基于變電站檢修數(shù)據(jù)的智能管理系統(tǒng)研究

徐立綱，張霞

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000）

1 前言

當(dāng)前電力系統(tǒng)中檢修缺陷數(shù)據(jù)呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，在檢修領(lǐng)域這些數(shù)據(jù)不僅包括一次設(shè)備和二次設(shè)備的基本參數(shù)信息，還包括設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，相關(guān)氣象數(shù)據(jù)等。這些檢修數(shù)據(jù)不僅多而雜，而且記錄方式也有很大不同。隨著智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普及，很多檢修數(shù)據(jù)也以結(jié)構(gòu)化的方式被記錄下來(lái)。這些結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以二維表的方式存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)清晰，記錄明確，也方便查詢。智能化技術(shù)的普及帶來(lái)了便利，但也帶來(lái)了很多問題。一方面，智能變電站的普及使得二次設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，種類多樣化，造成了檢修難度的提升，這就需要檢修人員的數(shù)量更多以及水平更高。另一方面，很多智能化設(shè)備中并沒有配備相應(yīng)的監(jiān)測(cè)傳感器，即使配備了，也會(huì)出現(xiàn)靈敏度不高，技術(shù)成熟度不夠等問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在系統(tǒng)僅占20%，剩下的80%數(shù)據(jù)是由人工以自然語(yǔ)言的形式或以音頻和視頻的形式記錄的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)不僅量大，而且可以為數(shù)據(jù)挖掘提供更多有價(jià)值的信息。不管是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其處理方式還停留在簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)上，且呈現(xiàn)方式也較為單一。將這些數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，方便缺陷數(shù)據(jù)檢索以及輔助決策方面的研究較少。

隨著深度學(xué)習(xí)算法、自然語(yǔ)言處理技術(shù)和知識(shí)圖譜技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這些技術(shù)在數(shù)據(jù)挖掘方面的應(yīng)用做了大量的研究。若能將歷史積累的檢修數(shù)據(jù)和系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，將電力系統(tǒng)中各區(qū)域內(nèi)的檢修數(shù)據(jù)集成到一個(gè)管理平臺(tái)中，通過深度學(xué)習(xí)等智能算法，形成檢修缺陷數(shù)據(jù)知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)檢修知識(shí)的可視化展示。這不僅有利于檢修數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)自身的維護(hù)；還有利于運(yùn)維檢修人員利用平臺(tái)信息檢索，便于查詢、學(xué)習(xí)，從而提高相關(guān)人員在遇到未處理過的情況時(shí)，輔助其做出決策；更重要的是它能幫助經(jīng)驗(yàn)較少的檢修人員快速學(xué)習(xí)大量的檢修案例。

2 檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)需求分析

隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷深化改革，電力企業(yè)的管理水平和經(jīng)營(yíng)效益息息相關(guān)。電力企業(yè)管理的電網(wǎng)運(yùn)行是否穩(wěn)定，設(shè)備管理是否得當(dāng)，這不僅關(guān)系到企業(yè)自身的經(jīng)營(yíng)效益，而且還關(guān)系到用戶的體驗(yàn)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。電力企業(yè)需要不斷提高自身的設(shè)備管理水平。因此，對(duì)構(gòu)建檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)的需求如下：

（1）大部分電力企業(yè)沒有建立檢修缺陷數(shù)據(jù)專用的管理系統(tǒng)，針對(duì)性不強(qiáng)，缺乏對(duì)檢修工作的有效管理和指導(dǎo)。

（2）數(shù)據(jù)挖掘工作開展較弱，很多檢修數(shù)據(jù)閑置于系統(tǒng)中，隨著檢修缺陷數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)，這些數(shù)據(jù)不但不能對(duì)檢修工作提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)，而且還會(huì)對(duì)運(yùn)管部門正確制定針對(duì)性強(qiáng)的檢修工作計(jì)劃造成困難。

（3）系統(tǒng)集成度較差，相關(guān)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)各自為政，缺乏關(guān)聯(lián)性，這就容易造成數(shù)據(jù)的冗余，很多數(shù)據(jù)重復(fù)記錄，增加了信息檢索的難度。

（4）檢修流程管理不嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)檢修工作中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)把控不嚴(yán)，造成檢修記錄的上傳、審核、匯總不及時(shí)，影響檢修工作的完成，容易造成設(shè)備漏檢或重復(fù)檢查等情況。

根據(jù)以上需求，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)檢修數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，整合信息管理、信息統(tǒng)計(jì)、案例管理和信息檢索等功能，以期提高電力企業(yè)的缺陷設(shè)備信息的管理水平。本文從技術(shù)上對(duì)基于檢修數(shù)據(jù)的智能管理平臺(tái)作了具體的分析。

3 檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)的定位和架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)定位

檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)是電力運(yùn)行系統(tǒng)中的重要組成部分，它定位于設(shè)備檢修數(shù)據(jù)的上層。這個(gè)系統(tǒng)采用人工加智能的方式輔助各子系統(tǒng)之間的平衡，對(duì)信息錄入、已有缺陷管理、未處理缺陷管理、缺陷統(tǒng)計(jì)、信息檢索等進(jìn)行精益化管理，更有效地幫助檢修人員進(jìn)行信息錄入、信息檢索以及輔助他們做出故障處理決策。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)考慮了多層級(jí)架構(gòu)、多數(shù)據(jù)類型、多業(yè)務(wù)場(chǎng)景、多接口服務(wù)等特征，提供一個(gè)統(tǒng)一的檢修數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。該系統(tǒng)架構(gòu)包括硬件基礎(chǔ)、平臺(tái)服務(wù)、平臺(tái)支撐、基礎(chǔ)模塊和平臺(tái)應(yīng)用5個(gè)部分，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)有4個(gè)模塊，分別為用戶登錄模塊，信息管理模塊，信息統(tǒng)計(jì)模塊和信息檢索模塊。

4.1 用戶登錄模塊

用戶登錄模塊是系統(tǒng)與用戶的第一次交互，會(huì)給用戶留下很深的印象，所以登錄界面的設(shè)計(jì)要美觀且簡(jiǎn)潔，使用戶不僅能記住這個(gè)系統(tǒng)而且能很輕松地找到登錄口。登錄模塊主要有3個(gè)效果，一是用戶不存在，這時(shí)用戶可使用注冊(cè)功能，注冊(cè)自己的用戶名和密碼，即可登錄；二是密碼錯(cuò)誤，這時(shí)用戶可以根據(jù)以前留存的信息，如手機(jī)號(hào)碼，來(lái)找回密碼或者修改密碼，之后再次登錄即可；三是登錄成功，之后就可正常使用系統(tǒng)的功能。

4.2 信息管理模塊

信息管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，在這個(gè)模塊中，工作人員可以將檢修記錄錄入系統(tǒng)，隨著不同的工作人員不斷的錄入信息，系統(tǒng)的文本信息也會(huì)不斷的擴(kuò)大，形成一個(gè)內(nèi)容豐富和數(shù)量巨大的文本數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)文本數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是多接口特征，系統(tǒng)可以連接到存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，二者結(jié)合，為下一個(gè)模塊的信息統(tǒng)計(jì)做準(zhǔn)備。

信息管理模塊中又分為三個(gè)子模塊，分別為信息錄入、已有缺陷管理和未處理缺陷管理。這三個(gè)子模塊功能各不相同。在信息錄入子模塊中，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的引導(dǎo)一步步地錄入檢修數(shù)據(jù)，包括設(shè)備、部件、缺陷、缺陷現(xiàn)象、缺陷等級(jí)、缺陷原因，解決方案等信息。在已有缺陷管理子模塊中，用戶可以對(duì)已上傳缺陷記錄進(jìn)行修改和刪除等操作。信息管理模塊的核心功能就是檢修信息錄入功能。

4.3 信息統(tǒng)計(jì)模塊

在信息統(tǒng)計(jì)模塊中，系統(tǒng)將信息錄入模塊中錄入的信息和關(guān)系型數(shù)據(jù)中的信息以可視化的方式展示給用戶，主要有缺陷統(tǒng)計(jì)表和缺陷統(tǒng)計(jì)圖兩種方式。統(tǒng)計(jì)表有三種功能，分別是缺陷查看、缺陷檢索和缺陷修改。表1展示了部分缺陷統(tǒng)計(jì)表。從表中可以看出，缺陷屬性主要有三種，且分別列出了它們的數(shù)量/種，以及樣例。用戶不僅可以查看表，還可以根據(jù)自身需要檢索相應(yīng)的內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)行修改。

表1 缺陷統(tǒng)計(jì)表（部分）

4.4 信息檢索模塊

信息檢索模塊為用戶提供信息檢索的功能。在這個(gè)模塊中，用戶可以在搜索欄以查找關(guān)鍵字的方式檢索信息，如輸入電子式互感器，則系統(tǒng)則會(huì)顯示所有與電子式互感器相關(guān)的檢修記錄。這個(gè)模塊中提供了三種檢索方式，分別為缺陷默認(rèn)檢索，缺陷分析檢索和缺陷流程檢索，其具體實(shí)現(xiàn)見圖2的流程圖。

圖2 缺陷信息檢索流程圖

5 基于知識(shí)圖譜的數(shù)據(jù)庫(kù)

知識(shí)圖譜從語(yǔ)義角度組織數(shù)據(jù)，從而形成網(wǎng)狀的知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。知識(shí)圖譜以三元組的形式將數(shù)據(jù)中的實(shí)體以及實(shí)體間的關(guān)系表示為{實(shí)體，關(guān)系，實(shí)體}。但檢修系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息往往是以自然語(yǔ)言的形式記錄，因此要對(duì)這些數(shù)據(jù)加以處理，還需結(jié)合深度學(xué)習(xí)，自然語(yǔ)言處理等技術(shù)，才能對(duì)缺陷記錄文本進(jìn)行深入的挖掘。

構(gòu)建電力系統(tǒng)檢修圖譜的環(huán)節(jié)包括知識(shí)抽取，知識(shí)融合和知識(shí)表示三個(gè)環(huán)節(jié)。其中知識(shí)抽取包括實(shí)體抽取，關(guān)系抽取和屬性抽取。為保證所獲得知識(shí)的質(zhì)量，防止出現(xiàn)知識(shí)冗余，還需要對(duì)其進(jìn)行知識(shí)融合，包括實(shí)體消解和共指消解兩個(gè)過程。最后就是對(duì)所得知識(shí)進(jìn)行可視化表示。

由于是在電力系統(tǒng)中的檢修領(lǐng)域，因此知識(shí)抽取可以根據(jù)專業(yè)的電力詞典以及相關(guān)資料。本文共確定了8個(gè)實(shí)體，7種關(guān)系和12個(gè)屬性。檢修圖譜中的實(shí)體是指知識(shí)庫(kù)中所需要的不同的概念類別，包括設(shè)備、部件、缺陷、現(xiàn)象、原因、缺陷等級(jí)、解決方案和責(zé)任單位。關(guān)系是指實(shí)體之間的關(guān)系，包括包含、出現(xiàn)、描述、診斷、程度為、措施和對(duì)應(yīng)。而屬性是實(shí)體自身所擁有的特征，不同實(shí)體可以具有相同的特征，也可以具有不同的特征，包括編號(hào)、名稱、類型、措施、故障等級(jí)、監(jiān)測(cè)方法、狀態(tài)、告警、時(shí)間、維修人員、維修活動(dòng)和位置。將這些實(shí)體，關(guān)系和屬性，以節(jié)點(diǎn)和邊的方式連接起來(lái)，就形成了網(wǎng)狀的檢修知識(shí)圖譜。檢修知識(shí)圖譜對(duì)于缺陷信息檢索和輔助決策方面具有很大的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從電力系統(tǒng)中檢修數(shù)據(jù)存在的問題出發(fā)，對(duì)如何管理這些數(shù)據(jù)做了需求分析，從而為檢修數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作了技術(shù)上的分析，并指出本文所要構(gòu)建的系統(tǒng)是基于知識(shí)圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)的信息管理、統(tǒng)計(jì)和檢索的系統(tǒng)。