電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的檢修技術(shù)優(yōu)化研究

關(guān)帥麟

（廣州市自來(lái)水有限公司，廣州 510000）

電氣設(shè)備的檢修是確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行和可靠供電的重要環(huán)節(jié)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電氣設(shè)備可能會(huì)受到磨損、老化、環(huán)境因素或其他因素的影響，導(dǎo)致設(shè)備故障和損壞的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，定期進(jìn)行電氣設(shè)備的檢修和維護(hù)必不可少。電氣設(shè)備的檢修不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在問(wèn)題和故障，修復(fù)損壞部件，還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和調(diào)優(yōu)，確保其性能達(dá)到預(yù)期要求。通過(guò)檢修，可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少計(jì)劃外停電時(shí)間，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 傳統(tǒng)檢修技術(shù)分析

傳統(tǒng)的電氣設(shè)備檢修技術(shù)存在一些局限性。首先，傳統(tǒng)的檢修技術(shù)通常依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員進(jìn)行判斷和維修決策，這使得檢修結(jié)果容易受到個(gè)體差異和主觀因素的影響，缺乏科學(xué)性和一致性。其次，傳統(tǒng)的電氣設(shè)備檢修往往需要計(jì)劃性停電或突發(fā)停電，導(dǎo)致停電時(shí)間較長(zhǎng)，給用戶帶來(lái)不便，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定風(fēng)險(xiǎn)。最后，傳統(tǒng)的檢修方法主要依靠定期巡檢和故障發(fā)生后的維修，往往無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，容易導(dǎo)致事故發(fā)生和故障擴(kuò)大。

2 設(shè)備狀態(tài)檢修與狀態(tài)檢查

2.1 設(shè)備狀態(tài)檢修

設(shè)備狀態(tài)檢修，也被稱(chēng)為預(yù)測(cè)維護(hù)，是通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，以確定是否需要維修。在進(jìn)行狀態(tài)檢修時(shí)，首先需要監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行故障診斷，并制訂相應(yīng)的維修計(jì)劃。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是進(jìn)行狀態(tài)檢修的前提，而故障診斷則依賴(lài)于對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析。狀態(tài)檢修是指通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和診斷，以合理規(guī)劃維護(hù)周期，并確定目標(biāo)維護(hù)方式的過(guò)程，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障診斷和維修決策3 個(gè)層次[1]。在狀態(tài)檢修中，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵的基礎(chǔ)，它利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等多種方法，通過(guò)分析設(shè)備運(yùn)行狀況來(lái)評(píng)估設(shè)備的健康狀況。通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而采取相應(yīng)的維護(hù)措施，以降低設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，并提高設(shè)備的可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命。狀態(tài)檢修系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 狀態(tài)檢修系統(tǒng)

2.2 設(shè)備狀態(tài)檢查

電氣設(shè)備的狀態(tài)檢查是確保電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，包括外觀檢查、接線端子檢查、電氣元件檢查和功能性檢查。第一，外觀檢查主要檢查電氣設(shè)備表面是否存在損壞、破損或異物堆積等情況。第二，接線端子檢查要確保連接牢固、無(wú)松動(dòng)，且無(wú)銹蝕、漏電等現(xiàn)象。第三，電氣元件檢查，主要檢查開(kāi)關(guān)、插座、斷路器、熔斷器等元件是否正常工作，是否有過(guò)熱、漏電等問(wèn)題。同時(shí)，需要檢查電源線和電纜的磨損、老化情況，以免造成安全隱患。第四，功能性檢查主要通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行必要的操作，檢驗(yàn)其正常工作狀態(tài)，如開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否靈活、電氣設(shè)備的響應(yīng)是否正常等。電氣設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)通過(guò)分析設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)，結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測(cè)和自診斷技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確評(píng)估設(shè)備的狀態(tài)[2]。這種方法可以有效降低設(shè)備的重要性試驗(yàn)以及排除隱患的難度，其算法模圖如圖2 所示。

圖2 設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)算法模圖

3 電力系統(tǒng)電氣設(shè)備檢修技術(shù)的優(yōu)化策略

3.1 使用智能化檢修技術(shù)

3.1.1 數(shù)據(jù)采集與分析方法

為了有效監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，需要采集多種數(shù)據(jù)指標(biāo)，如溫度、電流、振動(dòng)和氣體濃度等。傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析。結(jié)合云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對(duì)龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。常用的數(shù)據(jù)分析方法包括統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等。

3.1.2 健康狀況判斷與故障預(yù)測(cè)

基于采集到的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)判斷和評(píng)估設(shè)備健康狀況來(lái)預(yù)測(cè)可能的故障。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備特征，可以建立故障預(yù)測(cè)模型，使用數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化。常用的故障預(yù)測(cè)方法包括基于統(tǒng)計(jì)的方法、基于參數(shù)模型的方法和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法。其中，參數(shù)模型通過(guò)分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與其健康狀況之間的關(guān)系來(lái)建立。常用的參數(shù)模型是故障分布函數(shù)（Failure Distribution Function，F(xiàn)DF）模型，該模型基于設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的分布函數(shù)，使用設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)未來(lái)故障的概率。具體來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DF模型假設(shè)設(shè)備的運(yùn)行壽命滿足某種特定的概率分布函數(shù)。故障預(yù)測(cè)概率可以使用威布爾故障模型進(jìn)行計(jì)算，其表達(dá)式為

式中：F(t)為時(shí)間t內(nèi)發(fā)生故障的概率；λ為尺度參數(shù)；β為形狀參數(shù)。通過(guò)分析設(shè)備的歷史故障數(shù)據(jù)，可以利用參數(shù)估計(jì)方法估算λ和β的值，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)特定時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障的概率。

3.1.3 無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)

無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)在電氣設(shè)備檢修中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，具有高效快速、安全可靠、智能分析、數(shù)據(jù)記錄與管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的人工巡檢方式相比，無(wú)人機(jī)巡檢能夠在較短時(shí)間內(nèi)覆蓋較大面積，避免人員接觸高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境，提高巡檢效率和安全性。結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)，無(wú)人機(jī)可以智能分析設(shè)備表面的異常情況，輔助故障診斷和預(yù)測(cè)。此外，無(wú)人機(jī)巡檢生成的數(shù)據(jù)可以與關(guān)鍵信息一起記錄和存儲(chǔ)，建立設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和故障診斷提供依據(jù)。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)反饋，維護(hù)人員可以快速獲取設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)采取維修和維護(hù)措施。

3.1.4 制訂數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的維護(hù)計(jì)劃

首先，需要采集并記錄設(shè)備數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、歷史故障記錄、保養(yǎng)記錄等。通過(guò)建立設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄庫(kù)，可以獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和歷史信息，為制訂維護(hù)計(jì)劃提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其次，通過(guò)分析和挖掘設(shè)備數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障模式和趨勢(shì)，識(shí)別潛在的故障預(yù)警信號(hào)。最后，利用統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，可以從數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵特征和模式，建立故障診斷和預(yù)測(cè)模型。常見(jiàn)的故障診斷和預(yù)測(cè)模型包括支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)森林等。

SVM 的模型公式可以表示為

式中：x為輸入特征向量；w為決策邊界的法向量；b為偏置項(xiàng)；sign()為符號(hào)函數(shù)。故障分類(lèi)結(jié)果取決于f(x)的正負(fù)符號(hào)。通過(guò)引入松弛變量和約束條件，可以得到SVM 的模型的優(yōu)化公式，即

式中：C為正則化參數(shù)，控制模型的泛化能力和過(guò)擬合程度；xi表示輸入樣本向量；ξi為松弛變量，允許一些樣本被錯(cuò)誤分類(lèi)或者落入間隔帶。

深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Deep Neural Networks，DNN）公式可以表示為

式中：l為第l層；Z(l)為第l層的加權(quán)輸入；A(l)為第l層的激活輸出；W(l)為第l層的權(quán)重矩陣；b(l)為第l層的偏置向量；A(l-l)為第l-l層的激活輸出；g(·)為激活函數(shù)。

具體數(shù)字模型為維護(hù)計(jì)劃制訂提供了科學(xué)依據(jù)。在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，可以制訂基于數(shù)據(jù)分析的維護(hù)計(jì)劃。維護(hù)計(jì)劃包括預(yù)防性維護(hù)、定期檢修、計(jì)劃更換等，旨在最大限度減少設(shè)備故障和停機(jī)時(shí)間[3]。通過(guò)考慮設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障模式和預(yù)警信號(hào)等因素，可以制訂出針對(duì)性和有效性的維護(hù)計(jì)劃。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的維護(hù)計(jì)劃制訂是一個(gè)不斷改進(jìn)和優(yōu)化的過(guò)程，通過(guò)不斷收集和分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，可以不斷提高維護(hù)計(jì)劃的準(zhǔn)確性和有效性，降低維護(hù)成本和設(shè)備故障造成的影響。

3.2 優(yōu)化維護(hù)成本

首先，進(jìn)行故障模式與失效率分析。通過(guò)收集和分析設(shè)備的故障數(shù)據(jù)，可以識(shí)別出常見(jiàn)的故障模式和故障率高的組件。針對(duì)這些問(wèn)題，制訂相應(yīng)的預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃，以減少設(shè)備故障和停機(jī)時(shí)間。例如，如果分析表明某個(gè)部件在特定時(shí)間段內(nèi)的失效率顯著增加，可以采取提前更換或定期檢修的措施，以避免故障發(fā)生。其次，制訂合理的設(shè)備維護(hù)計(jì)劃。根據(jù)設(shè)備的重要性和使用情況，制訂不同級(jí)別的維護(hù)計(jì)劃，包括預(yù)防性維護(hù)、定期檢修和緊急維修等。預(yù)防性維護(hù)可以根據(jù)設(shè)備制造商的建議或經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定，定期檢修可以根據(jù)設(shè)備的工作時(shí)長(zhǎng)、使用環(huán)境和歷史故障數(shù)據(jù)等因素來(lái)確定。合理的維護(hù)計(jì)劃可以提高設(shè)備的可靠性和可用性，降低維修成本和停機(jī)時(shí)間[4-5]。再次，優(yōu)化備件管理與庫(kù)存控制是降低維護(hù)成本的關(guān)鍵。根據(jù)設(shè)備故障模式和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行備件需求預(yù)測(cè)，避免過(guò)多或過(guò)少地采購(gòu)備件。最后，建立合理的備件庫(kù)存控制機(jī)制，包括優(yōu)化庫(kù)存水平、設(shè)定庫(kù)存警戒值和提高備件周轉(zhuǎn)率等。合理管理備件庫(kù)存可以降低庫(kù)存成本和占用的存儲(chǔ)空間，確保及時(shí)供應(yīng)所需備件，提高設(shè)備維修的效率和靈活性。

4 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的檢修技術(shù)優(yōu)化研究對(duì)于提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。通過(guò)使用現(xiàn)代化的檢修技術(shù)和工具，結(jié)合智能化的檢修策略，可以提高檢修效率，減少停電時(shí)間，降低維護(hù)成本，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定供電。