狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)實用化方法探索

陶 敏

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

1 狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的提出

隨著國民經(jīng)濟的平穩(wěn)較快發(fā)展，我國的電網(wǎng)規(guī)模不斷壯大，輸變電設(shè)備數(shù)量迅速增加。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中輸變電設(shè)備檢修方式大多為計劃檢修和故障檢修，這種方式下制訂的檢修策略往往導(dǎo)致維修不足或過剩，既浪費了大量的人力物力，也影響了設(shè)備的穩(wěn)定運行和可用率，已經(jīng)不能滿足新的電網(wǎng)運行需求。狀態(tài)檢修是一種以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)的預(yù)防性檢修，根據(jù)狀態(tài)檢測和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息評估設(shè)備狀態(tài)，并確定檢修時間、檢修等級、檢修項目等，可以最大程度地優(yōu)化系統(tǒng)可用性及減少維修成本。

狀態(tài)評價是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，需要采集和處理大量數(shù)據(jù)，并根據(jù)評價導(dǎo)則公正地得出結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計，一臺變壓器相關(guān)的狀態(tài)量有22個，量測量有400個，而一個地區(qū)局的變壓器超過200臺，采集的數(shù)據(jù)近10萬條。而需要評價的全部設(shè)備有一萬多臺，如果采用人工的方式進行，費時費力，并且由于對導(dǎo)則的理解不一，還存在出錯的可能，其結(jié)果的公正性、正確性難以保證。而通過計算機系統(tǒng)建立狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)，則可以自動完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、根據(jù)導(dǎo)則評價設(shè)備、提出檢修建議等功能。

2 主要功能及設(shè)計思路

設(shè)備狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)獲取并處理輸變電設(shè)備相關(guān)基礎(chǔ)資料、設(shè)備實時/歷史數(shù)據(jù)等反映設(shè)備狀態(tài)的特征參數(shù)，評價設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)狀況及風(fēng)險，預(yù)測未來發(fā)展趨勢。對狀態(tài)劣化和趨勢不良的設(shè)備及時發(fā)布狀態(tài)預(yù)警消息，并進行故障模式和原因的分析。最終通過綜合優(yōu)化檢修策略模型分析，提出檢修決策建議。功能模塊分為六類，分別是數(shù)據(jù)獲?。―ata Acquisition，DA），數(shù)據(jù)處理（Data Manipulation，DM），狀態(tài)監(jiān)測（State Detection， SD）， 健康評價（Health Assessment， HA），預(yù)測評價（Prognostic Assessment，PA）， 決策建議（Advisory Generation， AG）。

根據(jù)系統(tǒng)間功能松耦合的原則，狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的作用是采集由其他系統(tǒng)管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)狀態(tài)評價的導(dǎo)則、故障診斷的模型、預(yù)測的算法和檢修決策的經(jīng)驗得出相應(yīng)的結(jié)果，輔助狀態(tài)檢修。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由相應(yīng)的信息系統(tǒng)進行管理，如設(shè)備臺帳、試驗數(shù)據(jù)、缺陷記錄、運行記錄歸入生產(chǎn)管理系統(tǒng)（以下簡稱PMS），實時運行工況、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)歸入實時/歷史數(shù)據(jù)庫。這種功能劃分有利于從作業(yè)管理、流程管理、輔助決策等方面明確各系統(tǒng)的定位，狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)不對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行管理，因而其實用化依賴其他系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的完整性和規(guī)范性。

正因為狀態(tài)維修輔助系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的分工與合作，使其可以更專注于滿足數(shù)據(jù)源、導(dǎo)則和結(jié)果應(yīng)用的變化。為適應(yīng)此變化，系統(tǒng)應(yīng)具有開放性、靈活性、可擴展性，系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)采用平臺級應(yīng)用的設(shè)計思路，首先設(shè)計和構(gòu)建與具體業(yè)務(wù)無關(guān)的核心平臺，在此基礎(chǔ)上逐步完成模塊的功能開發(fā)和各類設(shè)備規(guī)則的配置，實現(xiàn)輸變電設(shè)備狀態(tài)評價和檢修策略輔助決策的功能。

3 實用化問題及分析

信息系統(tǒng)的根本任務(wù)就是要為業(yè)務(wù)運作提供強有力的支持，既能滿足目前業(yè)務(wù)的功能和性能需求，又具備充分的可伸縮性，能靈活適應(yīng)未來的業(yè)務(wù)變化。狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的實用化目標是應(yīng)評價的設(shè)備都進行了評價，評價結(jié)果與設(shè)備實際狀態(tài)相符，可以指導(dǎo)狀態(tài)檢修工作。

在浙江省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的實用化過程中，發(fā)現(xiàn)有評價結(jié)果與設(shè)備實際狀態(tài)存在很大差距的現(xiàn)象。如評價結(jié)果中主變大部分為“嚴重異?！?，斷路器大部分為“異?！?，其他類設(shè)備基本是滿分的“良好”狀態(tài)。而實際運行的設(shè)備大部分是“良好”或“正常”狀態(tài)，“異?！?、“嚴重異?！敝挥猩贁?shù)。另外，都是滿分的“良好”也不能客觀地反映設(shè)備的真實狀態(tài)。幾種因素相互影響，實用化進展受阻。

通過對典型設(shè)備的結(jié)果、數(shù)據(jù)、算法的仔細檢查和分析，發(fā)現(xiàn)造成評價結(jié)果與實際不符的主要原因有以下幾方面，評價與實際不符的影響因素如圖1所示。

（1）設(shè)備臺帳類原因。得出評價結(jié)果的設(shè)備與應(yīng)該評價的設(shè)備不一致，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因之一是從設(shè)備臺帳中選擇設(shè)備時選擇條件不夠精細。如閘刀中的接地閘刀、變壓器套管的電流互感器等不需要評價的設(shè)備，在臺帳中與需評價設(shè)備屬于同一類，造成了多評。另一原因是設(shè)備的狀態(tài)未區(qū)別，如臺帳中應(yīng)該評價的是“在運”狀態(tài)的設(shè)備，但“已退運”和“廢棄”等狀態(tài)的設(shè)備同樣列于設(shè)備臺帳中而未加區(qū)分。以上原因引起了應(yīng)評價的設(shè)備在數(shù)量和類型上的不符。

圖1 評價與實際不符的影響因素

（2）試驗數(shù)據(jù)類的原因。目前狀態(tài)評價方法多以離線試驗數(shù)據(jù)為主，并且在主變壓器和斷路器的評分方法中增加了“缺少關(guān)鍵數(shù)據(jù)扣分”的策略，所以試驗數(shù)據(jù)的缺失或錯誤將對評價結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。如主變壓器沒有試驗數(shù)據(jù)，其得分只有16分，為重大異常狀態(tài)，斷路器沒有試驗數(shù)據(jù)，得分是75分，為注意狀態(tài)。部份設(shè)備由于缺少交接試驗報告，導(dǎo)致一些需要與交接值比較的算法不能計算或直接引起缺交接值扣分。有些設(shè)備的試驗數(shù)據(jù)輸入時量綱不一致，在計算時扣分。還有的試驗數(shù)據(jù)受現(xiàn)場條件的限制，無法準確測得，如直流電阻項，因變壓器在停役后進行試驗，油溫和繞組溫度間存在誤差，而現(xiàn)場只能讀取變壓器油溫，繞組具體溫度不確定，交接時實際繞組溫度和記錄的溫度也可能存在誤差，因此記錄溫度與實際繞組溫度存在較大的偏差，根據(jù)折算公式，溫差2.5℃將引起直流電阻約1%的誤差。

（3）缺陷、運行記錄類原因。如消缺記錄沒有及時錄入將會導(dǎo)致缺陷一直存在而扣分。

（4）評價導(dǎo)則類原因。評價導(dǎo)則的評價計分方法相對來說是原則性的，而在輔助系統(tǒng)中的實現(xiàn)必須是剛性的，這將導(dǎo)致一些實際正常的數(shù)據(jù)引起扣分。如狀態(tài)量“繞組介損”的一條導(dǎo)則算法是：“測量值和交接值的變化按0.5-1.0-1.5扣0-10-15分的斜率扣分?！痹诮唤訑?shù)據(jù)較小時就容易被扣分。

（5）計算機編程錯誤會造成誤扣分，此類問題一經(jīng)發(fā)現(xiàn)較易修改，所以實用化時影響較小。

（6）數(shù)據(jù)獲取類原因。有些數(shù)據(jù)在PMS中能看到，但評價時卻沒有數(shù)據(jù)，一種情況是試驗報告中沒有數(shù)據(jù)；另一種情況是報告中對某些測量位置描述比較隨意，比如“高、中、低壓-地”繞組介質(zhì)損耗，描述成“高中低壓對地”、“H，M，LD”等，接口程序?qū)o法識別；還有一種情況是與報告關(guān)聯(lián)的設(shè)備名稱已被刪除，但誤認為是當(dāng)前設(shè)備的試驗報告，這往往是因設(shè)備維護不規(guī)范引起的。試驗報告與設(shè)備的關(guān)系不對應(yīng)也常引起無法獲取數(shù)據(jù)，有些設(shè)備試驗報告是按單相設(shè)備出的，有些是三相設(shè)備一起出，而評價時是以單臺設(shè)備為對象，因此造成數(shù)據(jù)與設(shè)備不對應(yīng)。

4 實用化方法

實用化方法總的來說有管理類方法和技術(shù)類方法。管理類方法以技術(shù)類方法為手段，技術(shù)類方法為管理類方法作支撐。在狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)實用化過程中，比較有效的管理類方法有迭代式成果實施推廣法、集中辦公、實用化檢查等，技術(shù)類方法有制定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)范、細化導(dǎo)則解析、提供數(shù)據(jù)檢查工具等。

（1）“迭代式”是統(tǒng)一軟件開發(fā)過程（RUP）提出的一種開發(fā)方法，它將項目分解成許多袖珍項目，每一個袖珍項目都作為一次迭代。這種方法能降低風(fēng)險，獲得一個健壯的構(gòu)架，處理不斷變化的需求，允許靈活改變，實現(xiàn)持續(xù)的集成。采用“迭代式成果實施推廣法”全面開展全省輸變電一次設(shè)備狀態(tài)檢修的實用工作，以單局試點、全省兩站兩線、全省全部設(shè)備迭代式推進，最終實現(xiàn)地區(qū)局覆蓋率100%，設(shè)備覆蓋率100%，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。正是由于采取了“迭代式”的應(yīng)用推廣方式，推廣的效果變得更可控，管理模式的更迭變得更平穩(wěn)。

（2）集中辦公就是將與某項工作相關(guān)的人員集中在同一辦公地點，在指定的時間內(nèi)完成既定的任務(wù)。在涉及多個單位部門緊密配合完成的工作時，集中辦公不失為一種比較好的方式。在狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)實用化的初期，由于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、評價導(dǎo)則的適用性、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性和正確性都未得到充分驗證，而每一部分都由不同的單位負責(zé)，所以更有必要進行集中辦公。通過集中辦公，理清了問題的起因，明確了改進的方法和責(zé)任單位，并在現(xiàn)場解決了大量的問題，形成了實用化的工作模式。

（3）在完善狀態(tài)評價的工作機制時使用“負反饋調(diào)節(jié)法”，根據(jù)評價結(jié)果與實際狀態(tài)的差異來反饋修正狀態(tài)檢修各個環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)處理規(guī)則與評價導(dǎo)則等，高效地實現(xiàn)評價方法的修正。浙江省電力公司實施CBM系統(tǒng)中，考慮到大部分設(shè)備的實際狀態(tài)都是“良好”，將這個狀態(tài)設(shè)定為目標值，將扣分項作為差值。為了提高調(diào)節(jié)的效率，每次都選擇影響最大的狀態(tài)量進行分析，調(diào)整后重新評價，再重復(fù)上面的步驟。例如，發(fā)現(xiàn)某變電站1號主變壓器的繞組直流電阻扣分值很大時，檢查該變壓器A相，發(fā)現(xiàn)系因缺試驗數(shù)據(jù)而扣分。而在PMS的試驗管理中有試驗報告，但報告是與設(shè)備組1號主變壓器相關(guān)聯(lián)的，從而導(dǎo)致獲取1號主變壓器A相試驗數(shù)據(jù)不成功。查明原因后，對接口程序作相應(yīng)改進，使其能從相關(guān)的設(shè)備組試驗報告中獲取分相設(shè)備的試驗數(shù)據(jù)，從而大大改善了這類設(shè)備數(shù)據(jù)缺失扣分的情況。正是由于采用了“負反饋調(diào)節(jié)法”狀態(tài)評價完善機制，各種推廣方式才能得以成功推行，比如“兩站兩線”、深化完善的集中辦公等均能在短期內(nèi)取得極佳的效果。

（4）進行階段性的實用化驗收，確保實用化目標的實現(xiàn)。首先，管理部門制定和發(fā)布實用化驗收標準，明確工作目標，并將目標細化成可量化的指標，以及指標的計算方法和抽樣方法。目的是加強實用化驗收的可操作性，讓使用單位可以自己進行對照檢查。驗收標準的重點是可以量化。浙江省電力公司根據(jù)狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的實用化目標，設(shè)置設(shè)備符合度、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完整率和評價結(jié)果符合度3個量化目標，設(shè)備符合度用來檢查所有的應(yīng)評價設(shè)備是否已完成評價；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完整率用來檢查是否所有的評價所需數(shù)據(jù)都已錄入；評價結(jié)果符合度用來檢查結(jié)果的實用性。

（5）制定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)范?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是指狀態(tài)評價所需要的設(shè)備、試驗數(shù)據(jù)、缺陷、運行記錄，設(shè)備應(yīng)規(guī)范類型，成組設(shè)備的組合方式等。試驗數(shù)據(jù)應(yīng)規(guī)范量測名稱、輸入格式、位置描述、量綱、數(shù)據(jù)來源。試驗報告的位置描述主要有被試繞組、分接檔位、運行電壓、相別、測試部位、抽頭等測量位置或設(shè)備特性參數(shù)，這些數(shù)據(jù)用于定位試驗項測量數(shù)據(jù)，因此有必要規(guī)定一個標準的取值范圍。缺陷記錄應(yīng)規(guī)范缺陷描述、程度等。浙江省電力公司已發(fā)布《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)范》，使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的記錄方式、語義得到統(tǒng)一，從而解決因不同單位、人員記錄數(shù)據(jù)不一致而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能被正確利用的問題。

（6）細化導(dǎo)則解析。導(dǎo)則解析是對設(shè)備評價導(dǎo)則中的評分標準進行實例化，將評分標準中的數(shù)據(jù)、處理方法與實際數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，清晰量測量的來源、要求值的定義。而導(dǎo)則解析的細化則是針對具體情況提出的處理方法。比如前文中提到的“繞組介損在交接數(shù)據(jù)較小時容易引起扣分”的情況，需要增加一條“交接值小于0.0025時不扣分”的處理規(guī)則。細化的導(dǎo)則解析相當(dāng)于法律的司法解釋，使導(dǎo)則更具可操作性，更接近設(shè)備管理的生產(chǎn)實際。

（7）提供數(shù)據(jù)檢查工具。數(shù)據(jù)檢查工具是在信息系統(tǒng)中提供的數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計功能，幫助使用人員分析原因、統(tǒng)計工作量等。由于需要評價的設(shè)備數(shù)據(jù)量很大，涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、中間量、狀態(tài)量數(shù)據(jù)更多，通過人工逐條檢查是不現(xiàn)實的。設(shè)計開發(fā)數(shù)據(jù)檢查工具，可以有效幫助數(shù)據(jù)錄入、查找缺失或有問題的數(shù)據(jù)，也可幫助管理人員了解關(guān)鍵問題所在。CBM系統(tǒng)實施過程中，開發(fā)了設(shè)備評價及扣分匯總、未錄入數(shù)據(jù)統(tǒng)計、缺數(shù)據(jù)扣分統(tǒng)計等工具。例如“未錄入數(shù)據(jù)統(tǒng)計”可按設(shè)備和狀態(tài)量查看、統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)和運行記錄錄入率。針對檢查扣分情況的“設(shè)備評價及扣分統(tǒng)計”，可按不同的評價結(jié)果查看每臺設(shè)備的扣分項。

5 結(jié)語

通過狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)實用化的實踐，得到以下有效的方法和經(jīng)驗：

（1）實用化應(yīng)采用管理辦法與技術(shù)辦法并舉，并且以管理辦法為主。

（2）在多個單位進行推廣時，要充分考慮實施的復(fù)雜性。多家單位推廣與在一家單位使用有本質(zhì)上的區(qū)別，其工作不是一家實施時的簡單復(fù)制，需要形成適合所有單位的應(yīng)用模式。在推廣的過程中還涉及管理理念、管理方式的傳播。

（3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)范、完整直接影響狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的實用化。通過狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)的實用化，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理中的問題，促進基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的規(guī)范、及時，可以把與狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)類似的高層次應(yīng)用作為信息化系統(tǒng)實用化的抓手。

（4）采用負反饋法可以快速地逼近結(jié)果。以實際結(jié)果為導(dǎo)向，找出偏差原因，制定可行措施，逐次穩(wěn)步逼近。

（5）系統(tǒng)實用化一定要有常態(tài)化的管理機制。通過集中辦公、驗收檢查可以達到短期的實用化目標，但系統(tǒng)的實用化需要有常態(tài)化的機制保障。

狀態(tài)檢修輔助系統(tǒng)建設(shè)的有效性是狀態(tài)檢修工作深入開展的必要條件，是狀態(tài)檢修科學(xué)發(fā)展的信息支撐，需要經(jīng)歷一個長期的改進過程，必須在實踐中持續(xù)完善，才能真正實現(xiàn)傳統(tǒng)檢修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變。

[1]ISO 13374-1∶2003 （E） Condition monitoring and diagnostics of machines-Data processing，communication and presentation[S].Switzerland，2003.

[2]IVAR JACOBSON，GRADY BOOCH，JAMES RUMBAUGH.統(tǒng)一軟件開發(fā)過程[M].北京：機械出版社，2002.