基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊鯤鵬 杜道強(qiáng) 吳超鋒

摘 要：電力設(shè)備的正常運(yùn)行是電力供應(yīng)的基礎(chǔ)保障。隨著電力設(shè)備規(guī)模日益增大，電力設(shè)備管理需要采用更加數(shù)字化、智能化的方法解決電力設(shè)備全壽命周期管理過(guò)程中任務(wù)量大、工作效率低等問(wèn)題。分析了當(dāng)前電力供需格局和設(shè)備管理模式，提出了基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備全壽命周期管理框架，從電力設(shè)備全壽命周期信息獲取、基于知識(shí)圖譜的設(shè)備信息關(guān)聯(lián)與匹配，以及基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備管理決策等三方面提出了電力設(shè)備全壽命周期管理的實(shí)施方案，以進(jìn)一步提高電力公司設(shè)備管理信息化和規(guī)范化水平。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備;知識(shí)庫(kù);全壽命周期;設(shè)備管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TG519.3 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）1-0050-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.011

Design and Application of Power Equipment Life Cycle Management System based on Knowledge Database

YANG Kunpeng DU Daoqiang WU Chaofeng

（Gongyi Power Supply Company，State Grid Corporation of China，Gongyi 451200，China）

Abstract： The normal operation of power equipment is the basic guarantee of power supply. With the increasing scale of power equipment， power equipment management needs to adopt more digital and intelligent methods to solve the problems of large tasks and low work efficiency in the whole life cycle management process of power equipment. The current power supply and demand pattern and equipment management mode was analyzed， and the power equipment life cycle management framework based on knowledge database was put forward. In order to further improve the informatization and standardization level of equipment management in power companies， puts forward the implementation scheme of power equipment life-cycle management from three aspects including power equipment life-cycle information acquisition， equipment information association and matching based on knowledge graph， and power equipment management decision based on knowledge database.

Keywords： power equipment; knowledge database; life cycle; equipment management

0 引言

以新一代數(shù)字技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命向經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域全面滲透，正引領(lǐng)生產(chǎn)方式和經(jīng)營(yíng)管理模式快速變革。數(shù)字中國(guó)建設(shè)背景下，電網(wǎng)企業(yè)管理需要全面貫徹新發(fā)展理念，以信息化培育新動(dòng)能，用新動(dòng)能推動(dòng)新發(fā)展，以新發(fā)展創(chuàng)造新輝煌。在宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行總體平穩(wěn)，服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)及裝備制造業(yè)較快發(fā)展，冬季寒潮、夏季高溫，電能替代快速推廣，城農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)釋放電力需求等因素綜合影響下，全社會(huì)用電量實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)。隨著電力需求的增加，電網(wǎng)規(guī)模隨之?dāng)U大，電力運(yùn)行的設(shè)備數(shù)量急劇增加。與此同時(shí)，隨著直流輸電技術(shù)大量應(yīng)用、新能源大規(guī)模接入，對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻和電壓調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。因此，電力設(shè)備日常的運(yùn)維工作直接關(guān)系著電網(wǎng)的供電質(zhì)量，而供電質(zhì)量的提高和電力運(yùn)行維護(hù)管理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，涉及的內(nèi)容繁多，亟須改革傳統(tǒng)設(shè)備管理方式，提高電網(wǎng)設(shè)備安全性、可靠性，增強(qiáng)設(shè)備抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。構(gòu)建覆蓋電力設(shè)備全壽命周期的一體化數(shù)字業(yè)務(wù)平臺(tái)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備管理高效協(xié)作和高質(zhì)量決策，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)分析和風(fēng)險(xiǎn)管控，全面提升電網(wǎng)企業(yè)設(shè)備管理能力。

1 電力供需格局與電力設(shè)備管理模式

“十四五”時(shí)期我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展將達(dá)到較高水平，科技水平大幅提高。西部大開(kāi)發(fā)、東北振興、京津冀協(xié)同發(fā)展等區(qū)域戰(zhàn)略深入實(shí)施，形成區(qū)域協(xié)調(diào)均衡發(fā)展新格局。未來(lái)，城市化率進(jìn)一步提高，人口逐步達(dá)到飽和。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，第三產(chǎn)業(yè)增加值比重達(dá)到較高水平，現(xiàn)代服務(wù)業(yè)將成為主導(dǎo)。在電力需求側(cè)，人均用電水平不斷攀升，全社會(huì)用電量及最大負(fù)荷將帶來(lái)新的挑戰(zhàn)（見(jiàn)表1）。在電力供給側(cè)，主要供給方式為煤電、燃?xì)獍l(fā)電、清潔能源發(fā)電、水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電，以及抽蓄、電化學(xué)儲(chǔ)能等調(diào)節(jié)性電源，各種供給方式電源裝機(jī)規(guī)模大幅增加。我國(guó)中長(zhǎng)期電源裝機(jī)容量如表2所示。由表1和表2可見(jiàn)，用電需求側(cè)的增加給電力企業(yè)設(shè)備管理帶來(lái)較大壓力與挑戰(zhàn)。

為保障電力供應(yīng)，電力設(shè)備不斷增加。因此，學(xué)術(shù)研究和企業(yè)實(shí)踐都在探索保證電力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)效性和可靠性的技術(shù)方案。為提高電力設(shè)備全壽命周期的管理效率，面向信息化、智能交互、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為一體的電力設(shè)備管理成為當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[1]。例如，美國(guó)大多數(shù)地區(qū)在電力設(shè)備采購(gòu)時(shí)嵌入物聯(lián)網(wǎng)通信芯片，通過(guò)信息化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施采集設(shè)備信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理[2]。將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、智能技術(shù)等應(yīng)用于設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、缺陷診斷、處理全流程數(shù)據(jù)信息分析和決策，可提高設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的管理效率，降低設(shè)備運(yùn)行成本[3]。

2 基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備全壽命周期管理框架

電力設(shè)備規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其全壽命周期管理涉及多部門(mén)協(xié)同，分散的設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)不利于設(shè)備健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)和高質(zhì)量檢修決策。為保障電力設(shè)備運(yùn)行的可靠性和提升管理效率，需要將電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并利用知識(shí)庫(kù)輔助設(shè)備管理決策。

電力設(shè)備全壽命周期管理包括：電力設(shè)備的前期管理，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的使用、維護(hù)、保養(yǎng)、檢修與更新，以及設(shè)備后期管理[4]。設(shè)備壽命周期數(shù)據(jù)包括：設(shè)備采購(gòu)信息、備品備件存儲(chǔ)信息、備品備件更換信息、實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、檢修信息、故障信息和對(duì)設(shè)備實(shí)施的操作信息等。

知識(shí)庫(kù)通過(guò)知識(shí)圖譜將大量的領(lǐng)域知識(shí)以一定的知識(shí)表達(dá)形式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，是專(zhuān)家智能決策系統(tǒng)的核心部分。知識(shí)圖譜生命周期是確定知識(shí)需求、知識(shí)建模、獲取、存儲(chǔ)、管理、應(yīng)用等六個(gè)階段不斷完善、進(jìn)化和迭代發(fā)展的過(guò)程[5]。

將知識(shí)圖譜六個(gè)階段與電力設(shè)備領(lǐng)域知識(shí)，包括設(shè)備采購(gòu)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙信息、備品備件數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、檢修操作數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)等，進(jìn)行關(guān)聯(lián)、匹配、歸納、總結(jié)，進(jìn)而形成包含設(shè)計(jì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、原理知識(shí)、試驗(yàn)知識(shí)等在內(nèi)的知識(shí)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備管理決策的支持。通過(guò)將知識(shí)圖譜生命周期階段和設(shè)備壽命周期數(shù)據(jù)耦合，建立基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備全壽命周期管理框架（見(jiàn)圖1），可有效提升電力設(shè)備日常的運(yùn)維工作效率。

3 基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備全壽命周期管理方案的實(shí)施

知識(shí)庫(kù)賦能電力設(shè)備全壽命周期管理，能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備全壽命周期信息的獲取、存儲(chǔ)、分析、預(yù)測(cè)和決策管理。在實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)電力設(shè)備全壽命周期信息的獲取，以及基于知識(shí)圖譜進(jìn)行設(shè)備信息關(guān)聯(lián)與匹配，形成知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備管理決策。

3.1 電力設(shè)備全壽命周期信息獲取

為保障電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)的采集和更新，設(shè)計(jì)了四大功能庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)化信息采集表。四大功能庫(kù)包括設(shè)備信息庫(kù)、工單庫(kù)、備品備件庫(kù)和故障庫(kù)。設(shè)備信息庫(kù)主要涵蓋設(shè)備設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)備定值的更新，用于提供設(shè)備設(shè)計(jì)原始信息和設(shè)備定值實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以供運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)實(shí)時(shí)查詢?cè)O(shè)備數(shù)據(jù);工單庫(kù)涵蓋了設(shè)備運(yùn)維過(guò)程中各個(gè)部門(mén)對(duì)設(shè)備進(jìn)行的操作，反映了設(shè)備被實(shí)施的各種操作;備品備件庫(kù)供運(yùn)維人員實(shí)時(shí)查詢?cè)O(shè)備運(yùn)維過(guò)程中備品備件種類(lèi)和數(shù)量，同時(shí)建立常用備品備件最低庫(kù)存預(yù)警，防止因備品備件缺貨導(dǎo)致工期延長(zhǎng);故障庫(kù)供運(yùn)維人員在檢修與維護(hù)過(guò)程中就故障現(xiàn)象快速定位故障原因和采取維護(hù)策略。

為保障四大功能庫(kù)數(shù)據(jù)的可靠性和及時(shí)性，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集表，即通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化工單將信息錄入后對(duì)關(guān)聯(lián)的功能庫(kù)進(jìn)行更新。

3.2 基于知識(shí)圖譜的設(shè)備信息關(guān)聯(lián)與匹配

標(biāo)準(zhǔn)化工單采集的實(shí)時(shí)信息需要關(guān)聯(lián)工單庫(kù)、故障庫(kù)，當(dāng)工單中涉及更換定值，則同步更新設(shè)備信息庫(kù);當(dāng)工單中采取了更換零部件的操作時(shí)則需要同步更新備品備件庫(kù)。

電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)信息通過(guò)四大功能庫(kù)采集更新信息的同時(shí)與知識(shí)圖譜生命周期六個(gè)階段進(jìn)行耦合。采集的信息以知識(shí)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，形成知識(shí)庫(kù)，以便于設(shè)備管理決策。電力設(shè)備數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)與匹配關(guān)系如圖2所示。

3.3 基于知識(shí)庫(kù)的電力設(shè)備管理決策

知識(shí)庫(kù)中基于設(shè)備工單庫(kù)形成的知識(shí)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)進(jìn)行分析和報(bào)告，以便于指導(dǎo)設(shè)備狀態(tài)檢修，減少檢修成本，提高檢修效率。知識(shí)庫(kù)中基于故障庫(kù)形成的知識(shí)，可指導(dǎo)運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)快速定位故障原因，并形成指導(dǎo)性排除故障/消除缺陷策略。知識(shí)庫(kù)中基于備品備件庫(kù)形成的知識(shí)可用于建立常用備品備件最低庫(kù)存預(yù)警，防止因備品備件缺貨導(dǎo)致工期延長(zhǎng)。知識(shí)庫(kù)中基于設(shè)備信息庫(kù)形成的知識(shí)可使運(yùn)維人員快速掌握設(shè)備設(shè)計(jì)知識(shí)和實(shí)時(shí)定值，以提高檢修效率。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者針對(duì)電力設(shè)備規(guī)模不斷擴(kuò)大帶來(lái)的管理效率問(wèn)題，基于知識(shí)庫(kù)提出了電力設(shè)備全壽命周期管理框架。為了更好地實(shí)施電力設(shè)備全壽命周期管理，設(shè)計(jì)了四大功能庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)化信息采集表，確保電力設(shè)備全壽命周期數(shù)據(jù)的采集和更新。將四大功能庫(kù)采集更新的信息與知識(shí)圖譜生命周期六個(gè)階段進(jìn)行耦合，形成知識(shí)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修、快速定位故障并消除缺陷，以及備品備件預(yù)警管理。

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收稿日期：2021-11-01

作者簡(jiǎn)介：楊鯤鵬（1976—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：電力企業(yè)管理;杜道強(qiáng)（1973—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：電力運(yùn)維管理;吳超鋒（1976—），男，本科，電力工程師，研究方向：機(jī)電工程與科技管理。

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