基于大數(shù)據(jù)分析的電力變電站故障診斷與維護(hù)策略研究

陸郁強(qiáng)

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宜興市供電分公司)

0 引言

為了滿足近年來社會(huì)發(fā)展帶來的大量用電需求,我國不斷推進(jìn)電力體制改革。在此背景下, 我國電網(wǎng)系統(tǒng)中變電站數(shù)量越來越多, 為電力變電站的故障診斷和維護(hù)工作帶來了一定的難度。電力變電站的穩(wěn)定運(yùn)行對電力系統(tǒng)有著重要影響, 為了提高變電站故障診斷的效率, 做好變電站運(yùn)行維護(hù)工作, 必須要?jiǎng)?chuàng)新變電站的管理方式, 積極應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 進(jìn)一步推動(dòng)變電站的高效、穩(wěn)定運(yùn)行, 為社會(huì)生產(chǎn)和生活的有序進(jìn)行提供保障。

1 電力變電站和大數(shù)據(jù)分析

電力變電站是我國電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分,直接關(guān)系著電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。近年來變電站的數(shù)量逐年增加, 變電站的故障診斷工作和維護(hù)工作的復(fù)雜度也越來越高。傳統(tǒng)的變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)雖然可以在一定程度上利用視頻監(jiān)控和報(bào)警機(jī)制對變電站設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)督, 但由于缺乏與各個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系以及對相關(guān)信息的深入分析, 變電站的運(yùn)維人員在進(jìn)行巡查時(shí)不能及時(shí)、全面地發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的缺陷, 為變電站的后期工作的開展留下安全隱患[1]。

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用, 能進(jìn)一步優(yōu)化原有的視頻監(jiān)控方式, 利用一定的算法與核心技術(shù)使故障檢測系統(tǒng)能主動(dòng)對所監(jiān)測到的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 使變電站的故障診斷工作更為深入, 形成更為科學(xué)、智能的變電站故障監(jiān)控體系統(tǒng)。此外, 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對相關(guān)的設(shè)備狀況等運(yùn)行信息進(jìn)行分析, 能預(yù)測設(shè)備的運(yùn)行趨勢, 對設(shè)備在運(yùn)行過程中即將發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判。最后, 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還能自動(dòng)生成故障檢修報(bào)告, 減少了人工故障檢修中的失誤率, 提高變電站故障診斷和維護(hù)的效率。

2 傳統(tǒng)的故障診斷方式

變電站的建設(shè)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜, 其中包含著數(shù)量繁瑣的變電站設(shè)備, 在長期的負(fù)荷下運(yùn)作下, 設(shè)備難免會(huì)產(chǎn)生一系列的故障。如果缺乏科學(xué)的診斷和維護(hù)方式, 必將會(huì)對變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的影響。傳統(tǒng)的變電站設(shè)備故障診斷方法有比較法和綜合法兩種(如表1)。

3 大數(shù)據(jù)分析下的變電站故障診斷

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為變電站的故障診斷帶來了極大的變革, 有效地克服了傳統(tǒng)的設(shè)備故障診斷的缺陷,使故障診斷的結(jié)果更精準(zhǔn)、更及時(shí)、更全面[2]。一般來講, 當(dāng)前的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)下的最主要的變電站故障診斷方式有以下幾種。

3.1 診斷儲(chǔ)能電機(jī)故障并實(shí)現(xiàn)地自動(dòng)預(yù)警開關(guān)等功能

在診斷變電站設(shè)備, 評估變電站設(shè)備運(yùn)行狀況時(shí), 大數(shù)據(jù)及時(shí)可以根據(jù)斷路器儲(chǔ)能電機(jī)等的運(yùn)行規(guī)律和次數(shù)等數(shù)據(jù)對儲(chǔ)能電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷, 如果出現(xiàn)運(yùn)行故障, 系統(tǒng)將會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警。同時(shí), 應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)還能建立設(shè)備運(yùn)行資料庫, 在資料庫中錄入設(shè)備的相應(yīng)資料如斷路器儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)類型、變電溫度、運(yùn)行時(shí)間等, 大數(shù)據(jù)技術(shù)通過對相應(yīng)資料的分析和收集, 能通過儲(chǔ)能電機(jī)的啟動(dòng)情況分析斷路器出現(xiàn)故障的可能性, 同時(shí)利用提前設(shè)置好的自動(dòng)報(bào)警限值實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警功能。

3.2 對變電站的測控裝置進(jìn)行預(yù)警

變電站中最容易出現(xiàn)故障問題的是變電設(shè)備的遙測信息系統(tǒng)。遙測信息系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了收集變電站在運(yùn)行中的一系列設(shè)施設(shè)備信息, 是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能的重要技術(shù)保障。受到技術(shù)條件和運(yùn)行環(huán)境的影響, 變電站中的遙測信息系統(tǒng)極易出現(xiàn)死機(jī)的狀況, 對變電站的穩(wěn)定性帶來極大的影響。同時(shí)由于變電站中的數(shù)據(jù)信息復(fù)雜, 運(yùn)維工作人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀況, 為變電站的運(yùn)行帶來安全隱患。合理應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 能對遙測信息系統(tǒng)死機(jī)故障跟進(jìn)行及時(shí)診斷, 并采取一定的措施對故障進(jìn)行干預(yù)和解決[3]。

大數(shù)據(jù)分析及時(shí)診斷變電站測控裝置時(shí)主要是基于電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的平衡性, 對資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行逐層搜索, 即對不同電壓等級區(qū)域的母線和主變動(dòng)功率的平衡進(jìn)行分層運(yùn)算, 隨后利用線路輸配功率的平衡預(yù)計(jì)雙回線負(fù)荷平衡的原理, 找出出現(xiàn)故障的設(shè)施設(shè)備。通過這一系列的操作, 能盡快診斷出變電設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常情況, 確定出故障出現(xiàn)的準(zhǔn)確位置并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信息。也就是說, 在診斷變電站測控裝置故障時(shí), 利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 能盡快找出變電站中相應(yīng)測控裝置發(fā)生死機(jī)問題的原因, 同時(shí)采集和傳輸相關(guān)信息, 對故障問題進(jìn)行預(yù)警。

3.3 及時(shí)發(fā)現(xiàn)CVT 電壓故障

CVT 電壓三線故障在變電站設(shè)備運(yùn)行過程中極易出現(xiàn)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 還能對變電站中的CVT 電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟進(jìn), 及時(shí)對相關(guān)問題進(jìn)行診斷。在這一環(huán)節(jié)應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 首先必須要對PMS 系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 從中找出CVT 電壓在出現(xiàn)異常時(shí)產(chǎn)生的相應(yīng)數(shù)據(jù)(如圖1), 以該組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析CVT 電壓出現(xiàn)故障的主要原因。隨后將該組信息納入大數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)庫中, 結(jié)合歷史故障資料, 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)快速診斷出相應(yīng)故障。最后通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的對比分析, 對CVT 電壓進(jìn)行精準(zhǔn)警告。

圖1 PMS 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析

4 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)下電力變電站維護(hù)策略

4.1 運(yùn)維策略的算法和策略評價(jià)模型的構(gòu)建

變電站中的運(yùn)維數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量內(nèi)容多、種類復(fù)雜, 其中包括了變電站在運(yùn)行過程中方方面面的數(shù)據(jù)如運(yùn)維人員的任務(wù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。為了有針對性地滿足運(yùn)維人員對多個(gè)服務(wù)數(shù)據(jù)的需要, 幫助運(yùn)維人員做好運(yùn)維工作, 必須拓展運(yùn)維數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)功能, 保證運(yùn)維中心數(shù)據(jù)能夠得到充分的利用, 進(jìn)而提高數(shù)據(jù)運(yùn)用中心的系統(tǒng)綜合性功能[4]。對此, 變電站必須要充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 結(jié)合數(shù)據(jù)運(yùn)維中心的運(yùn)行特點(diǎn), 研究出合適的QOS 方案, 在方案中嚴(yán)格設(shè)置可靠性、實(shí)踐、優(yōu)先級、安全性等參數(shù), 同時(shí)應(yīng)用效能函數(shù)對QIS 進(jìn)行轉(zhuǎn)化, 為運(yùn)維中心數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況提供科學(xué)的評估標(biāo)準(zhǔn)。也就是說, 要想更好地做好變電站故障診斷和維護(hù)工作, 還需要建立多層次的策略評價(jià)模型結(jié)構(gòu)(如表2)。

表2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)下變電站故障診斷和維護(hù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

4.2 多角度進(jìn)行故障診斷與維護(hù)

運(yùn)維人員在進(jìn)行變電站的日常檢修工作時(shí), 往往會(huì)對檢修對進(jìn)行全方位、多層次的觀察, 并且通過一定的操作測試檢修對象是否存在潛藏的故障問題。然而當(dāng)前大多變電站的攝像機(jī)只能單一、片面地對檢修對象進(jìn)行觀測, 利用攝像機(jī)拍攝的圖片缺乏立體感,不利于檢修人員對故障的觀測。要想全面、科學(xué)地對檢測對象進(jìn)行觀測, 更好地診斷出檢測對象存在的問題, 必須要使畫面更具真實(shí)感, 從多個(gè)角度反饋檢測對象的現(xiàn)狀[5]。為了達(dá)到這一目的, 首先需要利用多個(gè)相機(jī)對同一檢測對象進(jìn)行多角度的畫面收集, 隨后, 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將畫面進(jìn)行整合, 展示出出利于觀察的、多角度的檢測對象, 進(jìn)一步保證了故障診斷的科學(xué)性, 從而方便運(yùn)維人員及時(shí)開展維護(hù)工作。

4.3 智能分析圖像

利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對變電站的設(shè)施設(shè)備故障進(jìn)行檢修, 必不可少的環(huán)節(jié)就是對圖像的智能分析功能。智能分析圖像功能能夠?qū)x表、隔離開關(guān)、斷路器、高壓開關(guān)進(jìn)行智能分析, 并快速得出分析結(jié)果。這一過程涉及了多個(gè)科學(xué)理論, 是一項(xiàng)較為復(fù)雜的功能(如圖2)。在檢測中首先需要應(yīng)用到相應(yīng)的檢測系統(tǒng), 檢測出相關(guān)裝置如儀表讀數(shù)、隔離開關(guān)、斷路器、高壓開關(guān)等的實(shí)際狀態(tài), 隨后利用高魯棒性的理念對場景和狀況建立分析模型, 再應(yīng)用混合高斯和運(yùn)動(dòng)差分算法對相應(yīng)的圖像進(jìn)行分析, 通過分析結(jié)果對變電站中的儀器和開關(guān)進(jìn)行檢測[6]。在變電站的運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)智能分析圖像的過程, 實(shí)質(zhì)上就是利用大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)變電站智能化的過程, 進(jìn)一步加快了變電站的發(fā)展進(jìn)程, 促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步。

圖2 智能分析圖像功能建立

5 結(jié)束語

變電站是電力系統(tǒng)為國民供電的重要組成部分。為了保證電力系統(tǒng)供電的安全穩(wěn)定性, 首先需要維持變電站的穩(wěn)定性。變電站中的設(shè)備由于高壓帶電, 傳統(tǒng)的人工故障診斷方式危險(xiǎn)性極大。科學(xué)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 能在變電站中建立智能化的故障診斷方式, 豐富故障診斷手段, 極大地提高了變電站故障診斷工作的安全性與全面性, 同時(shí)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù), 還能在設(shè)備運(yùn)行過程對故障進(jìn)行預(yù)警和修復(fù), 及時(shí)消除安全隱患, 極大地提高了變電站的維護(hù)效率。