基于設備信息的配網巡檢路徑優化研究

童 玲 趙志軍

（1.嘉興恒創電力集團有限公司 2.嘉興恒創電力集團有限公司華創信息科技分公司）

0 引言

定期巡檢是配電網安穩運行的重要保障［1］。巡檢路線的科學與否在很大程度上決定了巡檢效率，也就間接影響到巡檢質量。當前，巡檢路線制定基本依賴運維人員對路況的感知，可以說帶有較大隨意性，亟須改進。

關于配電設備巡檢的研究現狀。文獻［2-3］對巡檢策略進行研究，雖引進模糊聚類等數學方法，但僅從設備重要程度出發，未關聯設備具體的健康態勢，有失科學性。文獻［4］基于無線通信網絡和三角測量法建立智能巡檢系統，解決了路徑優化問題，但將所有設備等同看視，不符合配電設備運維要義。文獻［5］依托圖論中最小生成樹理論，同時考慮設備的缺陷情況（一般缺陷），達成了單組人員巡檢的路徑最優化，但實際上配電網點多面廣，巡檢時必由多組人員系統開展，各組之間存在耦合關系，故而該項研究與配網實情有所出入。綜合上述，關于配電網設備巡檢路徑優化的問題牽涉到諸多層面，應合理統籌。

1 關于配電設備的各類信息的建模

配電設備的信息紛繁蕪雜，但只有地理位置、以往運維、實時運況這三類信息是關系到巡檢路徑優化問題的（該問題的實質是以最少的人力、物力達成設備在全壽命周期內正常運行之目的）［6］。

（1）地理位置層面

地理位置即空間定位，可用地理距離矩陣Ln+1予以表示：

式中，lij表征現有交通條件下從設備i到設備j所經歷的最短路程（要能滿足車輛行駛）。

（2）以往運維層面

顯然，配電設備的實時健康態勢與歷史指標高度相關［7］，不妨用He表征歷史健康指數，且作表1之設定。

表1 H e取值與設備歷史狀況的關系

對于配電設備來說，故障不能百分百避免。從時間線上看，配電設備的故障率變遷基本遵循所謂的失效率曲線，如圖1所示。

圖1 電力設備在全壽命周期內的故障率變遷曲線

根據大數據統計，圖1中的設備故障率λ（t）與t的關系符合威布爾分布［7］：

式中，β為形狀系數，λc為穩態期設備故障率。

然而，現實中，設備故障率必然與環境有關聯，故在式（2）基礎上給出慮及環境影響的He計算式：

式中，KE為系數，表征設備缺陷情況（“有”取0.95，“無”取1）；KS亦為系數，取近5年相同時段的故障次數。

（3）實時運況層面

在在線監測支撐下，配電設備實時運況不難辨識，以Hc表征配電設備實時健康指數，并作表2之設定。

表2 H c取值與設備實時狀況的關系

關于Hc的計算。因為配電設備都是由部件組成的，部件的健康程度直接映射整體設備的健康程度。式（4）所示為部件健康指數Mp算方法：

式中，mp為部件p的基礎分，KF為系數（表征元件缺陷，“有”取0.95，“無”取1），KT表壽命，Tp為投運時長，α表役齡折算（取值為0～1）。

假定某整體設備由n個部件組成，則其Hc求取方式如下（Kp表征權重）：

2 基于多組巡檢協同開展的路徑優化

配電設備覆蓋范圍廣、數量繁多，一般需要多組人員協同開展巡檢才能保證以較短周期完成一個完備次（即所有設備均被巡遍）。在這種情況下，如何分配任務需要依托科學的數學模型。為此，不妨做出如圖2所示的合理假設。

圖2 路徑優化建模前的幾個合理假設

令V＝｛0，1，2，…，n｝為巡檢點編號集，其中，“0”代表運檢中心。設0-1變量xij，xij＝1代表從i巡到j，反之則代表無此行為。以總巡檢費C最少為目標函數，即：

式中，m表征同時出動的人員組數，Ca表征每組耗費，為：

式中，xija為a組從i到j的次數，cij為i到j的單趟費用。

模型約束：①每個點只被檢視一次；②每組離開與回到運檢中心均為一次。

運檢中心及n個點之間的巡費Cn+1的計算：

式中，Hej、Hcj的計算見式（3）和式（5）；ωe、ωc是兩類健康指數的影響權重，滿足ωe+ωc＝1；dij表征i到j的耗費基準。

鑒于所建模型的尋優特點，宜選取遺傳算法作求解方式，相關流程如圖3所示。

圖3 路徑優化算法的執行流程

3 算例檢驗

算例拓撲見圖4。圖中，“0”為運檢中心，其余為待巡點，各點之間距離已標出（單位：km）。各待巡點設備的健康指數如表3所示。

表3 算例設備的兩類健康指數

圖4 算例的地理拓撲

驗算設定：①巡檢人員為2組；②提出3種策略進行計算比對。

第一種策略：人工確定路線。由經驗豐富人員手動規劃，兩組的路線分別為0-1-2-3-5-4-0和0-6-7-8-0，對應里程為20.6km和11.4km，總計32.0km。顯然，這種方式雖然能顧及交通狀況，但可能任務分配不均，總里程也未必最小化。

第二種策略：以配電設備運行狀態確定路線。此種策略優先巡檢Hc指數較低的設備，能縮減故障突顯概率。兩組的路線分別為0-4-3-5-6-0和0-8-7-1-2-0，總里程40.4km。

第三種策略：在慮及設備運況情形下巡檢總耗費最少。由前文所述方法可得具體巡檢耗費分布，見圖5（計算中令ωe＝0.2，ωc＝0.8）。兩組路徑分別為0-4-5-3-2-0和0-6-7-8-1-0，總里程30.7km。

圖5 基于本文方法的巡檢費用分布

三種策略對比結論：本文方法不但縮小總巡里程，而且充分照顧了健康指數較低設備顯得更為科學、合理。

4 結束語

電網設備運維既要考慮成效性，又要統籌經濟性。本文將配電設備的多維度健康信息與設備地理分布信息相結合，同時慮及多組人員協同開展巡檢的實情，建立了嚴密的路徑優化數學模型，并經由算例檢驗。結果表明：本文方法不但能降低巡檢成本，還能依照設備健康程度使巡檢任務具有時序針對性，能有效降低配網設備突顯故障的概率，值得推廣應用。