變電站自動化設備狀態評價方法及檢修決策優化研究

劉首明

（國家電投集團江西電力有限公司分宜發電廠，江西 新余 330000）

在變電站的運行過程中，自動化設備是支撐變電站正常運行的關鍵設備。設備的運行應用狀態對變電站運行系統的作用發揮效果會產生直接影響。因此，需要在實踐中結合對變電站運行設備的實際狀態進行分析，明確其故障狀態和故障類型，進一步提出有效的故障維修決策方案。在現階段的變電站自動化設備的運行應用過程中，變電站自動化設備的檢修工作，需要通過建立優先級模型，達到提升設備檢修工作質量的目標。

1 自動化設備狀態的評估指標選取與量化分析

1．1 設備狀態評估指標體系分析

具體來說，自動化設備狀態的評估指標在劃分時，需要結合投入運行前、歷史運行情況、實時運行情況指標的具體類別進行劃分和分析研究。其中，投入運行應用之前的指標主要是指，在檢測或調試環節對設備運行狀態進行評估和分析。歷史運行狀態中的指標，最為典型的指標投入運行時間指標、設備老化、設備故障指標等。另外，還需要針對原材料、工藝問題以及設備可能存在的固有缺陷等指標進行確認[1]。最后，在設備運行階段，需結合設備通訊異常、電壓指標異常、遠程控制狀態異常進行針對性地關注和分析，進一步形成評估工作體系。下圖1為變電站自動化設備的狀態評估指標體系圖。

圖1 變電站自動化設備的狀態評估指標體系圖

1．2 指標區間的量化表達方式分析

從上文的分析可知，在狀態評價指標中，歷史記錄定期檢查的實際情況以及設備通訊狀態，報警信息等都包含了非常豐富的文字信息，屬于文字性的評價內容，而其余的指標則可應用數值信息進行表達。這類信息在表達方式上可以以數據計算結果的形式進行量化規范，并且作為固定參照標準為系統設備運行狀態的檢測評估提供參考[2]。具體來說，文本型的指標賦值工作在開展時，需要建立專家評價庫，通過信息索引的方式，對文本指標進行賦值。關于文本型指標的統一分析方式，以統計值歸一化的方式進行宏觀統計。隨后，再結合專家庫中的索引指標數據區間進行對照判斷。

數值指標具有典型的波動性和多樣性特征，且比運行狀態之間的邏輯關系更為清晰和緊密。因此，在賦值時，可按照實測值與評價值的相關數據曲線繪制，達到對比觀察的效果[3]。需要強調的是，由于數值處在波動的狀態下，因此，數值型指標賦值時，所取得的確定數值信息仍然是固定區間形式的，并不能得到精準唯一的數據信息。而對于數值型指標來講，由于可利用多個數據指標對數據型信息的發展趨勢和狀態呈現進行觀察，因此，需結合實際把握好指標量化的步驟，具體來說包括以下幾部分。

①設置擬合模型。擬合模型的設置主要是針對實測值與評價值之間的數據信息進行曲線繪制背景下的擬合分析，曲線擬合的理論數學模型如下。

式（1）中，y 代表因變量，x 代表自變量，θ＝[θ0，θ1，…θk]，表示待定函數f的參數向量，ε代表隨機誤差。

在具體的計算中，擬合方法具有顯著的差異。本文的研究選取最小二乘法進行擬合曲線數值的計算，擬合目標以誤差最小化為基準，具體的計算公式如下。

式（2）中，M代表樣本容量，x代表自變量樣本向量，y為因變量向量。

應用此計算公式進行計算時，需要對接觸數據信息進行迭代處理，最終得到擬合誤差的最小值指標。

②曲線擬合的優度指標分析

優度指標的主要功能在于對于擬合曲線的評價，結果基于樣本數據的損失值進行確認，擬合程度也可通過此環節進行判斷評價指標主要包括均方誤差（MSE）、均方跟誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）。具體數據計算公式如下。

2 變電站自動化設備狀態評價方法分析

2．1 設備狀態評價工作基本流程

在變電站的自動化設備運行過程中，設備狀態的評價，需要基于上文所述的相關公式進行指標的選取、指標的賦值以及模型的建立，最終通過確認各指標的權重狀態，以綜合性的評價數據結果作為參照，落實設備狀態的評價工作。具體來說，設備狀態評價工作中所涉及的評價流程包括以下幾部分：①完成故障成因的基礎分析，建立基本評價指標體系。②參照標準化的基礎狀態指標及數據，將實時數據和歷史數據導入評價模型內，并實現量化確認。③針對指標數據的權重進行分析，并聚合得到各設備運行狀態的評價指標量化數據。④對各設備數據進行分析，最終綜合到多個設備的評價工作中，形成狀態評價量化數據。

2．2 設備狀態評價工作的具體執行

2．2．1 整體健康狀態評價

在宏觀的設備健康狀態評價中，狀態指標的不同維度有不同的評價側重點。因此，需要設置量化指標以及設備狀態兩個評價維度，結合指標數據信息進行分級分析與研究，得到準確有效的評價結果。其中，狀態指標的分析過程中，需結合不同的狀態指標數據，按照不規則分段的方式對其基礎指標數據進行粗略量化分析。采用不規則分段分類方法，主要是為了適應不同故障所對應的狀態差異[4]。關于狀態指標評價工作的落實，需借助專門的評價函數表達式進行進一步的數據計算。結合不同的狀態指標量化特征，函數表達式的類型又可細分為對稱折線函數、折線將函數、折線生函數三種類型。

2．2．2 獨立設備的均衡變權狀態評價

在設置權重的環節，結合權重的賦值要求和特征，可將權重確定的方法進行進一步細分。分別為主觀賦權和客觀賦權。其中，主觀賦權強調的是，基于專家的理論和已有的實踐經驗，利用分層次的分析方法獲得權重指標賦值的相關數據。客觀賦權需要在標對評價結果的貢獻不固定的情況下進行應用，需要結合實際監測中的實時數據信息對權重進行確認。從兩種分析方法的特征上來講，使用主觀賦權方法時，主要對指標數據的重要程度進行反映。而使用客觀賦權法，則主要反映指標的波動實際狀態。均衡變權模型的構建，就需要結合應用這兩種賦權方式進行綜合考慮，最終獲得準確全面的模型構建效果。

關于模型構建的基本步驟，主要包括以下幾方面內容：①針對指標的優劣程度進行變權計算。這一環節所需要的數據指標包括無權綜合區間值以及帶權綜合區間值。②針對指標分布情況的變權計算。即針對當前評價集合中所有設備指標數據差別最大的具體時間點進行判斷，達到差別的最大值時，該指標對排序所發揮的作用在顯著性上也就更強。這時，此指標的權重賦值也最大。此種評價方法能夠有效減少主觀因素對評價結果的影響，使得評價結果在具體的數據信息上具有更高的區分度。尤其是在多個設備進行綜合評價的狀態下，此種計算方法有利于對不同設備的實際情況進行對比分析，達到更加準確的評價效果。

2．2．3 多設備狀態的動態綜合評價方法分析

多設備的綜合評價，需要應用定權評價方法進行數據的計算和最終結果的評估。在變電站的自動化設備運行過程中，動態定權評價方式的具體參照指標如下：①運行風險增量指標。當自動化設備發生故障后，其對整個變電站自動化系統的影響主要體現在該設備自動化系統運行中的作用發揮效果方面。當設備發生故障后，自動化系統整體的運行風險增量指標會有所變化，增量指標數據越大則反映出故障對整體系統運行的影響越明顯，進一步的檢修收益指標也會同步上升。②概率重要度指標。概率重要度指標主要是指，在系統的運行中，若某一獨立的設備發生故障，會引起系統故障的概率有所提升。這一指標的水平越高代表設備出現故障時，整個系統同時發生故障的概率會同步增大。而設備概率的重要度指標，主要受到系統的基本結構和設備本身可靠性的影響。在具體的評價工作落實過程中，需結合上述指標數據的實際情況，通過構建計算模型達到結合數據信息進行狀態綜合評價的目標。

3 自動化設備檢修決策的優化路徑分析

3．1 基本檢修決策流程

具體的檢修決策方案，在側重點方面，包括以下幾部分內容：①針對獨立設備的自動化系統進行運行維護，由此將檢修決策的范圍擴展到站內自動化設備的整體檢修決策層面。②對狀態評價的閾值數據進行基礎設定。通過對照觀察系統設備的相關數據信息，確認是否需要安排檢修。③通過設備故障率的閾值數據確認，進一步明確故障達到何種級別和狀態時，需進行檢修。④設置固定的檢修工作條件，在確保檢修成本和檢修人員可用性的基礎上進行相關條件的設置[5]。⑤從綜合性的角度對相關指標內容、設備實際狀態以及站內的自動化設備系統進行綜合評估，判斷是否需要進行故障檢修。

3．2 自動化設備檢修優先級決策模型構建方法

3．2．1 多旅行商問題理論背景下的檢修決策模型構建

對于變電站來說，自動化設備的檢修決策不需要考慮檢修的成本損耗問題，而只重點考慮設備本身的運行可靠性狀態。在這種現實背景下，需優先完成時間成本更低的檢修任務，這有利于在最短的時間內完成更多的檢修工作任務。使得變電站的整體運行系統故障在數量和發生率上有所減少，提升變電站的整體系統運行可靠性。在具體的數據計算時，還需考慮變電站之間的客觀距離狀態，將客觀形成所消耗的時間成本與檢修所用時間成本進行有效區分。

3．2．2 基于模型的數據求解方法

在模型構建的過程中分別設置最小化設備故障風險與時間成本以及最大化風險度與檢修效率兩項觀察測試維度。以此為基礎，構建決策模型。基礎模型構建好后，需進一步對模型約束條件進行合理確認。最終在不同的模型約束條件背景下，獲得模型數據的求解結果。關于模型數據的求解算法，現階段比較常用的為遺傳算法。這種算法的基本原理為，生物界的自然進化原理。按照優勝劣汰的基本原則，對數據信息進行逐步的排除，最終通過收斂后的數據指標數值分析，確認出模型構建背景下最優的檢修策略。遺傳算法背景下的求解基本步驟如下：①利用編碼對外在表現與內在基因之間的聯系進行映射。②形成初代種群式群體。此群體中的獨立實體均含有相應的指標特征。③進行群體中個體的適應度計算，并應用在量化客體優劣性方面。④實施收斂判斷。即在運算結果和狀態最優時，結束運算。⑤選擇相應的算子，實現優化個體的迭代遺傳。⑥實現現有可行解的比較觀察，若能確認達到更優的狀態，則記錄下相應個體，進入收斂判斷實操階段。

4 結論

綜合本文的分析可知，在變電站的自動化設備狀態評價方面要想取得更加精準科學的評價，結果需利用數據和公式做支撐，建立相應的計算模型，通過迭代分析的方式，對故障判斷的實際狀態進行觀察和總結，并進一步提出基于故障檢修的優化策略。在故障維修和分析時，應當注重計算方法和計算模型的科學選擇，結合變電站的整體規模以及系統運行原理，通過數據計算和分析判斷，找到最優的檢修決策方案，為取得更好的變電站檢修工作質量提供保障。