)行信息，以此作為前提為設(shè)備狀態(tài)檢修創(chuàng)造必要條件和打好基礎(chǔ)，確保設(shè)備狀態(tài)檢修的合理性。在實(shí)際設(shè)備檢測(cè)階段，需要時(shí)刻關(guān)注設(shè)備的性能變化，一旦發(fā)現(xiàn)異?；蛘呤谴嬖谠O(shè)備運(yùn)行效率變差的情況，就要采用合理措施，否則故障率就會(huì)增加。當(dāng)獲取了重要信息之后，要對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行深入分析，制定科學(xué)維修決策，結(jié)合現(xiàn)實(shí)運(yùn)行狀況，借助專業(yè)診斷系統(tǒng)不斷優(yōu)化維修方案，制定科學(xué)的設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃，為延長(zhǎng)設(shè)備服役時(shí)間提供保障。

2.2 隱式馬爾科夫鏈

隱式馬爾科夫鏈屬于一種較為先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)檢修方法，是對(duì)馬爾科夫鏈的創(chuàng)新與改進(jìn)，結(jié)合研究可以知道，復(fù)雜設(shè)備的狀態(tài)很難被清晰、準(zhǔn)確觀測(cè)到，想要完成直接觀測(cè)，就需要改良傳統(tǒng)的馬爾科夫鏈。在此基礎(chǔ)上加入新的預(yù)測(cè)模型參數(shù)，采用該種方法具有明顯的雙重隨機(jī)性，可以完成不確定預(yù)測(cè)。現(xiàn)實(shí)工作中，輸變電設(shè)備體型龐大，大多屬于復(fù)雜機(jī)電設(shè)備，想要進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)困難重重，其狀態(tài)是無法實(shí)現(xiàn)直接、有效監(jiān)測(cè)的，因此就要借助相應(yīng)特征量進(jìn)行狀態(tài)的間接描述，這和馬爾科夫鏈（隱式）的規(guī)則基本相符。隱式半馬爾科夫具有一定的先進(jìn)性，該模型最早在語音識(shí)別等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并取得了顯著成績(jī)。近些年來，該項(xiàng)技術(shù)從文字識(shí)別逐漸向故障診斷等領(lǐng)域延伸，也得到了大量應(yīng)用。傳統(tǒng)意義中的馬爾科夫鏈局限性相對(duì)明顯，在應(yīng)用的過程中，將狀態(tài)持續(xù)時(shí)間習(xí)慣定義成為指數(shù)分布，而經(jīng)過改良后的隱式馬爾科夫鏈，這種局限性依然存在，雖然隱式馬爾科夫鏈應(yīng)用價(jià)值更高，應(yīng)用的領(lǐng)域也更加寬廣，但是對(duì)連續(xù)時(shí)間狀態(tài)依舊無法進(jìn)行全面、細(xì)致描述[3]。針對(duì)這一問題，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，最終得出結(jié)論借助狀態(tài)空間訓(xùn)練，可以彌補(bǔ)該方法的不足，進(jìn)一步完成改進(jìn)。具體原理如下，首先通過訓(xùn)練樣本的方式完成不同狀態(tài)分布函數(shù)的建立，在此基礎(chǔ)上結(jié)合分布函數(shù)計(jì)算結(jié)果可以得出狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率分布，采用此方法，就可以準(zhǔn)確、直接完成連續(xù)時(shí)間狀態(tài)描述。以變壓器為例，在其正常運(yùn)行階段，在沒有檢修的前提下，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程如圖2所示。

3 展望

3.1 網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行

在信息技術(shù)的推動(dòng)下，未來的變電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)將會(huì)更加高效和安全，并且采用微處理器技術(shù)，可以提升變電保護(hù)裝置的功能性，避免故障的發(fā)生。即使發(fā)生故障，也可以在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，提高網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行水平。電壓無功補(bǔ)償檢測(cè)等在線檢測(cè)裝置，統(tǒng)統(tǒng)都可以借助網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)來進(jìn)行優(yōu)化，將變電設(shè)備和通信系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)資源共享。

3.2 智能化運(yùn)行

未來的設(shè)備狀態(tài)檢修，必將走上智能化的道路，在充分運(yùn)用故障率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，提高在線檢修能力，以網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)作為基礎(chǔ)支撐，實(shí)現(xiàn)有效信息傳輸，確保發(fā)揮出檢修系統(tǒng)計(jì)量、控制和監(jiān)測(cè)等功能，將設(shè)備狀態(tài)檢修效率大幅提高。結(jié)合電網(wǎng)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行智能調(diào)節(jié)與在線分析決策，簡(jiǎn)化繼電器保護(hù)方式，為電網(wǎng)運(yùn)行提供安全、可靠保障。

4 結(jié)束語

綜上所述，變電設(shè)備實(shí)際檢修過程中，不確定因素較多，想要完成設(shè)備狀態(tài)檢修十分困難，變電運(yùn)行中看似平常的故障，都會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)于電網(wǎng)的損害是無法估量的，后果非常嚴(yán)重?，F(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)加快以及科技的進(jìn)步，設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)得以發(fā)展，為了滿足用電量的需求，提升設(shè)備狀態(tài)檢修質(zhì)量，可以通過設(shè)備故障率建模的方法來實(shí)現(xiàn)，為電網(wǎng)的安全、高效、平穩(wěn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，降低故障發(fā)生概率。此外，還要加強(qiáng)變電運(yùn)行管理，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求采取有效防控措施，對(duì)故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且做到及時(shí)解決，確保變電設(shè)備狀態(tài)檢修的實(shí)際效果。

參考文獻(xiàn)

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