配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

劉晨龍

(國網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司,北京 西城100052)

0 引言

配電網(wǎng)直接聯(lián)系著電網(wǎng)與用戶,配電設(shè)備是配電網(wǎng)的基礎(chǔ)核心,其運(yùn)行可靠性直接影響配電網(wǎng)供電可靠性。配電網(wǎng)規(guī)模不斷增大導(dǎo)致傳統(tǒng)的檢修模式與供電可靠性、運(yùn)檢人員緊缺的矛盾日益突出,使得狀態(tài)檢修成為一種必然趨勢。開展配電設(shè)備狀態(tài)檢修將大幅減少計(jì)劃停運(yùn)次數(shù),有效提高配電網(wǎng)供電可靠性[1-5]。

狀態(tài)評價是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)和核心。目前,配電設(shè)備狀態(tài)評價及檢修技術(shù)還處于局部突破的起步階段,配電設(shè)備種類繁多、分布廣泛、差異性大,直接簡單套用輸變電設(shè)備的狀態(tài)評價系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法并不適用。已有的配電設(shè)備評價決策系統(tǒng)主要是依賴現(xiàn)場運(yùn)檢人員經(jīng)驗(yàn)對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)指標(biāo)進(jìn)行逐項(xiàng)打分,根據(jù)短板原理進(jìn)行評價,對運(yùn)檢人員技術(shù)水平和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)要求較高,具有一定局限性[6-12]。

配電設(shè)備數(shù)量巨大,狀態(tài)評價系統(tǒng)智能化、流程化是提高狀態(tài)評價實(shí)用性和效率的有效手段。配電設(shè)備狀態(tài)信息來源復(fù)雜,形式多樣,綜合應(yīng)用多源狀態(tài)信息對配電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行多層次、多角度、全方位評價,也是狀態(tài)評價系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[13-19]。針對已有配電設(shè)備評價決策軟件的局限性,以及當(dāng)前對配電設(shè)備狀態(tài)評價的現(xiàn)實(shí)需求,設(shè)計(jì)開發(fā)了配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng),以可靠性評價為中心,從可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性多角度評估配電主設(shè)備的健康狀態(tài),優(yōu)化配電設(shè)備狀態(tài)管理模式,輔助配電網(wǎng)狀態(tài)檢修,支撐提高配電網(wǎng)供電可靠性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

面向配電設(shè)備狀態(tài)評價現(xiàn)場應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)需求,結(jié)合評價系統(tǒng)智能化、流程化、實(shí)用化的整體目標(biāo),配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)總體架構(gòu)分為多源信息融合、指標(biāo)及權(quán)重管理、評價與統(tǒng)計(jì)分析3個層次,如圖1所示。通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口獲取多源狀態(tài)信息,建立數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、特征提取、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)機(jī)制及模型,實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息的有效融合。通過構(gòu)建類別化指標(biāo)體系及差異化權(quán)重樣本,從設(shè)備類別、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行工況等多角度對配電主設(shè)備進(jìn)行精細(xì)劃分,滿足用戶個性化配置和計(jì)算需求,實(shí)現(xiàn)配電主設(shè)備指標(biāo)及權(quán)重的精細(xì)化、個性化管理。采用以可靠性為中心、安全性和經(jīng)濟(jì)性多角度評價相結(jié)合的評價模式,通過設(shè)備健康狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)分析、狀態(tài)告警等多種方式全方位展示評價結(jié)果。

1.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)為方法導(dǎo)向的模型驅(qū)動系統(tǒng),其技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)主要從支撐數(shù)據(jù)、方法、模型、應(yīng)用等業(yè)務(wù)需求及功能實(shí)現(xiàn)角度出發(fā),以功能完備、操作方便、界面友好為基本原則,將系統(tǒng)劃分為公共管理模塊、應(yīng)用管理模塊和業(yè)務(wù)服務(wù)模塊3大部分,其中業(yè)務(wù)服務(wù)模塊包含信息管理、指標(biāo)及權(quán)重管理、綜合評價、決策管理和統(tǒng)一展現(xiàn)模塊,系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多源信息全方式采集與分類融合處理

圖1 配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Overall architecture design of main distribution equipment reliability evaluation system

圖2 配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 Technical architecture design of main distribution equipment reliability evaluation system

(1)多源信息全方式采集。反映配電設(shè)備狀態(tài)的信息包括狀態(tài)監(jiān)測信息、帶電檢測信息、人工巡檢信息、運(yùn)維檢修信息、例行試驗(yàn)信息、家族缺陷信息、營銷管理信息、工作環(huán)境信息等,信息來源復(fù)雜、形式多樣、特點(diǎn)各異。源信息是狀態(tài)評價的基礎(chǔ)和依據(jù),為全面高效獲取多源信息,系統(tǒng)采用自動采集、控制采集和人工錄入緊密結(jié)合的信息采集方式。對于狀態(tài)監(jiān)測信息等實(shí)時數(shù)據(jù)按照一定周期進(jìn)行自動采集;對于運(yùn)維檢修信息、例行試驗(yàn)信息、家族缺陷信息、營銷管理信息等已上線運(yùn)行系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù),通過有效數(shù)據(jù)接口以人工觸發(fā)的方式進(jìn)行控制采集;對于帶電檢測信息、人工巡檢信息、工作環(huán)境信息等已上線運(yùn)行系統(tǒng)中不完善的字段數(shù)據(jù),通過人工錄入或集中導(dǎo)入的方式進(jìn)行采集獲取。

(2)分類融合處理?；谛畔⒉杉畹呐既恍院碗S機(jī)性,以及不同信息源數(shù)據(jù)形式的多樣性,系統(tǒng)首先剔除異常、不良數(shù)據(jù),降低源信息錯誤對狀態(tài)評價結(jié)果的影響,然后提取特征信息,規(guī)范數(shù)據(jù)格式,為狀態(tài)評價提供易于識別和統(tǒng)一計(jì)算分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)多源信息與狀態(tài)評價的關(guān)聯(lián)關(guān)系,將狀態(tài)監(jiān)測信息、帶電檢測信息、人工巡檢信息等直接應(yīng)用于狀態(tài)評價的信息定義為直接信息,將家族缺陷信息、工作環(huán)境信息等對直接信息進(jìn)行輔助修正的信息定義為間接信息,根據(jù)多源信息自身性質(zhì)差異又將直接信息劃分為定性信息和定量信息。針對不同信息類別,分別建立信息融合處理模型,采用分類融合處理方法實(shí)現(xiàn)多源信息融合,見圖3。

(3)狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫。多源信息融合處理后形成有效的設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息,自動存入狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫,并記錄該狀態(tài)信息的存儲時間。狀態(tài)評價時系統(tǒng)從狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫中調(diào)取待評價設(shè)備最近一次的狀態(tài)信息進(jìn)行評價。

圖3 多源信息全方式采集與分類融合處理Fig.3 All way acquisition and classification fusion processing of multi-source information

2.2 類別化指標(biāo)體系構(gòu)建與精細(xì)化管控

指標(biāo)體系是狀態(tài)評價的核心,也是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵,需與狀態(tài)信息、權(quán)重計(jì)算等一一對應(yīng),指標(biāo)體系調(diào)整將直接影響多源信息融合及指標(biāo)權(quán)重賦值?；谏鲜鰡栴},本系統(tǒng)一方面根據(jù)評價目標(biāo)、評價層級、評價對象、設(shè)備類型等對指標(biāo)體系進(jìn)行詳細(xì)分類,提高指標(biāo)體系與現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的匹配度,減少頻繁調(diào)整。另一方面開放指標(biāo)體系配置權(quán)限,有權(quán)限的用戶可對指標(biāo)體系進(jìn)行靈活配置,指標(biāo)體系配置與狀態(tài)信息采集、狀態(tài)信息融合、權(quán)重配置、權(quán)重計(jì)算等高度關(guān)聯(lián),保持同步調(diào)整。

為提高綜合評價指標(biāo)體系的廣泛適用性和精細(xì)化管控水平,本系統(tǒng)從多角度對指標(biāo)體系進(jìn)行類別劃分和分類管理,適應(yīng)不同目標(biāo)、不同層級設(shè)備狀態(tài)評價的需求。如圖4所示,根據(jù)評價目標(biāo)不同,將指標(biāo)體系劃分為可靠性評價指標(biāo)體系、安全性評價指標(biāo)體系和經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)體系。根據(jù)評價對象不同,將可靠性評價指標(biāo)體系劃分為配電變壓器指標(biāo)體系、配電開關(guān)指標(biāo)體系和配電線路指標(biāo)體系,基于不同設(shè)備類型的差異性,各評價對象對應(yīng)的指標(biāo)體系又包含干式變壓器、油浸式變壓器、開關(guān)柜、柱上開關(guān)、架空線路、電纜線路等多套指標(biāo)體系。根據(jù)評價層級不同,將安全性評價指標(biāo)體系和經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)體系劃分為單個設(shè)備指標(biāo)體系和設(shè)備集合指標(biāo)體系,其中,單個設(shè)備指標(biāo)體系面向設(shè)備本身,主要考慮設(shè)備安全和設(shè)備經(jīng)濟(jì)價值,設(shè)備集合指標(biāo)體系面向饋線、變電站、區(qū)域電網(wǎng)等設(shè)備集合,主要考慮評價區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)的供電安全和供電損失。

圖4 配電主設(shè)備綜合評價指標(biāo)體系類別劃分Fig.4 Classification of comprehensive evaluation index system of the maindistribution equipment

2.3 常權(quán)與變權(quán)聯(lián)合計(jì)算及差異化權(quán)重樣本管理

考慮到狀態(tài)評價的主觀特性,本系統(tǒng)在充分考慮主觀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,從樣本數(shù)據(jù)收集、樣本數(shù)據(jù)分析、權(quán)重計(jì)算方法等多環(huán)節(jié)將主觀問題客觀化,最大程度提高權(quán)重計(jì)算的客觀性,見圖5。

圖5 權(quán)重計(jì)算與權(quán)重樣本管理Fig.5 Weight calculation and sample management

(1)權(quán)重計(jì)算。樣本數(shù)據(jù)收集是權(quán)重計(jì)算的基礎(chǔ),其科學(xué)性和全面性直接影響權(quán)重計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常情況下,用于統(tǒng)計(jì)分析的樣本數(shù)據(jù)越多,統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果越準(zhǔn)確。為解決權(quán)重計(jì)算樣本數(shù)據(jù)量大,數(shù)據(jù)收集方式不一致易造成計(jì)算結(jié)果偏差等問題,本系統(tǒng)采用集中智能的樣本數(shù)據(jù)收集與處理模式,對應(yīng)不同指標(biāo)體系,應(yīng)用優(yōu)化正交試驗(yàn)方法,自動生成包含全面信息的最簡化的權(quán)重計(jì)算樣本數(shù)據(jù)收集表,并能將樣本數(shù)據(jù)收集表集中導(dǎo)入/導(dǎo)出,通過樣本數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn),提高樣本數(shù)據(jù)的有效性。配電主設(shè)備狀態(tài)評價指標(biāo)較多,為防止某一狀態(tài)指標(biāo)異常在整體評價中被淹沒,以及考慮到設(shè)備劣化規(guī)律,即處于不同狀態(tài)水平的同一狀態(tài)指標(biāo)對設(shè)備整體健康狀態(tài)的影響程度不同,本系統(tǒng)針對校驗(yàn)處理后的樣本數(shù)據(jù),采用常權(quán)與變權(quán)聯(lián)合計(jì)算的權(quán)重計(jì)算方法,在常權(quán)計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行變權(quán)系數(shù)計(jì)算,根據(jù)狀態(tài)指標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)對常權(quán)進(jìn)行變權(quán)修正,以符合設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)權(quán)重變化的客觀規(guī)律。

(2)差異化權(quán)重樣本管理。不同運(yùn)行工況、運(yùn)行環(huán)境下,影響設(shè)備健康狀態(tài)的主導(dǎo)因素可能不同,同一設(shè)備不同狀態(tài)指標(biāo)之間的相對權(quán)重也會有所差異。系統(tǒng)通過構(gòu)建權(quán)重樣本數(shù)據(jù)庫,存儲典型運(yùn)行工況及運(yùn)行環(huán)境權(quán)重樣本,面向不同用戶需求,提供差異化權(quán)重樣本靈活選擇和配置功能。同時,用戶可根據(jù)個性化需求,通過樣本數(shù)據(jù)收集、處理和權(quán)重計(jì)算,生成并存儲個性化權(quán)重樣本。

2.4 以可靠性為中心的分級動態(tài)變權(quán)評價

圖6 以可靠性為中心的分級評價Fig.6 Reliability centered grading evaluation

為全面反映配電主設(shè)備的健康狀態(tài),本系統(tǒng)采用以可靠性為中心、安全性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的綜合評價方式,構(gòu)建配電主設(shè)備健康狀態(tài)域,全方位、多角度表征設(shè)備健康狀態(tài),見圖6。首先通過調(diào)用設(shè)備最近一次的狀態(tài)信息、所處運(yùn)行工況及運(yùn)行環(huán)境對應(yīng)的權(quán)重樣本和變權(quán)系數(shù),應(yīng)用可靠性評價模型進(jìn)行可靠性動態(tài)變權(quán)評價,然后以可靠性評價結(jié)果為基礎(chǔ),分別調(diào)用安全性和經(jīng)濟(jì)性評價模型進(jìn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性評價,最后通過評價結(jié)果歸一化處理,獲取設(shè)備當(dāng)前健康狀態(tài)。

配電主設(shè)備狀態(tài)綜合評價采用分層分區(qū)評價模式,首先以單個設(shè)備作為評價對象,針對不同設(shè)備類型逐層評價,形成設(shè)備部件和設(shè)備整體評價結(jié)果,自動匹配、生成相應(yīng)檢修策略。同時,面向不同層級用戶需求,生成區(qū)域電網(wǎng)、變電站、饋線等設(shè)備集合的狀態(tài)綜合評價結(jié)果,并可根據(jù)評價結(jié)果,對初始狀態(tài)信息、評價過程等進(jìn)行回溯查詢,為不同層級配電設(shè)備狀態(tài)管控提供有力支撐。

3 應(yīng)用案例分析

國網(wǎng)山東省某供電公司對配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)進(jìn)行了示范應(yīng)用。示范區(qū)域覆蓋面積461 km2,涉及變電站56座,10 k V配電線路580條,包含配電變壓器3 215臺,配電開關(guān)1 257臺,線路長度1 312 km(架空線路778 km、電纜線路534 km)。

配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)集基礎(chǔ)信息管理、狀態(tài)信息初始化、指標(biāo)體系配置、權(quán)重計(jì)算、權(quán)重樣本管理、狀態(tài)評價、統(tǒng)計(jì)分析、狀態(tài)告警、評價報(bào)告生成、輔助決策等功能于一體,涵蓋指標(biāo)體系類別細(xì)致、全面,支持差異化權(quán)重樣本靈活選擇、配置,支持動態(tài)變權(quán)評價,與實(shí)際應(yīng)用需求契合度高。成果應(yīng)用以后,試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)配電設(shè)備狀態(tài)管理模式得以優(yōu)化,狀態(tài)評價準(zhǔn)確率和效率有效提高,供電可靠性提高至99.997%,綜合電壓合格率提高至99.985%,綜合線損率降低至2.1%。

4 結(jié)論

配電主設(shè)備可靠性評價系統(tǒng)能夠直接融合處理運(yùn)行/檢修記錄、家族缺陷、運(yùn)行壽命等多源狀態(tài)信息,對配電變壓器、配電開關(guān)、配電線路進(jìn)行以可靠性為中心、安全性和經(jīng)濟(jì)性評價相結(jié)合的動態(tài)變權(quán)評價,形成輔助檢修策略,生成綜合評價報(bào)告。同時,系統(tǒng)可進(jìn)行區(qū)域級、變電站級、饋線級等多層次評價結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析,可根據(jù)評價結(jié)果,對初始狀態(tài)信息、評價過程等進(jìn)行回溯查詢。

目前,本系統(tǒng)已在山東、浙江等地區(qū)進(jìn)行了示范應(yīng)用。通過工程實(shí)踐應(yīng)用,系統(tǒng)功能性能不斷完善優(yōu)化,更好的實(shí)現(xiàn)了以可靠性為中心的配電主設(shè)備狀態(tài)綜合評價,有效解決了配電主設(shè)備狀態(tài)評價主觀依賴性大、狀態(tài)信息來源復(fù)雜、實(shí)用性較低等問題,為提升配電設(shè)備狀態(tài)管控水平、輔助提高供電可靠性提供了有力支撐和保障。