基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備自動(dòng)故障診斷與狀態(tài)分析系統(tǒng)研究與應(yīng)用

施梁 武文斌

（國(guó)能粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司）

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的變電設(shè)備故障診斷背景和意義

電力工程作為國(guó)家支柱行業(yè)，是支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)的主要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)之一，也同樣是國(guó)家能源安全構(gòu)成的前提[1]。在其中，電力系統(tǒng)之中的變電設(shè)備飾演著重要角色，同時(shí)，它們都是智慧能源中重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵所在。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上，研究收集層、通訊層和處理層這幾個(gè)方面。針對(duì)不同數(shù)據(jù)信息，依照類型，引進(jìn)模糊理論，完成合理的結(jié)合診斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電設(shè)備故障的精確診斷。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是一種新型通信技術(shù)，已為各行各業(yè)賦予了新鮮的血液。彰顯了多方位的信息采集、快速的信息傳送及其智能化系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)的特點(diǎn)。也正是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)運(yùn)用的特征，才使得其受到各個(gè)行業(yè)的關(guān)心。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，相關(guān)的工作人員也將其運(yùn)用到了更多領(lǐng)域當(dāng)中，包括交通運(yùn)輸領(lǐng)域、裝修裝飾領(lǐng)域、衛(wèi)生醫(yī)藥領(lǐng)域、公安領(lǐng)域的各個(gè)方面，在各個(gè)方面也都得到進(jìn)步。另外，隨著研究和應(yīng)用逐步推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)逐漸被應(yīng)用于能源方面，特別是在管控方面上起到了很大效果。但是無(wú)法自主進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)方案，以及在產(chǎn)業(yè)化的推廣中遭到市場(chǎng)制約也成為進(jìn)一步研究和應(yīng)用的障礙。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的變電設(shè)備故障診斷及系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 硬件系統(tǒng)

通過(guò)系統(tǒng)的收集解決研究分析，會(huì)把輻射傳熱信息輸送到探測(cè)儀中，根據(jù)轉(zhuǎn)化器變換成電信號(hào)，輸送到CPU 中，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)的反饋及其線性化加工后，將信息輸送到中央處理器。

激光器系統(tǒng)具備集中化，可以利用紅外線探測(cè)器精確測(cè)量長(zhǎng)距離目標(biāo)，在精確測(cè)量的過(guò)程當(dāng)中，能夠精準(zhǔn)地定位，根據(jù)前置放大器、過(guò)濾器、積分器及其線性化電源電路來(lái)完成對(duì)信號(hào)的功率解決，將激光輻射數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)。

中央處理器是系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分，微控制器的應(yīng)用中，通常采用PC/104 控制模塊，具備體型小、作用強(qiáng)及其輸出功率劣等特性，顯示屏選用真彩平板電腦，具有很高的性能指標(biāo)。根據(jù)硬件配置系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)收集整理和儲(chǔ)存。

3.2 軟件系統(tǒng)

在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)里，主要包括記錄和診斷系統(tǒng)軟件，記錄操作系統(tǒng)是于CPU 開展通信的軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)收集整理和儲(chǔ)存，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中。診斷操作系統(tǒng)是對(duì)數(shù)據(jù)收集整理和邏輯推理，制定診斷作用，進(jìn)而制訂科學(xué)合理的維修計(jì)劃。

診斷系統(tǒng)軟件主要是由知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)和規(guī)則庫(kù)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)方式由BNF 表明，規(guī)則庫(kù)是由故障樹的形式進(jìn)行表明，能夠表述相關(guān)行業(yè)專業(yè)知識(shí)。

數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括動(dòng)態(tài)性和靜態(tài)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)性數(shù)據(jù)庫(kù)就是用來(lái)診斷的信息，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)是權(quán)威專家邏輯推理信息，根據(jù)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

在軟件開發(fā)中，權(quán)威專家手機(jī)軟件是根據(jù)混合邏輯推理的形式進(jìn)行診斷，其主要包括線上診斷及線下診斷兩種方式，線上診斷方法是由實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)間處理剖析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障診斷，線下診斷方式就是運(yùn)用人機(jī)交互界面，完成對(duì)故障診斷。在設(shè)備的設(shè)計(jì)里，硬件系統(tǒng)與系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)不可或缺的一部分，二者一同進(jìn)行全面的檢測(cè)與診斷。

3.3 整體框架設(shè)計(jì)方案

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，信息采集層主要是面向變電設(shè)備開展全面的信號(hào)收集工作，之后還要針對(duì)采集到的信息進(jìn)行分析工作狀態(tài)、指標(biāo)、功能、外部環(huán)境條件、內(nèi)部條件等等。通訊層主要從事任務(wù)是將采集層上已采集到的信息通過(guò)開展安全性，快速地傳播到整個(gè)信息服務(wù)體系之中。也就是說(shuō)，在CAN 總線上就需要將信息經(jīng)過(guò)檢測(cè)主IED，并傳送到相對(duì)應(yīng)的信息平臺(tái)管理系統(tǒng)當(dāng)中[2]。管理層方面包括信息平臺(tái)管理和系統(tǒng)故障診兩個(gè)方面。最關(guān)鍵的工作任務(wù)就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并記錄，然后再加以修正。那樣才能夠在與信息結(jié)合的前提下，對(duì)變電設(shè)備常見(jiàn)故障做出更全面、準(zhǔn)確的檢測(cè)[3]。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備自動(dòng)故障診斷與狀態(tài)分析的具體應(yīng)用

4.1 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中獲得智能化能源管控平臺(tái)認(rèn)知拓寬層構(gòu)架

感知層主要是利用認(rèn)知技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的收集和識(shí)別工作，然后再利用中短路線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)所收集信號(hào)的獲取和變換工作，各負(fù)責(zé)人在構(gòu)架的建設(shè)過(guò)程當(dāng)中還可以利用智能電能表、工作溫度監(jiān)測(cè)傳感器等，進(jìn)一步提升感知層人員針對(duì)信息采集與生產(chǎn)調(diào)度方面的綜合素養(yǎng)。

4.2 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中獲得智能化能源管控平臺(tái)傳輸層的構(gòu)架

信息傳送是傳輸層關(guān)鍵的工作任務(wù)，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，工作員根據(jù)傳輸層將數(shù)據(jù)信息從工業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)轉(zhuǎn)到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，隨后檢測(cè)進(jìn)行的信息就可以根據(jù)感應(yīng)器抵達(dá)數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)總站，可以實(shí)現(xiàn)這一遠(yuǎn)程傳輸工作，在智能化能源管控平臺(tái)中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)通。

4.3 在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中獲得智能化能源管控平臺(tái)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層的構(gòu)架

分析員主要是利用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層對(duì)收集、傳輸以后數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理、分類，例如可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性的檢測(cè)，隨后乃至能夠進(jìn)行對(duì)環(huán)境情況的監(jiān)測(cè)等，各負(fù)責(zé)人可以利用該層有效地向信息系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和管理，增強(qiáng)監(jiān)控能力。

4.4 系統(tǒng)和基本信息管理方法設(shè)計(jì)

工作人員必須在運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)，在其中必須完成對(duì)客戶、管理決策與資源的監(jiān)管，基本信息管理方法則包含能源分組管理、信息管理方法、計(jì)量點(diǎn)管理方法、機(jī)器設(shè)備信息管理及收集項(xiàng)管理方法五個(gè)具體內(nèi)容。

4.5 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝管理與能源檢測(cè)設(shè)計(jì)

產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)制造工藝信息監(jiān)督是產(chǎn)品生產(chǎn)工藝管理方法主要內(nèi)容，與此同時(shí)，相關(guān)負(fù)責(zé)人在開展能源檢驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)必須實(shí)現(xiàn)用電網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)的工作，此外，工作人員還要展開能源優(yōu)化管理、能源供用電體系等多方面設(shè)計(jì)方案。

4.6 變電設(shè)備故障診斷信息解決與結(jié)合

從信息類型剖析來(lái)看，變電設(shè)備產(chǎn)生故障的影響因素分成好幾種，主要包含了運(yùn)作信息與歷史信息、預(yù)實(shí)驗(yàn)信息等不同的種類。隨后也可以根據(jù)變電設(shè)備運(yùn)作信息進(jìn)行分辨故障確診，然后通過(guò)部署，完成信息的傳送。再根據(jù)預(yù)防性試驗(yàn)信息開展實(shí)驗(yàn)，提高過(guò)程的準(zhǔn)確性與可靠性。主要內(nèi)容是：性能參數(shù)與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)、維修、出廠檢驗(yàn)、故障信息等。

4.7 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在線展開設(shè)備故障診斷

變電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中往往具有極為復(fù)雜且不確定的內(nèi)容，因此在變電設(shè)備故障診斷過(guò)程中，有效應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)，也就需要重視設(shè)備挖掘流程方面的應(yīng)用，如此才能確保所獲得的設(shè)備信息數(shù)據(jù)能夠更具準(zhǔn)確性以及時(shí)效性。相關(guān)電力部門工作人員應(yīng)當(dāng)要清楚認(rèn)識(shí)到變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在其中有效收集基礎(chǔ)信息與設(shè)備缺陷信息。需要注意的一點(diǎn)問(wèn)題是，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)容之一主要是關(guān)聯(lián)規(guī)則，它所起到的作用主要是及時(shí)統(tǒng)計(jì)以及分析自身潛在規(guī)律，進(jìn)而獲取到科學(xué)化的關(guān)聯(lián)規(guī)則流程?？茖W(xué)應(yīng)用關(guān)聯(lián)原則將會(huì)最大限度提升數(shù)據(jù)挖掘的準(zhǔn)確度，在整個(gè)數(shù)據(jù)挖掘流程當(dāng)中，都需要將其作為關(guān)鍵技術(shù)來(lái)看。除此之外，還需要進(jìn)一步利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)刪減其中不確定數(shù)據(jù)資料，保存確定的數(shù)據(jù)資料，有效根據(jù)變電設(shè)備的特點(diǎn)與類型，制定合理有針對(duì)性的關(guān)聯(lián)規(guī)則，從而在探索變電設(shè)備故障流程的過(guò)程中，為有關(guān)設(shè)備診斷維修工作人員提供方便，以確保變電設(shè)備的故障診斷效果。由此可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下開展的在線設(shè)備故障診斷工作，的確能夠起到較為重要的作用。

4.8 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

這類智能化診斷全面的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾種方面：

1）給出了一種新式核心理念，能夠?qū)崿F(xiàn)多協(xié)議適配，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，相互配合獲取多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的方式，能完成對(duì)變電設(shè)備情況的全方位、詳細(xì)分析，在此方法的前提下，構(gòu)建故障指紋識(shí)別編號(hào)庫(kù)，為故障的診斷提供參考，給出了缺點(diǎn)診斷決策樹和算法基礎(chǔ)理論，能夠?qū)ψ冸娫O(shè)備情況開展數(shù)據(jù)分析，而且進(jìn)行迅速故障診斷及其故障事先預(yù)警信息等工作。

2）打造了一種綜合型服務(wù)平臺(tái)，這類網(wǎng)站是在高電壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性的前提下構(gòu)建而成，同時(shí)也要參照機(jī)器設(shè)備故障特點(diǎn)，進(jìn)而打造診斷綜合平臺(tái)，不但診斷作用比較完善，還能夠完成線上診斷，故障診斷的效率更高。同時(shí)配合使用故障診斷設(shè)備，該診斷設(shè)備具備模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并可以通電組裝，使故障診斷效率更高，完成了故障迅速診斷。

3）在聲表面波技術(shù)的前提下研制出配變溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)和磁控的油量監(jiān)測(cè)方式，在開展油量與溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，必須配合使用感應(yīng)器，采用嵌入式安裝的辦法，能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣參數(shù)信息的一體化監(jiān)測(cè)，能夠很大程度提升監(jiān)測(cè)效率，進(jìn)行綜合在線監(jiān)測(cè)，人力巡查效率差等難題可以及時(shí)解決，提升了監(jiān)測(cè)的科學(xué)依據(jù)與穩(wěn)定性。

5 朗坤 LioS 設(shè)備健康管理軟件系統(tǒng)介紹

朗坤 LioS 設(shè)備健康管理軟件系統(tǒng)選用自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)和集中化管理機(jī)制，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)、輸氣和耗費(fèi)階段推行集中化扁平化設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，檢測(cè)企業(yè)電、水、天然氣、蒸氣及空氣壓縮等各種能源的耗費(fèi)情況，利用大數(shù)據(jù)、發(fā)掘和變化趨勢(shì)。

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 運(yùn)用場(chǎng)地

鋼材、石油化工、冶金工業(yè)、稀有金屬、開采、藥業(yè)、混凝土、煤炭、貨運(yùn)物流、鐵路線、航天工業(yè)、木料、化工原料及其機(jī)械設(shè)備、家電產(chǎn)品、安全工器具生產(chǎn)制造等。

5.3 系統(tǒng)的功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)企業(yè)各定位點(diǎn)的能源應(yīng)用、警報(bào)等情況實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。便于企業(yè)客戶可以實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)位置的運(yùn)行情況，與此同時(shí)能夠更加迅速合理的把握定位點(diǎn)的警報(bào)。

（2）變電器監(jiān)管

展現(xiàn)各變壓器的負(fù)荷情況，進(jìn)而能夠?yàn)樽冸娖髋渲们闆r開展合理的整體規(guī)劃。通過(guò)一些控制參數(shù)狀況下用電量效率的數(shù)據(jù)分析，找到較好運(yùn)作模式。依據(jù)較好運(yùn)作模式調(diào)節(jié)負(fù)荷，從而減少用電量料耗，使電磁能損害減少。

（3）用能統(tǒng)計(jì)分析

從能源應(yīng)用類型、檢測(cè)地區(qū)、生產(chǎn)工藝流程/工段時(shí)長(zhǎng)、分項(xiàng)目等層面，選用曲線圖、餅狀圖、條形圖、積累圖、數(shù)字表的方式對(duì)企業(yè)用能統(tǒng)計(jì)分析、同期相比、同比剖析、工作實(shí)績(jī)剖析，折標(biāo)比照、單位產(chǎn)品能耗、企業(yè)年產(chǎn)值能耗統(tǒng)計(jì)分析，找到能源使用中的缺陷和不科學(xué)地區(qū)，進(jìn)而調(diào)節(jié)能源分派對(duì)策，降低能源使用中的消耗。

（4）運(yùn)行監(jiān)測(cè)

對(duì)系統(tǒng)區(qū)域、工段、機(jī)器設(shè)備資源耗費(fèi)進(jìn)行信息采集，監(jiān)測(cè)關(guān)鍵及設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行狀況，包括溫度、環(huán)境濕度、總流率、運(yùn)行壓力、速度等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變配電設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)?？梢灾苯訌陌踩O(jiān)測(cè)平面設(shè)計(jì)圖瀏覽到所的管理能耗數(shù)據(jù)信息，適用按能源類型、生產(chǎn)車間、工段、時(shí)間等層面查看有關(guān)能源使用量。

（5）監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

通過(guò)檢測(cè)裝置和生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障、信息異常、預(yù)算定額超過(guò)上限、工藝參數(shù)出現(xiàn)異常越限、設(shè)備異常等問(wèn)題開展預(yù)警，提醒客戶注意并找好問(wèn)題，并建立預(yù)警日志。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的變電器設(shè)備故障診斷實(shí)驗(yàn)中，必須在模糊基礎(chǔ)理論的形式結(jié)合下，對(duì)變電器設(shè)備故障診斷開展高效的信息挖掘，來(lái)進(jìn)一步提升變電器設(shè)備故障診斷的精確性與實(shí)用性。確保供電系統(tǒng)的安全性、平穩(wěn)運(yùn)作。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所提供的全方位的前兆信息內(nèi)容，降低診斷的不確定性，提升診斷的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。主要是針對(duì)部分常見(jiàn)故障開展診斷，相對(duì)來(lái)說(shuō)缺乏全面性，尚需進(jìn)一步深層次發(fā)展[4]。