變電運(yùn)維設(shè)備故障處理方法研究

馬 爽，周 瑋

國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)工作的持續(xù)優(yōu)化，變電運(yùn)維設(shè)備呈現(xiàn)的故障也更加多元化。在電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行中，一旦變電運(yùn)維設(shè)備出現(xiàn)故障或異常，都會對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響[1]。為了解決該問題，優(yōu)化變電站的整體運(yùn)行，有關(guān)單位開展了針對變電運(yùn)維設(shè)備故障的健康水平監(jiān)測，通過分析設(shè)備實時運(yùn)行狀態(tài)，掌握、預(yù)測并評估電網(wǎng)輸電安全性與穩(wěn)定性，基于此種方式，優(yōu)化終端的供電服務(wù)項目與服務(wù)模式。隨著相關(guān)工作的逐步推進(jìn)與落實，傳感器技術(shù)與其感知水平逐步提升，對變電運(yùn)維設(shè)備異常運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理難度也隨之提升[2]。相比常規(guī)的數(shù)據(jù)管理，變電運(yùn)維設(shè)備異常數(shù)據(jù)具有顯著的“4V”特征，隨著變電異常數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)診斷效率、變電運(yùn)維設(shè)備故障處理速度下降。如何合理使用現(xiàn)代化技術(shù)輔助變電運(yùn)維設(shè)備故障排查與處理，成為電力管理部門的研究與關(guān)注重點(diǎn)[3]。根據(jù)相關(guān)工作的實施現(xiàn)狀，我國變電單位在此方面的落實度與執(zhí)行度仍存在不足。因此，文章將以某變電站為例，對變電運(yùn)維設(shè)備故障處理方法展開詳細(xì)的設(shè)計，全面保證電網(wǎng)在建設(shè)與運(yùn)行中的安全性、穩(wěn)定性。

1 變電運(yùn)維設(shè)備的故障處理方法

1.1 變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測

為了有效處理變電運(yùn)維設(shè)備故障，在設(shè)計故障處理方法前，需要獲取變電運(yùn)維設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提出針對變電運(yùn)維設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測方案。在監(jiān)測過程中，將傳感器、智能監(jiān)控組件、展示界面、監(jiān)控設(shè)備等在線裝置通過接口與設(shè)備連接，確保多設(shè)備處于良好交互狀態(tài)后，建立設(shè)備之間的通信。通過此種方式，實現(xiàn)對變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行的實時監(jiān)測[4]。

為了實現(xiàn)變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸，建立變電運(yùn)維設(shè)備的交互傳輸信道。此信道主要用于傳輸變電運(yùn)維設(shè)備在運(yùn)行中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在監(jiān)測過程中，根據(jù)不同型號變電運(yùn)維設(shè)備的額定輸出電流與額定輸出電壓，錄入設(shè)備在運(yùn)行中的端口輸出電流與電壓。在接口位置進(jìn)行數(shù)據(jù)系統(tǒng)的更新，設(shè)定監(jiān)測參數(shù)。在啟動監(jiān)測裝置前，對相關(guān)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，通過此種方式，實現(xiàn)對變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行的實時監(jiān)測。

1.2 設(shè)備故障數(shù)據(jù)采集與處理

完成對變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測的設(shè)計后，在通信接口采集設(shè)備故障數(shù)據(jù)[5]，采集過程如下：

式中：d為設(shè)備故障數(shù)據(jù)采集過程；ω為數(shù)據(jù)反射中心波長展示條件；N為有效通信周期；sn為應(yīng)變傳感器自身運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。采集設(shè)備故障數(shù)據(jù)后，考慮到在此種條件下獲取的數(shù)據(jù)中可能存在大量冗余數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)、干擾數(shù)據(jù)與臟數(shù)據(jù)，利用此類數(shù)據(jù)進(jìn)行變電運(yùn)維設(shè)備故障處理會導(dǎo)致錯誤決策，需要處理變電運(yùn)維設(shè)備故障數(shù)據(jù)，篩選數(shù)據(jù)集合，為故障處理提供決策依據(jù)。故障數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 變電運(yùn)維設(shè)備故障數(shù)據(jù)處理過程

初步篩查采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，過濾數(shù)據(jù)集合中的冗余數(shù)據(jù)，此過程如下式所示：

式中：TC為故障數(shù)據(jù)集合中冗余數(shù)據(jù)過濾處理過程；Ti為數(shù)據(jù)塊均衡性；pi為數(shù)據(jù)在監(jiān)測傳輸過程中的損耗；c為數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性；i為數(shù)據(jù)劃分節(jié)點(diǎn)。

在此基礎(chǔ)上，按照不同數(shù)據(jù)的類別，對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類劃分，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集成，此過程如下式所示：

式中：DS為數(shù)據(jù)集成過程；Di為數(shù)據(jù)類別；VC為數(shù)據(jù)副本存儲方式；NS為節(jié)點(diǎn)聚類任務(wù)量。

為了進(jìn)一步實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理，可在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲格式的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換過程如下所示：

式中：w為數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換程序；hi為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)能效；μ為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)存儲格式。

按照上述步驟，轉(zhuǎn)換監(jiān)測數(shù)據(jù)，為后續(xù)故障排查、處理與設(shè)備檢修提供高精度數(shù)據(jù)，作為決策支撐。

1.3 基于智能圖譜匹配的變電運(yùn)維設(shè)備故障排查與檢修

完成上述步驟后，根據(jù)采集的變電運(yùn)維設(shè)備故障數(shù)據(jù)，建立變電運(yùn)維設(shè)備檢修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)語料庫。篩查語料庫中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對前者進(jìn)行數(shù)據(jù)整合與實體匹配，對后者數(shù)據(jù)進(jìn)行實體抽取、關(guān)系抽取、屬性抽取。在匹配過程中，錄入第三方數(shù)據(jù)，根據(jù)多渠道來源的變電運(yùn)維設(shè)備數(shù)據(jù)構(gòu)建變電運(yùn)維設(shè)備故障本體，通過融合設(shè)備常態(tài)化條件下運(yùn)行產(chǎn)生數(shù)據(jù)與設(shè)備專業(yè)知識，建立變電運(yùn)維設(shè)備知識圖譜。多個融合步驟均可用下式表示：

式中：R為數(shù)據(jù)融合步驟；ti為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合所需時間；pi為節(jié)點(diǎn)負(fù)載；γ為第三方數(shù)據(jù)導(dǎo)入；ri為設(shè)備健康狀況預(yù)測條件。

按照上述方式，完成變電運(yùn)維設(shè)備智能圖譜的構(gòu)建。在此基礎(chǔ)上，將變電運(yùn)維設(shè)備處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖譜，對設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)進(jìn)行匹配。匹配過程如下式所示：

式中：k為變電運(yùn)維設(shè)備處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)與智能圖譜的匹配過程；x為實體數(shù)據(jù)；s為關(guān)系數(shù)據(jù)；a為屬性數(shù)據(jù)；y為第三方數(shù)據(jù)；b為知識庫自主更新過程。

輸出匹配結(jié)果，將圖譜匹配的結(jié)果作為變電運(yùn)維設(shè)備故障處理結(jié)果，完成變電運(yùn)維設(shè)備的故障處理。

2 實例驗證

文章從三個方面完成了變電運(yùn)維設(shè)備故障處理方法的設(shè)計，但截至目前，此方法的研究仍停留在理論階段，尚未有科研單位對此方法的可行性進(jìn)行檢驗。因此，文章將以市場內(nèi)某大型變電站作為研究對象，設(shè)計實例應(yīng)用實驗。

為了滿足實驗的真實性需求，選用此變電站中心數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的近6個月的變電運(yùn)維設(shè)備故障數(shù)據(jù)作為實驗樣本數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB-8.0操作平臺，對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，如表1所示。

表1 樣本數(shù)據(jù)

與變電站負(fù)責(zé)人交涉可知，此變電站中的變電運(yùn)維設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，盡管此單位已經(jīng)加大了對設(shè)備故障的處理力度，但相關(guān)工作的實施并未取得顯著效果[6]。因此，獲取測試數(shù)據(jù)后，按照文章設(shè)計的方法進(jìn)行變電運(yùn)維設(shè)備故障的監(jiān)控[7]。

通過變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測，將樣本數(shù)據(jù)中用于描述變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)與監(jiān)測過程匹配，通過此種方式掌握變電運(yùn)維設(shè)備的實時運(yùn)行情況[8]。此次監(jiān)測以設(shè)備在運(yùn)行中的輸出電流值為例，將電流互感器安裝在設(shè)備運(yùn)行輸出端，將其與設(shè)備接口匹配，截取部分時段下的變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)展示在顯示器上，連接不同時段下的數(shù)據(jù)[9]。變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測界面如圖2所示。

圖2 變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測界面

已知變電運(yùn)維設(shè)備在無故障運(yùn)行條件下的輸出電流值在5.0～7.0 A范圍內(nèi)規(guī)律性波動。在圖2中，1、2、3為變電運(yùn)維設(shè)備的三個故障時刻。從圖2所示的變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果可以看出，在1.0 s，設(shè)備發(fā)生了第一次故障；在3.0 s，設(shè)備發(fā)生了第二次故障；在7.0～8.0 s范圍內(nèi)，設(shè)備發(fā)生了第三次故障。由此可見，文章設(shè)計的方法可以在實際應(yīng)用中，實現(xiàn)對變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行的良好監(jiān)測[10]。

在此基礎(chǔ)上，在監(jiān)測的數(shù)據(jù)集合中，提取變電運(yùn)維設(shè)備故障數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)化處理方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理。完成處理后，構(gòu)建變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行智能圖譜，將故障數(shù)據(jù)與變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行智能圖譜進(jìn)行匹配，通過此種方式排查變電運(yùn)維設(shè)備故障，并結(jié)合故障排查結(jié)果進(jìn)行設(shè)備檢修。完成設(shè)備檢修后，將電流互感器安裝在完成檢修的變電運(yùn)維設(shè)備電流輸出端口，繼續(xù)監(jiān)測變電運(yùn)維設(shè)備，輸出故障處理后的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，記錄設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行情況。結(jié)果如圖3所示。在圖3中，a為變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行中輸出電流值上限；b為變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行中輸出電流值下限。

圖3 變電運(yùn)維設(shè)備故障處理后的運(yùn)行監(jiān)測界面

根據(jù)上述實驗結(jié)果，按照文章設(shè)計的故障處理方法進(jìn)行變電運(yùn)維設(shè)備故障處理，可以保證處理后的變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行輸出電流在安全范圍內(nèi)，從而保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，為變電站的安全、持續(xù)供電服務(wù)提供技術(shù)層面的幫助與指導(dǎo)。

3 結(jié)束語

將智能化技術(shù)與變電站發(fā)展進(jìn)行融合，已成為產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的關(guān)注重點(diǎn)，在此種情況下，變電站的建設(shè)勢必呈現(xiàn)規(guī)模化與規(guī)范化趨勢。文章從變電運(yùn)維設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測、設(shè)備故障數(shù)據(jù)采集與處理、基于智能圖譜匹配的變電運(yùn)維設(shè)備故障排查與檢修三個方面完成了變電運(yùn)維設(shè)備故障處理方法的設(shè)計，并通過實驗證明，設(shè)計的方法在實際應(yīng)用中具有較好的故障處理效果。