自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)和檢修決策及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

李 龍，曹 楠

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

0 引言

自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)分析，是保障電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，開(kāi)展自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)［1-2］。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，電網(wǎng)的安全運(yùn)行、調(diào)度等對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的依賴程度越來(lái)越大。然而，目前的故障檢修以及無(wú)評(píng)估的計(jì)劃?rùn)z修方式往往導(dǎo)致維修不足或維修過(guò)剩，既浪費(fèi)了大量的人力、物力，也影響了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和可用率，已經(jīng)不能滿足新的電網(wǎng)運(yùn)行需求［3-4］。

目前，許多專家和學(xué)者也針對(duì)二次設(shè)備狀態(tài)檢修進(jìn)行了探索性的研究。文獻(xiàn)［5］通過(guò)分析二次設(shè)備典型故障類型，將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及預(yù)警技術(shù)相結(jié)合分析，提出基于二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)狀態(tài)檢修方案。文獻(xiàn)［6］建立了DTDS 模型來(lái)描述各組件在不同運(yùn)行狀況下的故障率分布模型，結(jié)合繼電保護(hù)系統(tǒng)的誤動(dòng)和拒動(dòng)特性，建立了繼電保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，以實(shí)現(xiàn)檢修策略優(yōu)化。文獻(xiàn)［7］論述了二次設(shè)備狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)方法和故障診斷過(guò)程。

基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和先進(jìn)診斷技術(shù)的狀態(tài)檢修，可以定量、正確、全面地評(píng)價(jià)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備發(fā)生故障前有計(jì)劃地安排檢修。因此，本文基于調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)及檢修決策管理系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)時(shí)的自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)信息和檢修決策信息開(kāi)展自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策。

1 自動(dòng)化設(shè)備評(píng)價(jià)指標(biāo)提取

自動(dòng)化設(shè)備故障機(jī)理分析及參數(shù)提取，是構(gòu)建自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)。分析自動(dòng)化設(shè)備的故障原因，探索其可能帶來(lái)的故障影響，研究自動(dòng)化設(shè)備故障狀態(tài)時(shí)的指標(biāo)變化，有利于構(gòu)建一個(gè)全面、準(zhǔn)確的狀態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。然而，影響變電站自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的因素多而復(fù)雜，難以全面分析所有影響因素。自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取通常應(yīng)遵循系統(tǒng)性、典型性、簡(jiǎn)明科學(xué)性、可比、可操作、可量化的原則。

為了提高指標(biāo)評(píng)價(jià)的全面性和準(zhǔn)確性，本文建立了基于設(shè)備全壽命周期的自動(dòng)化部分設(shè)備狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，如圖1 所示，包含投運(yùn)前、歷史運(yùn)行、實(shí)時(shí)運(yùn)行以及其他因素四個(gè)方面。

圖1 變電站自動(dòng)化部分設(shè)備狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系

2 自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)及檢修決策方法

2.1 設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)

本文擬從設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)、設(shè)備整體、系統(tǒng)整體三個(gè)方面進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)，使調(diào)度人員能夠更直觀、更準(zhǔn)確地了解自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行情況，大概掌握各個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行情況。所提出的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的總體流程［8］如圖2 所示，主要步驟介紹如下。

圖2 狀態(tài)評(píng)價(jià)流程圖

（1）分析故障成因，建立狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（2）參照已有的狀態(tài)指標(biāo)集，導(dǎo)入實(shí)時(shí)狀態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)，形成區(qū)間值模糊集；分析評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)的健康等級(jí)。

（3）基于區(qū)間值模糊集計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。

（4）聚合得到各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)行評(píng)估與比較。

（5）聚合得到各個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)行評(píng)估與比較。

2.2 狀態(tài)檢修決策

狀態(tài)檢修是通過(guò)狀態(tài)評(píng)價(jià)和最佳策略的選擇等多種技術(shù)手段和經(jīng)濟(jì)手段來(lái)綜合評(píng)價(jià)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，預(yù)測(cè)事態(tài)的發(fā)展，從而制定設(shè)備檢修計(jì)劃，是一個(gè)綜合性的決策過(guò)程。檢修決策即根據(jù)決策參考因素制定合理的檢修任務(wù)優(yōu)先級(jí)排序，能夠更有效地利用檢修資源以及最小化系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)與成本。

所提出的變電站自動(dòng)化設(shè)備猶豫模糊檢修優(yōu)先級(jí)決策方法的流程［9］如圖3 所示。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。

圖3 檢修決策流程圖

（1）建立變電站自動(dòng)化設(shè)備檢修任務(wù)優(yōu)先級(jí)決策指標(biāo)集，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析和量化，形成指標(biāo)值矩陣。

（2）對(duì)指標(biāo)值矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，消除各指標(biāo)量綱、類型不同對(duì)計(jì)算結(jié)果造成的影響。遵循“檢修任務(wù)負(fù)指標(biāo)值越大，優(yōu)先級(jí)越靠后；正指標(biāo)值越大，優(yōu)先級(jí)越靠前”的原則，進(jìn)行規(guī)范化處理。

（3）決策者對(duì)某個(gè)檢修任務(wù)在所有優(yōu)先級(jí)決策指標(biāo)下的可能隸屬度給出不同決策結(jié)果，得出猶豫模糊決策矩陣。

（4）考慮決策者的風(fēng)險(xiǎn)偏好態(tài)度，應(yīng)用基于猶豫模糊矩陣的指標(biāo)權(quán)重確定模型求解指標(biāo)權(quán)重矩陣。

（5）求各檢修任務(wù)的優(yōu)先級(jí)決策得分。得分越高，檢修任務(wù)的優(yōu)先級(jí)越靠前。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)部署架構(gòu)

系統(tǒng)利用變電站自動(dòng)化設(shè)備采集裝置，對(duì)變電站測(cè)控裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置等設(shè)備信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通定時(shí)采集的方式將采集信息匯集并進(jìn)行處理。采集信息通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送至省級(jí)調(diào)度主站，再通過(guò)正向隔離裝置、反向隔離裝置、防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備傳至III 區(qū)，以結(jié)構(gòu)化信息推送至自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)及檢修管理系統(tǒng)。系統(tǒng)部署如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)部署架構(gòu)

3.2 自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)模塊

系統(tǒng)定時(shí)從調(diào)度能量系統(tǒng)中采集自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行信息，應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)計(jì)算，基于區(qū)間值模糊集的無(wú)加權(quán)模糊決策算法，對(duì)變電站所有設(shè)備類型進(jìn)行區(qū)間值定義，包括正常區(qū)間最大值、正常區(qū)間最小值、異常區(qū)間最大值以及異常區(qū)間最小值。參數(shù)由自動(dòng)化專家根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定義，用于最終設(shè)備狀態(tài)的評(píng)價(jià)計(jì)算。

系統(tǒng)結(jié)合自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行信息，分別計(jì)算得出自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)得分、狀態(tài)權(quán)重及狀態(tài)比重，最終計(jì)算出自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)得分。通過(guò)與自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)的專家經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比分析，計(jì)算得出自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)果如圖5 所示。

圖5 設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)管理

通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系計(jì)算得出的自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)得分，綜合上述自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)評(píng)分的計(jì)算方式，可計(jì)算得出相應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)。

3.3 自動(dòng)化設(shè)備檢修決策管理模塊

系統(tǒng)能夠?qū)ψ詣?dòng)化設(shè)備的檢修指標(biāo)進(jìn)行量化管理，指標(biāo)主要包括檢修時(shí)間、可用性、檢修費(fèi)用、檢修資源需求度、故障概率、故障損失、檢修狀況以及狀態(tài)評(píng)價(jià)等。參數(shù)由自動(dòng)化專家根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備檢修經(jīng)驗(yàn)結(jié)合猶豫模糊矩陣進(jìn)行計(jì)算得出。

系統(tǒng)結(jié)合自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)檢修策略指標(biāo)，利用猶豫模糊矩陣相關(guān)算法，分別計(jì)算得出指標(biāo)得分、指標(biāo)歐式距離、指標(biāo)關(guān)系得分以及指標(biāo)權(quán)重等信息，最終通過(guò)指標(biāo)得分權(quán)重的分析計(jì)算，得出自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)的檢修優(yōu)先級(jí)評(píng)分。結(jié)果如圖6所示。

圖6 狀態(tài)檢修優(yōu)先級(jí)得分管理

3.4 變電站自動(dòng)化信息展示

結(jié)合變電站自動(dòng)化設(shè)備測(cè)控運(yùn)行信息、自動(dòng)化設(shè)備遠(yuǎn)動(dòng)運(yùn)行信息、自動(dòng)化設(shè)備遙信信息、自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)以及狀態(tài)檢修管理模塊相關(guān)信息，系統(tǒng)可以綜合展示變電站自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行及檢修狀態(tài)，如圖7 所示。

圖7 自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)價(jià)及檢修管理系統(tǒng)展示

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)自動(dòng)化設(shè)備健康狀態(tài)及檢修決策管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能管理，可大幅提高電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)以及監(jiān)督管理水平。狀態(tài)檢修能實(shí)現(xiàn)按需檢修，避免了檢修過(guò)度和檢修不足的問(wèn)題，不僅可以節(jié)省大量維修費(fèi)用，而且能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、提高供電可靠性、減少檢修風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究變電站自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)檢修方法，進(jìn)而在電力系統(tǒng)中推行自動(dòng)化設(shè)備狀態(tài)檢修機(jī)制，成為檢修制度發(fā)展的必然選擇。