自動化設備健康狀態評價和檢修決策及其系統實現

李 龍，曹 楠

（國網湖南省電力有限公司，湖南 長沙 410004）

0 引言

自動化設備的運行狀態分析，是保障電力系統安全、經濟運行，開展自動化設備狀態檢修的基礎［1-2］。隨著電力系統自動化程度的提高，電網的安全運行、調度等對自動化設備的依賴程度越來越大。然而，目前的故障檢修以及無評估的計劃檢修方式往往導致維修不足或維修過剩，既浪費了大量的人力、物力，也影響了設備的穩定運行和可用率，已經不能滿足新的電網運行需求［3-4］。

目前，許多專家和學者也針對二次設備狀態檢修進行了探索性的研究。文獻［5］通過分析二次設備典型故障類型，將在線監測數據與設備運行狀態以及預警技術相結合分析，提出基于二次設備在線監測技術狀態檢修方案。文獻［6］建立了DTDS 模型來描述各組件在不同運行狀況下的故障率分布模型，結合繼電保護系統的誤動和拒動特性，建立了繼電保護系統的風險評估模型，以實現檢修策略優化。文獻［7］論述了二次設備狀態檢修的實現方法和故障診斷過程。

基于設備狀態監測和先進診斷技術的狀態檢修，可以定量、正確、全面地評價自動化設備的運行狀態，在設備發生故障前有計劃地安排檢修。因此，本文基于調度運行管理系統開發自動化設備健康狀態及檢修決策管理系統，結合實時的自動化設備狀態指標信息和檢修決策信息開展自動化設備狀態檢修輔助決策。

1 自動化設備評價指標提取

自動化設備故障機理分析及參數提取，是構建自動化設備狀態評價指標的基礎。分析自動化設備的故障原因，探索其可能帶來的故障影響，研究自動化設備故障狀態時的指標變化，有利于構建一個全面、準確的狀態指標評價體系。然而，影響變電站自動化設備運行狀態的因素多而復雜，難以全面分析所有影響因素。自動化設備狀態評價指標的選取通常應遵循系統性、典型性、簡明科學性、可比、可操作、可量化的原則。

為了提高指標評價的全面性和準確性，本文建立了基于設備全壽命周期的自動化部分設備狀態評估指標體系，如圖1 所示，包含投運前、歷史運行、實時運行以及其他因素四個方面。

圖1 變電站自動化部分設備狀態評估指標體系

2 自動化設備健康狀態評價及檢修決策方法

2.1 設備健康狀態評價

本文擬從設備狀態指標、設備整體、系統整體三個方面進行健康狀態評價，使調度人員能夠更直觀、更準確地了解自動化設備的運行情況，大概掌握各個變電站自動化系統的運行情況。所提出的健康狀態評價方法的總體流程［8］如圖2 所示，主要步驟介紹如下。

圖2 狀態評價流程圖

（1）分析故障成因，建立狀態評價指標體系。

（2）參照已有的狀態指標集，導入實時狀態指標數據，形成區間值模糊集；分析評價設備狀態指標的健康等級。

（3）基于區間值模糊集計算各項指標權重。

（4）聚合得到各個設備的狀態評價結果，進行評估與比較。

（5）聚合得到各個變電站自動化系統的狀態評價結果，進行評估與比較。

2.2 狀態檢修決策

狀態檢修是通過狀態評價和最佳策略的選擇等多種技術手段和經濟手段來綜合評價設備的當前狀態，預測事態的發展，從而制定設備檢修計劃，是一個綜合性的決策過程。檢修決策即根據決策參考因素制定合理的檢修任務優先級排序，能夠更有效地利用檢修資源以及最小化系統運行的風險與成本。

所提出的變電站自動化設備猶豫模糊檢修優先級決策方法的流程［9］如圖3 所示。具體實現步驟如下。

圖3 檢修決策流程圖

（1）建立變電站自動化設備檢修任務優先級決策指標集，對各項指標進行分析和量化，形成指標值矩陣。

（2）對指標值矩陣進行規范化處理，消除各指標量綱、類型不同對計算結果造成的影響。遵循“檢修任務負指標值越大，優先級越靠后；正指標值越大，優先級越靠前”的原則，進行規范化處理。

（3）決策者對某個檢修任務在所有優先級決策指標下的可能隸屬度給出不同決策結果，得出猶豫模糊決策矩陣。

（4）考慮決策者的風險偏好態度，應用基于猶豫模糊矩陣的指標權重確定模型求解指標權重矩陣。

（5）求各檢修任務的優先級決策得分。得分越高，檢修任務的優先級越靠前。

3 系統設計與實現

3.1 系統部署架構

系統利用變電站自動化設備采集裝置，對變電站測控裝置、遠動裝置等設備信息進行實時采集，通定時采集的方式將采集信息匯集并進行處理。采集信息通過調度數據網上送至省級調度主站，再通過正向隔離裝置、反向隔離裝置、防火墻等網絡安全設備傳至III 區，以結構化信息推送至自動化設備健康狀態評價及檢修管理系統。系統部署如圖4 所示。

圖4 系統部署架構

3.2 自動化設備狀態評價模塊

系統定時從調度能量系統中采集自動化設備運行信息，應用于設備狀態評價計算，基于區間值模糊集的無加權模糊決策算法，對變電站所有設備類型進行區間值定義，包括正常區間最大值、正常區間最小值、異常區間最大值以及異常區間最小值。參數由自動化專家根據實際的工作經驗進行定義，用于最終設備狀態的評價計算。

系統結合自動化設備運行信息，分別計算得出自動化設備狀態得分、狀態權重及狀態比重，最終計算出自動化設備狀態得分。通過與自動化設備狀態的專家經驗指標對比分析，計算得出自動化設備的運行狀態。結果如圖5 所示。

圖5 設備狀態評價管理

通過自動化設備與自動化系統的關聯關系計算得出的自動化設備狀態評價得分，綜合上述自動化設備狀態評分的計算方式，可計算得出相應自動化系統的運行狀態評價。

3.3 自動化設備檢修決策管理模塊

系統能夠對自動化設備的檢修指標進行量化管理，指標主要包括檢修時間、可用性、檢修費用、檢修資源需求度、故障概率、故障損失、檢修狀況以及狀態評價等。參數由自動化專家根據自動化設備檢修經驗結合猶豫模糊矩陣進行計算得出。

系統結合自動化設備狀態檢修策略指標，利用猶豫模糊矩陣相關算法，分別計算得出指標得分、指標歐式距離、指標關系得分以及指標權重等信息，最終通過指標得分權重的分析計算，得出自動化設備狀態的檢修優先級評分。結果如圖6所示。

圖6 狀態檢修優先級得分管理

3.4 變電站自動化信息展示

結合變電站自動化設備測控運行信息、自動化設備遠動運行信息、自動化設備遙信信息、自動化設備健康狀態評價以及狀態檢修管理模塊相關信息，系統可以綜合展示變電站自動化設備的運行及檢修狀態，如圖7 所示。

圖7 自動化設備健康狀態評價及檢修管理系統展示

4 結語

本文基于調度運行管理系統開發自動化設備健康狀態及檢修決策管理系統，以實現設備狀態智能管理，可大幅提高電力設備的運行維護以及監督管理水平。狀態檢修能實現按需檢修，避免了檢修過度和檢修不足的問題，不僅可以節省大量維修費用，而且能延長設備使用壽命、提高供電可靠性、減少檢修風險。因此，研究變電站自動化設備狀態檢修方法，進而在電力系統中推行自動化設備狀態檢修機制，成為檢修制度發展的必然選擇。