電力系統設備運行狀態在線評估系統設計

謝永鋒

摘 要：隨著社會的發展，人們的用電需求量越來越大，電力設備開始向大容量、高電壓、結構復雜多樣等方向發展。本文根據實際工作經驗分析了電力系統設備的故障特性，并設計了在線評估系統。能夠采集并分析電力系統設備的各項數據，檢測設備的運行狀態、預測故障發生、輔助維修等。

關鍵詞：設備狀態；在線評估；故障診斷

對電力設備運行狀態的有效評估是狀態檢修工作的主要內容，受到了越來越多專家的重視，而我國也出臺了相關的管理依據，如《電氣設備預防性試驗規程》等。隨著科學水平的提高，電力工業行業得到了快速發展，過去的電力設備已經無法滿足現在的需求，因此電力設備正在向大容量、高電壓方向發展，而過去的標準、規定也不再適用于如今的電力設備。再加上如今的電力設備的運行不是獨立的，安全性也應從整體考慮，所以電力設備的安全性也應站在全局的角度分析與評估，建立新的模型。經過研究，本文建立了電力設備運行狀態在線評估系統，實現了對電力設備整體安全性的評估，對評估中的因素，包括狀態因素、評判集與權重進行了詳細的評析，大力開發“協作評估”機制。

1 評估體系研究的總體思路

評估體系主要包括評估內容、評估方法、評估模型、評估環節等。本文設計的評估系統首先分析了電力系統設備運行過程中涉及到的安全因素，并對其進行了分類與評級，大致規劃了評估內容范圍；利用評估原則與模糊評估法，建立了評估模型。如圖1所示：

圖1運行中的電力設備

2 評估體系的指標體系

整個電力系統中會用到各式各樣的電力設備，因此對其運行狀態的評估需要從不同的方面進行，綜合考慮各種因素，找出了四個評估方向，即自身質量、預防性試驗、運行狀態、歷史數據。

2.1 自身質量

設備的質量是設備安全運行的基本條件，出廠時的質量等級、運行中的安全狀態以及用戶反饋的質量問題都可以反映出這臺設備的運行狀態。

2.2 預防性試驗

設備投入使用前，為了保證安全性和穩定性，需要做預防性試驗，常用的試驗方法有兩種，一種是停電實驗法，另一種是在線監測法。停電實驗法主要分析設備的絕緣性，油液中溶解氣體的色譜、油液中含水量等；在線監測法可以不間斷地對設備進行檢測，可以預先發現發生故障時的征兆，并發出警報。在線監測的優點就是靈敏度高，誤報率低。

2.3 運行安全狀態

設備的運行安全狀態主要包括實施工況、運行年限、運行環境等實時、動態數據。這些數據來源有兩種，一種是自動采集獲得的數據，另一種是工作人員定期巡查記錄的數據。需要注意的是，運行年限不是反映設備運行工況的唯一條件，新設備的工況不一定就好，老設備的工況也不一定差，但是超過運行年限的設備總歸是不安全的。

2.4 歷史數據

這一指標是從設備的歷史靜態角度出發，主要包括設備出廠時的基礎數據，設備所屬品牌的質量史，設備的檢修記錄等。

綜合以上幾點，建立了電力系統設備運行狀態評估的指標體系，如圖2所示：

圖2電力設備運行安全狀態評估指標體系

3 電力設備運行安全狀態模糊綜合評估

上述指標體系中的指標因素有的并不是一成不變的，有的因素有一定的不確定性，例如質量等級、運行年限、運行環境等是確定不變的，而性能效果、用戶反饋、在線監測等則有很強的不確定性，我們稱之為模糊因素，因此在表述的時候需要用到模糊概念，對這些因素的評估也只有模糊的結論，所以采用模糊綜合評估是比較合適的。

3.1 狀態因素的確定

從圖2中可知，對電力系統設備的評估共有16個指標，每個指標都可以看作是一個評估因素，用U表示，分別是U1、U2……U15、U16。

3.2 評判集的確定

評判的等級不同，用來表示的顏色也不同，本文根據電力系統設備的安全狀態由低到高分成了六個等級，分別表示為：1級—綠色、2級—藍色、3級—黃色、4級—橙色、5級—紅色、6級—黑色。在評判集里面用V表示。每一級代表的具體情況如下文所示：

1級：設備運行正常，各項指標正常，能達到最高標準，不需要維修，沒有故障記錄，使用人員反饋良好。

2級：設備運行良好，設備質量和品牌質量都很好，設備的運行環境良好，配套設施齊全，故障發生率較低，整體表現不錯。

3級：設備的各項數據基本達標，設備運行環境屬于正常范圍，雖然運行時間不長，但是質量卻不是很好，整體地運行安全狀態不太穩定，隨時都可能報警，發生事故或發生危險。

4級：設備還沒有超過運行年限，運行環境也還正常，通過預防實驗得到的數據不太良好，本身質量有缺陷，品牌質量史也不好，經過技術人員的維修與養護之后能夠正常工作。

5級：設備將要到運行年限，并且沒有好的運行環境，經常發生故障，許多數據都不達標，運行狀態不好，隨時都可能發生危險。

6級：設備已經超期限運行，運行環境很差，故障發生率很高，設備運行安全性不佳，使用人員反饋信息不良，屬于極度危險水平。

上述六種顏色代表了留個安全等級范圍，黑色表示（5，6]，紅色代表的范圍是（4，5]…以此類推。

3.3 權重的確定

權重代表上述指標的地位和作用，是設備運行狀態評估中的重要內容。確定目標權重的方法有很多，因此得出的結論也不同，但是需要根據不同的實際情況選擇不同的確定方法，沒有一種能應用于所有情況。本文采用了群決策層次分析法，找到了第i位專家對指標因素j的權重，表示為，如果總共有M位專家，那么第i位專家所提出的意見重要度是：

得到公式（1）：Ii=·，i=1，2…，m；u=1，2，…，l

其中，Wu表示專家的信息與設備評估工作的相關性，例如專家的學位、從事研究的時間、崗位等，l表示上述信息的種類。代表各專家的權重，分為不同的級別。

把第i為專家的意見進行歸一，得到該意見的主觀權重Ti，代表此專家的知識水平、研究內容、經驗等。

得到公式（2）：Ti=

假設指標因素一共有n項，那么這m為專家對n項指標的評估決策就會形成m×n的矩陣。

得到公式（3）：c=

那么第i位專家對第j項指標進行的評估就可以表示為Cij的倒數，Cij大于等于0，小于等于1。

3.4 綜合評估計算

綜上所述，狀態因素集判斷16×6矩陣表示為R。

得到公式（4）：R=

評估向量表示為公式（5）：B=

4 系統設計

4.1 設計方案

如今，互聯網進入了2.0時代，在此基礎上形成了“多專家協作評估”機制。本文中的設計采用了J2EE，總共有三層架構，分別如下：

4.1.1 客戶層

顧名思義，客戶層的是為客戶使用的，包括設備端和用戶端，其中設備端又包括電力系統設備的在線監測、獲取實時數據；用戶端提供用戶的登陸、管理與評估，是基于WEB瀏覽器開發的。

4.1.2 業務邏輯層

業務邏輯層的作用是進行數據的傳輸與交換，相當于數據傳輸的橋梁，是一個WEB服務器，用戶的評估在服務器中進行。為了提高用戶的體驗度，本設計使用了A jax方法，就是在服務器中加入了A jax引擎，大大縮短了用戶等待的時間。

4.1.3 數據層

數據層主要包括大型的數據庫，常用的有ORACLE、SQL Server等，由于本設計對安全性要求較高，因此采用了ORACLE作為數據庫。

4.1.4 數據傳輸、數據接口

常用的系統通信技術有JAVA技術、SOAP技術、COM/DCOM等，本文的設計為了不受傳輸協議的限制，故采用了SOAP技術。由于本系統是基于J2EE開發的，因此數據接口為JDBC接口。

4.1.5系統安全與防范

系統的安全性是系統運行的基本保障，有其在開放的WEB2.0時代。本文的設計使用了防火墻技術，將系統的服務器與外網通過防火墻隔離，防止外界的訪問；對內網用戶的訪問權限也做了嚴格的規定，例如操作時間、數據修改等；用戶的信息需要定期驗證，核心功能需要有更高的權限才能操作。

4.2 應用分析

本文所設計的系統可以有效的解決以下幾種問題：需要評估的設備數量較多；設備空間分布較廣；專家組成員較多；現場實際工作人員難以參與評估；繁重的信息處理任務；信息發布不夠及時。但是，本系統還有一些問題需要解決，主要是評估人員的積極性的問題，例如，由于設備的維護需要運行人員進行負責，但檢修人員往往沒有這方面的義務，因此我們有理由認為在實際的實施過程當中會造成人員的積極性問題。這種問題需要企業管理水平的提高來進行進一步的完善，同時也會出現一些其他的沒有預想的問題，這些都需要不斷的進行研究來解決。

5 結語

本設計可以完成對電力系統設備運行狀態在線評估，對評估結果按照不同方法進行分析，如模糊分步法、加權平均法等，使用戶能夠更精確的知曉電力系統設備運行的安全狀態，并及早采取相應維修措施，從而提高電力系統設備的可靠性與經濟效益。

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