基于畫像的變壓器精細化管控策略研究

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(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電力科學(xué)研究院，廣州 510000；2. 廣州佰聆數(shù)據(jù)股份有限公司，廣州 510000)

0 引言

傳統(tǒng)的電網(wǎng)運維模式是依據(jù)經(jīng)驗和規(guī)程，定時對不同設(shè)備的部件開展運行維護，這種運維存在很大的弊端，因為缺乏針對性可能花費大量精力而運維的效果卻不理想。在這樣的背景下，需要找出一種標準的精細化管控方案。近年來，隨著電網(wǎng)變壓器各類數(shù)據(jù)的采集、交互以及匯聚，廣東電網(wǎng)逐步實現(xiàn)了電力變壓器設(shè)備狀態(tài)的多維度綜合監(jiān)測及分析，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到了重要作用。

現(xiàn)行的差異化運維分為以下幾大步驟：運維數(shù)據(jù)收集、風(fēng)險級別評估、運維策略制定和運維策略執(zhí)行。具體地：運維數(shù)據(jù)采集專人在收集好數(shù)據(jù)之后會對數(shù)據(jù)進行分析，將缺陷部件進行分類后再對設(shè)備健康狀態(tài)進行評估，然后基于設(shè)備健康狀態(tài)和重要度確定管控級別，最后基于管控級別制定并執(zhí)行運維策略。

但整體上，電力變壓器精細化管控仍面臨“數(shù)據(jù)海量，信息缺乏”、狀態(tài)評價主觀性太強、輔助運維決策深度不夠等現(xiàn)狀，無法對設(shè)備深層次狀態(tài)特征、缺陷故障規(guī)律等信息進行精準描述，導(dǎo)致差異化運維時較難定位工作方向、難以采取針對性措施，難以真正實現(xiàn)對變壓器的精細化管控[1-8]。本文融合其他領(lǐng)域開展比較廣泛的畫像技術(shù)[9-12]、數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析等手段，結(jié)合電網(wǎng)業(yè)務(wù)特征及需求，提出一種基于畫像技術(shù)的變壓器精細化管控策略研究。

1 畫像技術(shù)

畫像技術(shù)的核心手段是為特定對象打標簽，其目的是為了讓人能夠理解并且方便數(shù)據(jù)挖掘模型處理。一個標簽通常是人為規(guī)定的高度精煉的特征標識，呈現(xiàn)出兩個重要特征：語義化，人能很方便地理解每個標簽含義，使得畫像模型具備實際意義，能夠較好的滿足業(yè)務(wù)需求；符號化，每個標簽通常只表示一種含義，標簽本身無需再做過多文本分析等預(yù)處理工作，這為利用機器提取標準化信息提供了便利。

2 基于畫像的變壓器精細化管控策略研究

2.1 標簽體系的構(gòu)建

通過整合各場景標簽，并根據(jù)設(shè)備特征屬性、業(yè)務(wù)模式和設(shè)備管理人員檢索習(xí)慣，研究構(gòu)建多層次、多視角、立體化的標簽結(jié)構(gòu)化體系，按場景分類或按目標要素分類等形成變壓器畫像。

基于電力大數(shù)據(jù)的標簽畫像技術(shù)與應(yīng)用研究將信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析結(jié)果解釋、轉(zhuǎn)化為日常生產(chǎn)語境中的語言，對業(yè)務(wù)對象大數(shù)據(jù)分析結(jié)果具象化，將復(fù)雜的信息加工過程透明化，向用戶提供使用日常語言表達的清晰明確的生產(chǎn)現(xiàn)實描述、具體形象的業(yè)務(wù)對象展示，探索電力大數(shù)據(jù)廣泛用于生產(chǎn)實踐的方法和機制。通過用戶與設(shè)備畫像將業(yè)務(wù)中的用戶和設(shè)備具象化，對單一業(yè)務(wù)對象信息進行聚合和結(jié)構(gòu)化集中展示，實現(xiàn)了將碎片化的生產(chǎn)信息綜合加工形成對生產(chǎn)或決策對象系統(tǒng)、全面、直觀的認識。畫像的種類包括個體畫像、群體畫像、總體畫像等。

2.2 基于標簽二次建模的畫像研究

2.2.1 基于標簽關(guān)聯(lián)分析的設(shè)備健康度評價優(yōu)化

設(shè)備狀態(tài)評價問題異常復(fù)雜，單純采用數(shù)據(jù)挖掘算法，解決不了復(fù)雜決策問題的建模。在現(xiàn)有技術(shù)中，電力行業(yè)在開展變壓器風(fēng)險評估時，主要基于各系統(tǒng)直接量測和錄入的數(shù)據(jù)作為風(fēng)險狀態(tài)評估條件。具體地，主要通過設(shè)備介質(zhì)損耗、溫濕度、設(shè)備電壓等數(shù)據(jù)是否超過預(yù)設(shè)閾值判定。然后采用打分或者扣分的方式，依據(jù)相關(guān)導(dǎo)則的評價標準來判斷變壓器的運行狀態(tài)。值得注意地，對于狀態(tài)量評分法，通過綜合考慮各狀態(tài)量的情況來評判變壓器的整體健康狀況，這就首先需要對各狀態(tài)量進行權(quán)重系數(shù)的賦值工作。權(quán)重系數(shù)的確定，傳統(tǒng)上主要采用專家經(jīng)驗法、層次分析法等權(quán)重確定方法，在很大程度上依賴于人的主觀意見，沒有考慮到多個狀態(tài)量之間的復(fù)雜關(guān)系，客觀上存在較多重復(fù)扣分的可能性，會導(dǎo)致評價結(jié)果存在較大的偏差。

本文首先將狀態(tài)量標簽化，得到設(shè)備的狀態(tài)量標簽，并依據(jù)南網(wǎng)先行導(dǎo)則得到狀態(tài)量標簽的扣分值和基于層次分析法的主觀權(quán)重系數(shù)pi；然后通過狀態(tài)量標簽之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，得到客觀權(quán)重系數(shù)qi；最終結(jié)合pi和qi得到狀態(tài)評價的綜合權(quán)重系數(shù)hi，完成設(shè)備健康度評價的優(yōu)化。

具體步驟如下：依據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘出Q1；不同狀態(tài)量標簽與Q2；緊急重大缺陷標簽之間的推理規(guī)則集，計算置信度C。如式(1)。

C=confidence(Q1→Q2)=

P(Q1∪Q2)/P(Q1)×100%=

P(Q2|Q1)

(1)

再對狀態(tài)量標簽的置信度進行比較，根據(jù)其置信度的大小來確定各單項狀態(tài)量標簽的客觀權(quán)重系數(shù)。其計算式為式(2)。

(2)

其中qi為第i項狀態(tài)量標簽的客觀權(quán)重系數(shù)；Ci為第i項狀態(tài)量標簽的置信度,i=1,…,n。

然后，結(jié)合pi和qi得到綜合權(quán)重系數(shù)hi，如式(3)。

hi=1/2*pi+1/2*qi

(3)

最后，依據(jù)狀態(tài)量標簽間的綜合權(quán)重系數(shù)hi，得到更加客觀的設(shè)備健康度評價。

2.2.2 基于標簽組合的風(fēng)險評價

影響變壓器風(fēng)險因素的主要有兩類標簽，一類是發(fā)生概率的標簽，如運行年限；一類是影響范圍的標簽，如電壓等級。通過將相應(yīng)的標簽進行組合，可用于描述變壓器的風(fēng)險評價。

利用標簽規(guī)則將風(fēng)險發(fā)生概率的運行年限劃分成初投期、穩(wěn)定期及老化期，對應(yīng)的風(fēng)險發(fā)生概率為低、中、高；將風(fēng)險影響范圍的電壓等級劃分成110kV，220kV及550kV，對應(yīng)的風(fēng)險影響范圍為小、中、大。通過將兩者進行組合，得到圖1結(jié)果。

進一步將組合成果進行歸類，風(fēng)險評價可以歸為三大類，如圖1所示。

圖1 標簽組合的風(fēng)險影響大小

1)高風(fēng)險：包括高-大、中-大、高-中三個組合

2)中風(fēng)險：包括低-大、中-中、高-小三個組合

3)低風(fēng)險：包括低-小、低-中、中-小三個組合

2.2.3 變壓器預(yù)警狀態(tài)畫像

變壓器狀態(tài)的預(yù)警級別是根據(jù)其健康狀態(tài)和風(fēng)險評價組合評估。評估級別分別為I級、II級和III級，對應(yīng)的狀態(tài)畫像的健康程度從好到壞分別為病態(tài)、亞健康和正常如圖2所示。

圖2 狀態(tài)預(yù)警畫像評估

病態(tài)畫像 代表變壓器當前處于危險期，運維緊急程度高、影響范圍大。需要引起運維人員高度重視，提高變壓器的巡視頻率、檢查范圍和試驗力度。

亞健康畫像 代表變壓器當前處于波動期，存在向病態(tài)畫像轉(zhuǎn)換的概率高。需要重視其存在的缺陷及風(fēng)險，通過嚴格執(zhí)行巡視、檢修及試驗流程，按期存在的問題機動性增加相關(guān)運維作業(yè)項目。

正常畫像 代表變壓器當前處于平穩(wěn)期，只要正常執(zhí)行日常的運維策略，確保缺陷、風(fēng)險及時發(fā)現(xiàn)并解決。

3 基于畫像的變壓器精細化管控策略應(yīng)用

3.1 運維策略的編制原則

精細化運維策略建立在變壓器畫像標簽體系的基礎(chǔ)上，通過將變壓器各類顯性及隱形的特征進行描述組合，形成變壓器的健康狀態(tài)的畫像，同時根據(jù)變壓器的所屬標簽，結(jié)合南方電網(wǎng)的檢修規(guī)程、業(yè)務(wù)專家經(jīng)驗制定應(yīng)對的運維策略。整體而循環(huán)的閉環(huán)運維過程，即如圖3所示。

圖3 精細化運維策略編制技術(shù)路線

3.2 運維策略編制

根據(jù)生產(chǎn)運維實際的要求，廣東電網(wǎng)公司結(jié)合實際并開展研究，編制了變壓器的精細化運維策略。變壓器精細化運維策略以南方電網(wǎng)的檢修規(guī)程為基礎(chǔ)，結(jié)合變壓器的基本信息、行為特征、成本特征等維度建立的設(shè)備精細化運維主題特征標簽體系，進行標簽與作業(yè)項目的映射，形成基于標簽的運維策略體系。而變壓器狀態(tài)畫像是通過提取設(shè)備特征標簽，通過設(shè)備狀態(tài)預(yù)警特征標簽、缺陷模式特征標簽，輔以運行工況、設(shè)備年齡等數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將特征標簽進行二次建模建立的。通過變壓器狀態(tài)畫像的標簽組成，最終分解映射具體的作業(yè)項目，映射關(guān)系如表1所示。

表1 運維策略映射關(guān)系示意表

3.3 運維策略執(zhí)行

在大多數(shù)情況下，變壓器同時附屬于多個標簽，而一類標簽也可能對應(yīng)多個變壓器。因此，根據(jù)變壓器狀態(tài)畫像可以對整體的運維工作內(nèi)容、周期及優(yōu)先級進行預(yù)估，運維人員根據(jù)相關(guān)的信息進行綜合規(guī)劃，科學(xué)合理的編制計劃、安排人員、儲備物資等。整體而言，運維策略的執(zhí)行原則如下：

1)綜合統(tǒng)籌，科學(xué)執(zhí)行。運維工作根據(jù)策略的內(nèi)容進行統(tǒng)籌安排，盡可能并行執(zhí)行運維工作，減少變壓器停運時間， 同時以安全優(yōu)先，充分評估策略。

2)資源平衡，細化分工。根據(jù)策略可以明確工作周期及內(nèi)容，平滑工作時間集中度以及工作專業(yè)化成為可能，實際運維過程中，應(yīng)最大程度實現(xiàn)工作飽和度的平穩(wěn)和專業(yè)資源的統(tǒng)籌。

3)策略為綱，按需評估。運維工作以策略的作業(yè)項目為基本，但需要根據(jù)實際情況，進行評估優(yōu)化及完善。進行實際運維后，需要對策略進行反饋及修編。

4)畫像迭代實現(xiàn)運維工作滾動規(guī)劃。實際工作中，變壓器狀態(tài)畫像隨著運維作業(yè)項目的執(zhí)行，必然迭代更新，那么需要動態(tài)監(jiān)視其狀態(tài)畫像，是否需要根據(jù)新的標簽組合進行新的運維作業(yè)項目。

5)狀態(tài)畫像與策略聯(lián)動。變壓器狀態(tài)畫像的標簽構(gòu)成隨著標簽的生命周期迭代而不斷更新，那么相應(yīng)的運維策略應(yīng)隨著動態(tài)改變，執(zhí)行也應(yīng)隨著聯(lián)動。

4 總結(jié)

本文針對基于畫像的變壓器精細化管控策略進行了詳細的分析、研究和探討，利用對變壓器狀態(tài)畫像的動態(tài)監(jiān)控，對標簽及其映射的運維策略的統(tǒng)計分析，可以對當前變壓器的運維工作進行綜合的滾動評估，能更科學(xué)、合理的制定出運維工作計劃。通過討論此策略的應(yīng)用效果，此策略適合當前電網(wǎng)發(fā)展運行要求，可以精準的、有效的對運維工作的優(yōu)先級、工作量及資源需求進行預(yù)估，不僅提高運維計劃的執(zhí)行率，同時也可以優(yōu)化和降低工作飽和集中度。