大數(shù)據(jù)背景下的電力計(jì)量裝置故障智能化診斷技術(shù)應(yīng)用

王一茗

（北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 102200）

當(dāng)今社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量顯著提高，對電力計(jì)量裝置的應(yīng)用提出了更高的要求，使其故障診斷技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。當(dāng)前在大數(shù)據(jù)技術(shù)背景下，有必要精準(zhǔn)把握電力計(jì)量裝置故障診斷的核心方法與要求，創(chuàng)新智能化方法應(yīng)用模式，提高診斷效率。本文就此展開了探討。

1 研究背景

在當(dāng)前電力工程運(yùn)行中，電力計(jì)量裝置故障診斷始終占據(jù)著關(guān)鍵地位，對于保障整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性具有重要作用。在當(dāng)前技術(shù)條件下，電力計(jì)量裝置的診斷方法多種多樣，不同的診斷方法具有不同的數(shù)據(jù)獲取方式、不同的數(shù)據(jù)模型構(gòu)造過程，在診斷效果與診斷效率方面同樣存在顯著差異，需要結(jié)合電網(wǎng)工程的客觀實(shí)際需求，擇優(yōu)選取[1]。近年來，國家相關(guān)技術(shù)部門高度重視電力計(jì)量裝置故障智能化診斷技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，深入實(shí)施大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，在細(xì)化故障診斷流程、提高數(shù)據(jù)采集覆蓋率等方面制定并實(shí)施了一系列重要技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在推進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)轉(zhuǎn)換等方面取得了令人矚目的現(xiàn)實(shí)成就，積累了豐富而寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，各級(jí)電網(wǎng)單位同樣在創(chuàng)新大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用模式、提升電力計(jì)量裝置故障智能化診斷水平等方面進(jìn)行了積極探索，且效果顯著，完善了電力營銷體系，優(yōu)化了反竊電檢查環(huán)節(jié)成效。盡管如此，受大數(shù)據(jù)運(yùn)行架構(gòu)等主客觀要素的影響，當(dāng)前電力計(jì)量裝置故障智能化診斷中的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用依舊存在諸多短板，不利于實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)的深刻價(jià)值，必須給予高度重視。上述背景下，深入探討基于大數(shù)據(jù)的電力計(jì)量裝置故障智能化診斷技術(shù)，具有極為深刻的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

2 大數(shù)據(jù)平臺(tái)及運(yùn)行架構(gòu)分析

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是以數(shù)據(jù)分析技術(shù)為主要載體，以海量的數(shù)據(jù)資源為主要面向?qū)ο?，通過精準(zhǔn)高效地處理數(shù)據(jù)流與信息流等相關(guān)資源，完成特定的數(shù)據(jù)分析與整理任務(wù)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及基礎(chǔ)理論研究的日趨成熟，誕生了囊括數(shù)據(jù)處理技術(shù)、模型構(gòu)建技術(shù)、信息分析技術(shù)等在內(nèi)的系列化技術(shù)方法。大數(shù)據(jù)自誕生至今，先后經(jīng)歷了諸多演變與發(fā)展，在價(jià)值內(nèi)涵方面得到極大豐富與發(fā)展，被賦予了更多的時(shí)代價(jià)值，在應(yīng)用范圍與應(yīng)用程度方面得到了極大拓展?？v觀大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與衍變實(shí)際，不僅衍生出了諸多高效率的數(shù)據(jù)分析方法，更是在數(shù)據(jù)整理與存儲(chǔ)等方面實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，構(gòu)建形成了以時(shí)代信息為特征的技術(shù)平臺(tái)體系，為新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)高效發(fā)展注入了無限動(dòng)力[3]。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，電力計(jì)量工作需要面對海量的數(shù)據(jù)資源，步入數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理的宏觀進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電力計(jì)量裝置故障診斷過程，為優(yōu)化后續(xù)電力計(jì)量裝置的整體效果提供可靠參考。基于大數(shù)據(jù)的電力計(jì)量裝置故障智能化診斷技術(shù)應(yīng)以數(shù)據(jù)流與信息流為主要載體，融入云計(jì)算數(shù)據(jù)平臺(tái)的價(jià)值理念，構(gòu)建形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理云平臺(tái)立體化組織架構(gòu)，為具體實(shí)際業(yè)務(wù)的開展與運(yùn)行以及數(shù)據(jù)分析處理提供可靠保障。

3 電力計(jì)量裝置故障異常及檢測手段分析

3.1 電力計(jì)量裝置故障異常

3.1.1 竊電

竊電是電力計(jì)量實(shí)踐中的常見違規(guī)行為，是直接誘發(fā)電力計(jì)量裝置異常的主要原因，不利于電網(wǎng)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性與可靠性，屬于人為主觀實(shí)施的異常狀況范疇[4]。竊電行為通常以不正當(dāng)手段，破壞電力計(jì)量裝置，損毀電網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)件，致使電力計(jì)量裝置難以準(zhǔn)確穩(wěn)定運(yùn)行，出現(xiàn)少計(jì)量、不計(jì)量等狀況，在所消耗電費(fèi)數(shù)據(jù)方面存在顯著偏差，久而久之容易造成電網(wǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)性問題。

3.1.2 干擾

電網(wǎng)系統(tǒng)是電力計(jì)量裝置的重要載體，只有基于穩(wěn)定而可靠的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，才能使電力計(jì)量裝置保持在良好運(yùn)行環(huán)境之中。縱觀當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際，普遍存在著受外來各類因素干擾的問題，對干擾因素的排查、分析與防控落實(shí)不到位，會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，破壞電力計(jì)量裝置的整體運(yùn)行屏障。比如，電網(wǎng)諧波問題便會(huì)影響電力計(jì)量裝置的基波、工頻等，導(dǎo)致出現(xiàn)負(fù)荷頻率，計(jì)量誤差非常大，甚至容易出現(xiàn)負(fù)計(jì)量狀態(tài)。

3.1.3 裝置

盡管在當(dāng)前物理硬件環(huán)境下，電力計(jì)量裝置的整體性能得到了顯著提升，技術(shù)參數(shù)得到了極大改進(jìn)，但是在部分情況下依舊會(huì)出現(xiàn)自身故障問題，產(chǎn)生由裝置問題而造成的電力計(jì)量裝置故障異常。實(shí)踐表明，對電力計(jì)量裝置的應(yīng)用配置不規(guī)范、適用環(huán)境惡劣等均會(huì)造成其數(shù)據(jù)監(jiān)測異常，主要表現(xiàn)為顯示異常、回路異常等現(xiàn)象，出現(xiàn)明顯偏離實(shí)際的讀數(shù)誤差。因此，強(qiáng)化電力計(jì)量裝置自身穩(wěn)定性，防止裝置自身問題，勢在必行。

3.2 電力計(jì)量裝置的檢測手段

3.2.1 電流檢測

電流檢測是電力計(jì)量裝置的主要檢測手段之一，以斷路器、相電流以及基變量等為主要檢測對象，以更加積極主動(dòng)的模式檢測電力計(jì)量裝置的異常問題。比如，在長時(shí)間、連續(xù)性的運(yùn)行狀態(tài)之后，斷路器的工況無法檢測到檢修信號(hào)，且三相不平衡電流的數(shù)據(jù)信息超出額定標(biāo)準(zhǔn)，但未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)，上述這些狀況均可作為電流檢測的依據(jù)[5]。

3.2.2 電壓檢測

電壓檢測與電流檢測類似，但在操作方法與檢測原理上存在不同。在電壓檢測中，需要根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)，對斷路器是否存在檢修信息進(jìn)行檢測，判斷電力計(jì)量裝置的運(yùn)行情況。若發(fā)現(xiàn)功率因數(shù)起伏波動(dòng)幅值較大，超出技術(shù)條件允許范圍，則代表著裝置存在故障。同時(shí)，若電壓檢測發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)受到干擾，同樣表明需要調(diào)整裝置本身，使其滿足預(yù)先設(shè)定的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 功率因數(shù)檢測

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為電力計(jì)量裝置功率因數(shù)檢測提供了更為豐富的技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)技術(shù)條件下難以完成的功率因素檢測任務(wù)更具可行性。功率因數(shù)檢測以相關(guān)因素?cái)?shù)據(jù)大小及幅值為面向?qū)ο螅魴z測發(fā)現(xiàn)其存在忽高忽低狀況，則需要在電力計(jì)量端口做技術(shù)處理，防止單一化的功率因數(shù)問題擴(kuò)散蔓延形成系統(tǒng)性或多元性的功率因數(shù)問題。通過實(shí)施功率因數(shù)檢測，可對電網(wǎng)系統(tǒng)中的多類型故障進(jìn)行專項(xiàng)排查，為提升電力計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性提供參考。

4 電力計(jì)量裝置的大數(shù)據(jù)處理框架研究

4.1 采集模塊

采集模塊是電力計(jì)量裝置大數(shù)據(jù)處理框架的關(guān)鍵構(gòu)成要素，在大數(shù)據(jù)處理框架內(nèi)發(fā)揮著數(shù)據(jù)信息采集等功能，是實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)方法的首要模塊，通常根據(jù)其實(shí)際運(yùn)行原理及方法可細(xì)化分為數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集導(dǎo)入兩個(gè)部分。數(shù)據(jù)采集模塊以電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)為采集對象，形成特定數(shù)據(jù)庫集群，并通過特定數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到預(yù)定區(qū)域范圍內(nèi)，可最大程度確保數(shù)據(jù)導(dǎo)入效率和安全。大數(shù)據(jù)環(huán)境下的電力計(jì)量裝置在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行控制處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等預(yù)處理操作，并分擔(dān)部分異常特征計(jì)算等任務(wù)。

4.2 存儲(chǔ)模塊和計(jì)算模塊

在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀況下，電力計(jì)量裝置所要面對的監(jiān)測數(shù)據(jù)呈指數(shù)化增長態(tài)勢，如何對這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌分配與處理，以應(yīng)對數(shù)據(jù)量急劇增長帶來的考驗(yàn)，一直以來都是電力計(jì)量裝置運(yùn)行的關(guān)鍵所在。通過基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的存儲(chǔ)模塊和計(jì)算模塊，可依托更加可靠的數(shù)據(jù)分布儲(chǔ)存方式以及可線性擴(kuò)展的計(jì)算方式，為數(shù)據(jù)管理提供便利。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和計(jì)算模塊，應(yīng)配置完善的硬件設(shè)施，形成相對完整有序的數(shù)據(jù)備份和故障處理方案，對各個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行同步處理，實(shí)現(xiàn)異常特征分析、多維數(shù)據(jù)診斷等預(yù)期效果，彰顯彈性分布數(shù)據(jù)集的價(jià)值優(yōu)勢。

4.3 多維分析和智能診斷模塊

多維分析和智能診斷模塊是電力計(jì)量裝置大數(shù)據(jù)處理框架的核心模塊，屬于系統(tǒng)的中樞要素，只有始終確保其整體效能，保持其穩(wěn)定有序運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)對電力計(jì)量裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)的多維分析和智能診斷。在多維分析和智能診斷模塊的支持作用下，可根據(jù)異常數(shù)據(jù)的類型與強(qiáng)度，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，將電力計(jì)量裝置故障異常狀況由數(shù)據(jù)化的方式轉(zhuǎn)換為可視化的展現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)對故障問題的精準(zhǔn)研判。由于當(dāng)前電力計(jì)量裝置的運(yùn)行環(huán)境相對多樣化，因此在多維分析和智能診斷模塊的設(shè)置及運(yùn)行中，同樣應(yīng)體現(xiàn)出差異化，利用常用的智能故障診斷算法，在大數(shù)據(jù)框架范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

4.4 應(yīng)用模塊

在完成數(shù)據(jù)多維分析和智能診斷后，需要對相關(guān)處理結(jié)果進(jìn)行輸出，產(chǎn)生特定操作價(jià)值，這就需要用到電力計(jì)量裝置大數(shù)據(jù)處理框架的應(yīng)用模塊。在當(dāng)前技術(shù)條件下，該應(yīng)用模塊通常采用B/S架構(gòu)，即所謂的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)的封裝，為具體操作用戶提供交互式的操作頁面，并按照特定規(guī)則與方法將多維分析與智能診斷的結(jié)果通過頁面進(jìn)行展示。在電力計(jì)量裝置故障診斷中，通過應(yīng)用模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，并可對診斷結(jié)果進(jìn)行查詢與檢索，形成對計(jì)算任務(wù)的指令調(diào)度，為完善分布式、高效率的內(nèi)存計(jì)算框架做出導(dǎo)向，提高計(jì)量裝置的大數(shù)據(jù)處理效率。

5 基于大數(shù)據(jù)的電力計(jì)量裝置故障智能化診斷技術(shù)探討

5.1 電力計(jì)量裝置故障智能化診斷知識(shí)庫的建立

為有效提升電力計(jì)量裝置故障智能化診斷的實(shí)施質(zhì)量，必須首先構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的知識(shí)庫，將所有可能出現(xiàn)的故障診斷類型納入知識(shí)庫的涵蓋范圍之內(nèi)，以對電力計(jì)量裝置的工作情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。在大數(shù)據(jù)技術(shù)環(huán)境下，故障智能化診斷知識(shí)庫得同樣具備動(dòng)態(tài)化特征，對其中的數(shù)據(jù)信息保持動(dòng)態(tài)化刪除、修改、更換以及查詢等。通常情況下，故障智能化診斷知識(shí)庫還應(yīng)包括兩個(gè)方面，即異常特征模型和專家規(guī)則庫，以實(shí)現(xiàn)對不同類型故障問題的優(yōu)化處理。對于異常特征模型而言，可建立模塊并進(jìn)行修改或刪除，而專家規(guī)則庫則可實(shí)現(xiàn)對具體故障模塊數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)二者的同步并行。知識(shí)庫建立后，應(yīng)對其中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行縱向比對，利用邏輯規(guī)則，分析電力計(jì)量裝置的異常信息，診斷該裝置中故障的類型。

5.2 電力計(jì)量裝置故障的在線監(jiān)測

在線監(jiān)測功能需要通過分布式系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用核心在于對數(shù)據(jù)的分析與判斷，而在線監(jiān)測功能則可對電力計(jì)量裝置儲(chǔ)存的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。在此過程中，應(yīng)制定詳細(xì)可行的在線監(jiān)測實(shí)施規(guī)則，為具體監(jiān)測行為與監(jiān)測過程的確定提供基礎(chǔ)性依據(jù)與保障，防止在線監(jiān)測過程無據(jù)可依、無章可循，確保在線監(jiān)測工作始終沿著更高效率與更高質(zhì)量的方向發(fā)展。要明確在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的訪問形式，在系統(tǒng)內(nèi)部通過流式數(shù)據(jù)的方式對電力計(jì)量裝置的信息進(jìn)行調(diào)閱與訪問。若在線監(jiān)測無法實(shí)現(xiàn)對特定類型數(shù)據(jù)的訪問，則要判斷其中是否存在較大容量的存儲(chǔ)文件，對在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，對電力計(jì)量裝置的部分?jǐn)?shù)據(jù)做出去偽處理。

5.3 電力計(jì)量裝置故障異常信息的診斷

異常信息的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致電力計(jì)量裝置發(fā)生相應(yīng)故障，因此應(yīng)針對異常信息做出專門處理，以確保電力計(jì)量裝置的穩(wěn)定、高效、精準(zhǔn)運(yùn)行，并對其是否存在故障狀態(tài)做出研判。在電力計(jì)量裝置故障異常信息診斷中，必須強(qiáng)化具體操作人員的專業(yè)素養(yǎng)，形成“大數(shù)據(jù)思維”，在面對各類異常信息診斷需求時(shí)，主動(dòng)運(yùn)用“大數(shù)據(jù)思維”解決相關(guān)難題，以更好地對故障類型、具體位置及規(guī)模影響等做出分析。電力計(jì)量裝置出現(xiàn)異常信息，主要是由于電壓回路或電網(wǎng)系統(tǒng)電流回路出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電流與電壓的起伏波動(dòng)，應(yīng)通過報(bào)警系統(tǒng)獲取警報(bào)信息，對故障問題進(jìn)行分析并處理。

5.4 多樣化故障預(yù)警技術(shù)

多樣化故障預(yù)警技術(shù)需要依賴于多樣化的故障診斷模型，以最大限度降低電力計(jì)量裝置的故障率。若電力計(jì)量裝置出現(xiàn)故障問題，正常工作運(yùn)行狀態(tài)被打破，則系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，對電力計(jì)量裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行提醒，并將相關(guān)提醒信息傳遞到主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)，多樣化故障預(yù)警技術(shù)還具有文語轉(zhuǎn)換、預(yù)警短信等多種類型模式，可對各類不同故障予以精準(zhǔn)分析。以文語轉(zhuǎn)換技術(shù)為例，它可根據(jù)音色以及語言類型的不同，將故障預(yù)警信息傳遞到預(yù)先劃定的監(jiān)測責(zé)任范圍內(nèi)，使不同的責(zé)任區(qū)對故障預(yù)警信息進(jìn)行分類發(fā)送。

6 結(jié)語

受大數(shù)據(jù)技術(shù)框架、電力計(jì)量裝置實(shí)際應(yīng)用環(huán)境等方面的影響，當(dāng)前電力計(jì)量裝置故障智能化診斷實(shí)踐中依舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)，阻礙著診斷效率與質(zhì)量的優(yōu)化提升。因此，有關(guān)人員應(yīng)該從電力計(jì)量裝置故障診斷的客觀實(shí)際出發(fā)，遵循大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用原理與規(guī)程，創(chuàng)新故障智能化診斷的方法流程，為全面彰顯大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心價(jià)值奠定基礎(chǔ)，為促進(jìn)電力計(jì)量裝置故障智能化診斷技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。