配網狀態檢修輔助決策系統研究

陶 敏， 姚 峰

（1.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014；2.杭州意能軟件有限公司，杭州 310014）

0 引言

為了提高配網精益化管理水平，國家電網公司要求建立配網設備狀態檢修制度標準體系，全面開展配網狀態檢修。由于配網設備數量大、種類多、線路變化快、工作人員少，使得配網設備的評價、檢修策略制定工作量非常大，迫切需要一套信息系統，可以將業務人員從繁重的信息收集、信息處理、報告編制等工作中解放出來。國家電網公司在浙江省電力公司啟動配網CBM（狀態檢修輔助決策）系統試點開發，在全面推廣配網狀態檢修工作的同時，也加快了配網狀態檢修輔助決策系統的研究。

1 狀態檢修輔助系統

建設配網CBM系統的目的是為了減輕各級配網工作人員的工作量，讓信息系統來完成繁瑣的數據收集、數據處理等工作。配網狀態評價所需要的基礎數據，如設備臺帳、試驗報告、缺陷記錄、巡視記錄等已經存儲在PMS（生產管理信息系統）配網管理的相關功能模塊中。配網CBM系統的主要功能是獲取并處理生產管理信息系統中反映配網設備健康狀態的基礎數據，評價設備當前狀況，對狀態劣化和趨勢不良的設備及時發布狀態告警消息，并進行原因分析，同時生成設備狀態評價信息、制定狀態檢修決策建議。

與其他系統或模塊的關系決定了配網狀態檢修輔助決策的定位與邊界，決定需要實現哪些功能，決定配網CBM系統的數據源，也決定了系統的部署方式。系統的定位是，以PMS系統為統一平臺，配網CBM系統有關數據從PMS系統抽取，有關數據可返回PMS系統進行展示，配網CBM系統是PMS系統中的功能模塊。這種定位較好地將配網CBM系統與基礎數據管理區分開來，定位為分析決策層的功能，使各功能模塊層次清晰，邊界明確。

配網CBM決策系統主要實現配網設備狀態評價管理和輔助決策功能。與PMS的關系主要包括數據收集、評價觸發、流程執行以及數據輸出等方面。與其他模塊的數據交互如圖1所示。

圖1 配網CBM與其他模塊關系

（1）數據收集是獲取系統的輸入數據，主要包括讀取設備臺帳與拓撲管理模塊的資源、資產臺帳信息，資源、資產拓撲結構，單元信息以及單元內資產信息；讀取檢修試驗管理模塊的交接、巡檢、例行、診斷或預防性試驗報告、缺陷消缺試驗報告等；讀取運行管理模塊的運行巡視記錄、缺陷和消缺記錄；讀取家族性缺陷管理模塊的家族性缺陷信息。

（2）觸發方式是外部環境啟動配網CBM的方式。觸發評價的可以是設備臺帳與拓撲管理模塊資源、資產異動消息，單元異動消息，檢修試驗管理模塊試驗報告審核消息，運行管理模塊缺陷記錄審核消息等。通過業務管理模塊調用，啟動設備評價報告管理與狀態檢修綜合報告管理任務。通過設備狀態評價報告消息，觸發狀態檢修綜合報告編制。通過狀態檢修綜合報告消息，觸發狀態檢修計劃和三年滾動計劃編制。

（3）流程執行。通過工作流平臺啟動定期或動態評價核查任務；在狀態評價工作流平臺中執行三級評價流程，在決策建議工作流平臺中執行三級流程；接受生產管理信息系統待辦工作調用，執行三級評價和決策流程步驟。

（4）系統輸出是配網CBM向外提供的結果，包括狀態評價結果，設備評價報告、狀態檢修綜合報告，狀態檢修計劃和三年滾動計劃，輔助決策建議以及其他統計報表。

（5）共享信息資源。與生產管理信息系統其他業務模塊共享資源、資產模型編碼，缺陷、缺陷枚舉編碼，試驗項格式定義，巡視編碼等。參與評價的基礎數據直接來源于生產管理信息系統設備、試驗、缺陷、巡視等管理模塊。

2 系統功能

配網CBM系統的主要功能模塊有標準管理、信息收集、評價與分析、狀態告警、決策建議和系統配置等，功能模塊框架如圖2所示。

（1）標準管理模塊：用于集中管理和查詢配網狀態檢修相關的各類導則、標準與規范。

（2）信息收集模塊：用于查詢評價設備的臺帳信息、單元信息以及單元內資產信息，查詢配網CBM系統評價計算所需的原始試驗、運行數據和缺陷數據，查詢原始數據的發送情況以及手動發起對設備的初始化評價計算，實現由生產管理信息系統基礎數據模塊變更觸發的狀態評價。

（3）評價與分析模塊：實現對配網設備的定期或動態評價，定期評價由生產管理信息系統業務模塊觸發，動態評價模塊由配網狀態檢修輔助決策系統創建。通過班組、工區、地市公司（局）三級評價流程，完成設備狀態評價報告。通過統計圖表的方式，反映區域內設備的當前健康狀況以及設備狀態變化的趨勢，統計配網設備和單元的主要扣分原因，輔助安排檢修計劃，統計狀態評價的覆蓋率、及時率和年度評價完成率，改善狀態評價環境。該模塊主要用于管理層。

圖2 配網CBM系統功能框架

（4）狀態告警模塊：通過告警的方式向用戶展示配網設備的狀態評價結果和數據處理結果。針對不同的用途，告警方式分為設備、單元以及狀態量告警3個層次。

（5）決策建議模塊：在狀態評價的基礎上，自動生成狀態檢修決策建議，通過工區生技部門、工區、地市公司（局）三級流程，形成配網狀態檢修綜合報告和配網設備狀態檢修計劃及三年滾動計劃。

（6）系統配置模塊：用于配置配網CBM系統所需的各種配置項，包括基礎數據解析配置、狀態量編碼配置、告警閾值配置、系統枚舉配置等。

信息收集、狀態告警、狀態評價、決策建議模塊均可查詢指定配網設備的當前評價結果，查詢狀態評價單元、部件、評價內容的得分情況，查詢狀態量的扣分情況以及原始數據的獲取情況，查詢各模塊的計算過程，包括算法配置、參數配置、模塊輸入/輸出等，查詢歷史曲線。

3 關鍵技術

3.1 設備單元劃分

配網設備從變電站到用戶，按電氣特性連接在一起。單個設備是配網的資產，完成供電任務的一組設備稱為配網的資源，分為架空線路、電纜分支箱、中壓開關站、環網單元、配電室（箱式變電站）。若以資產為基礎進行評價，結果比較零碎，以此來安排檢修數量多、難度大。以資源為基礎進行評價，又會造成結果太粗，不能有針對性地進行檢修。所以需要在資源和資產間尋找一種適合評價和檢修計劃安排的設備組合。

浙江省電力公司提出以單元作為狀態評價和檢修計劃的基礎。設備單元以可單獨停電為原則，分為架空線路（段、支線）、柱上真空開關、柱上SF6開關、柱上隔離開關、跌落式熔斷器、金屬氧化物避雷器、電容器、高壓計量箱、配電變壓器、開關柜（間隔）、電纜線路、電纜分支箱、構筑物及外殼單元等。單元劃分應采用系統自動完成的方式，因為配網資產眾多，建設和改造經常發生，如果靠人工方式，將成為不可能完成的任務。而設備單元劃分是設備狀態評價的基礎，沒有合理的設備單元劃分，會使評價的結果與實際脫軌，使系統不可用。將單一的配網資產評價提升到資源-單元-資產為一體的整體評價模式，為進一步開展狀態檢修在供電可靠性上的作用等研究打下了堅實的理論和數據基礎，同時也極大地提高了系統的評價效率。通過單元（可停電設備組合）的方式來管理配網設備的狀態檢修，將單一設備（資產）的狀態檢修提升到生產支撐運檢的層面，有效降低設備檢修的復雜度，縮短設備維修的停電時間。

3.2 系統性能

配網設備數量很多，以浙江省電力公司為例，全省大約有配網資源20萬個、單元400萬個、資產1 100萬個。平均每個單元有30個輸入量、40個輸出量，也就是系統中將有3億的數據量。這就要求在系統設計時必須合理地利用計算機的CPU和內存資源，既要在數據量和處理量都很大的情況下穩定運行，又要使用戶有較好的體驗。提高系統性能可采用多線程、減少單個單元內存占用量等方法。以1個縣局為例，全部設備的評價應控制在1天以內，而對局部數據的調整，每臺的計算時間應控制在3 s以內。

3.3 數據收集

數據收集是枯燥、繁瑣、容易出錯的工作，所以數據收集時應自動完成以下內容：

（1）對數據進行標準化處理，以實現在不同的模塊中對同一數據有一致的解釋。在設備臺帳中對設備的種類、設備與資源間的層次關系、資產在資源中的劃分規則等進行規范。在試驗管理中對試驗項目的命名、格式、量測部位、量測名、量綱等進行規范。在缺陷管理中對缺陷的位置、程度等描述進行規范。

（2）建立可配置的對應關系?？紤]到數據源側數據項可能的變化，或是導則修改后引起量測量的變化，為了不必修改程序，有必要采用配置的方式來建立數據源中的數據項與導則中量測量的對應關系。

（3）設計數據檢查工具?；A數據的完整性、準確性直接影響到評價結果，檢查工具可以幫助使用者檢查基礎數據，查找已知的錯誤，提高數據質量。

3.4 評價觸發機制

觸發機制決定什么條件下開始評價，通常觸發機制有人工觸發、定時觸發和事件觸發。人工觸發是提供操作按鈕，讓操作人員在需要的時候點擊操作。定時觸發是預先規定某一時刻進行操作。事件觸發是當某些事件發生時進行操作。

對狀態評價而言，人工觸發在需要時才觸發，節省服務器資源，但因為數據量大，不能很快看到結果。定時觸發實現邏輯比較簡單，但不能及時了解設備的狀態。事件觸發是比較好的方式，采用資源、資產、試驗、運行缺陷等異動消息觸發配網設備狀態的實時評價模式，及時反映設備在修前、修后及運行過程中的狀態變化情況，充分體現了配網設備由周期性和事后維修模式向預防性維修和狀態檢修模式的轉變，使設備狀態乃至整個運檢工作始終能控、可控和在控。

4 系統應用

在配網CBM系統應用前，金華婺城供電局作為國家電網公司、浙江省電力公司配網狀態檢修的試點單位，用10個月時間對配網展開了狀態檢修基礎數據的拉網式排查，完成評價10 kV配電線路45條、變電站24座，共 1591個設備單元。這種人工評價方式作業速度慢、評價結果隨意、評價過程時間長、單元劃分不精細，無法有效、直觀地反映設備各單元具體狀態。

應用配網CBM系統后，通過與配網GIS接口完成管轄設備的自動單元劃分，并自動收集評價設備的基礎數據，在1周內完成全局共計39143個單元的劃分及狀態評價工作，生成設備報告454份，工區綜合報告1份。實現單個設備報告生成時間從2天縮短到5 min的飛躍，且自動生成的評價結果標準統一，能精確反映設備各單元的具體情況，解決了原有評價方式存在的用時長、評價結果不精確等問題。

5 結語

配網CBM系統的實施減少了配電網工作人員工作量，減少人為因素對設備狀態評價的影響，提高了工作效率，為工作計劃的制定提供可靠的依據，為配網穩定、可靠運行提供了科學的技術手段。

由于狀態評價對基礎數據的依賴，也將促進基礎數據質量的改善，并將在數據質量、工作完成進度等方面提出更高的要求，使系統實用性更上一個臺階。

[1]配網設備狀態評價導則[S]北京：國家電網公司，2011.

[2]配網狀態檢修輔助決策系統功能規范[S].北京：國家電網公司，2012.