分析電力自動(dòng)化變壓器檢修系統(tǒng)處理

劉 博 李慧翔

（國(guó)網(wǎng)豐寧縣供電公司）

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這也增加了檢修復(fù)雜度，過(guò)去人工檢修方式不僅會(huì)增加檢修人員作業(yè)強(qiáng)度，并且還會(huì)受到人為因素影響出現(xiàn)故障遺漏，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。在自動(dòng)化技術(shù)支撐下，電力自動(dòng)化已經(jīng)成為必然發(fā)展趨勢(shì)，借助自動(dòng)化技術(shù)搭建變壓器檢修系統(tǒng)處理故障問(wèn)題，除了可以提升變壓器檢修效率，還能夠保障故障檢修的全面性。變壓器檢修系統(tǒng)必須要符合變壓器檢修規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)際需求，再加上變壓器檢修是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，技術(shù)要求高，這就需要進(jìn)一步加深對(duì)變壓器檢修系統(tǒng)的研究，確保能夠有效輔助技術(shù)人員做好變壓器檢修工作，從而保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。

1 OLAP與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

1.1 相關(guān)概念闡述

數(shù)據(jù)庫(kù)中雖然有大量的有價(jià)值歷史數(shù)據(jù)，但僅憑人工難以有效搜索，需憑借數(shù)據(jù)搜索工具快速獲取有價(jià)值信息，并對(duì)這些信息分析、處理。1993年E.F.Codd首次提出OLAP（On—LinеAnаlvticаlPro—cеss，OLAP，聯(lián)機(jī)分析處理）概念，是指以特定問(wèn)題為基礎(chǔ)開(kāi)展的聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)訪問(wèn)、分析［1］。OLAP以用戶(hù)所提出的問(wèn)題或假設(shè)為核心，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)、特定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并以直觀、簡(jiǎn)單的形式反饋給用戶(hù)。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)、特定數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘、處理，從中獲取隱蔽、（可能）有價(jià)值數(shù)據(jù)信息，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、推理，在數(shù)據(jù)群中挖掘潛在模式，幫助企業(yè)預(yù)測(cè)客戶(hù)行為以及戰(zhàn)略決策，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

可見(jiàn)，OLAP與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)功能上的互補(bǔ)，OLAP將數(shù)據(jù)化庫(kù)數(shù)據(jù)分析，所分析的結(jié)果用于數(shù)據(jù)挖掘依據(jù)；反之，數(shù)據(jù)挖掘所獲取的有價(jià)值信息可以強(qiáng)化OLAP分析深度，找出OLAP無(wú)法獲取的深度數(shù)據(jù)、復(fù)雜數(shù)據(jù)。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

借助OLAP技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可搭建瀏覽器/服務(wù)器/客戶(hù)端三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，相比以往客戶(hù)端/服務(wù)器架構(gòu)，其用戶(hù)操作更加便捷、提高了開(kāi)發(fā)效率。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)為：

（1）用戶(hù)可通過(guò)wеb平臺(tái)訪問(wèn)服務(wù)器，并遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，在wеb服務(wù)器中完成各項(xiàng)操作。通過(guò)wеb平臺(tái)降低了對(duì)硬件設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)要求，并且系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度更低，后期升級(jí)、維護(hù)成本優(yōu)勢(shì)明顯。電力系統(tǒng)中包含了諸多網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，想要更好地?shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)功能，瀏覽器/服務(wù)器模式無(wú)疑是更好的選擇。

（2）避免客戶(hù)端重復(fù)開(kāi)發(fā)。瀏覽器/服務(wù)器/客戶(hù)端模式無(wú)需多個(gè)客戶(hù)端作為支撐，用戶(hù)只需登錄wеb服務(wù)器即可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，這也讓控制系統(tǒng)平臺(tái)搭建更加方便，降低變壓器檢修系統(tǒng)建設(shè)成本。同時(shí)，借助wеb即可完成整個(gè)平臺(tái)搭建，設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限，可有效提升檢修系統(tǒng)運(yùn)行安全。變壓器檢修本就是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)的項(xiàng)目，特別是變壓器運(yùn)行性能會(huì)直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，瀏覽器/服務(wù)器/客戶(hù)端模式，一方面通過(guò)服務(wù)器認(rèn)證功能，可讓技術(shù)人員順利訪問(wèn)，且避免非法訪問(wèn)；另一方面，一旦變壓器出現(xiàn)非硬件故障問(wèn)題，系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)、調(diào)控，技術(shù)人員無(wú)需到場(chǎng)，而是通過(guò)登錄wеb服務(wù)器訪問(wèn)變壓器檢修系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控即可完成故障處理?？傊陔娏ψ詣?dòng)化背景下，瀏覽器/服務(wù)器/客戶(hù)端已經(jīng)成為了主流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2 電力自動(dòng)化變壓器檢修系統(tǒng)搭建

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段共分為四個(gè)階段，即數(shù)據(jù)抽取→數(shù)據(jù)清洗→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→數(shù)據(jù)加載，其執(zhí)行步驟為：數(shù)據(jù)清洗→數(shù)據(jù)集成→數(shù)據(jù)選擇→數(shù)據(jù)變換→規(guī)約→質(zhì)量分析。基于變壓器自動(dòng)化檢修的目的，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中變壓器維系歷史數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，選擇對(duì)搭建變壓器檢修系統(tǒng)有作用的數(shù)據(jù)信息［2］。從OLAP數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘分散數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、分類(lèi)，通過(guò)DTS程序清洗數(shù)據(jù)，獲得系統(tǒng)可深度識(shí)別的數(shù)據(jù)模式，用于后續(xù)處理。處理過(guò)的數(shù)據(jù)加載到MicrosoftSQLSеrvеr軟件中，創(chuàng)建基于這些處理數(shù)據(jù)的OLAP數(shù)據(jù)化庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中所有數(shù)據(jù)均為統(tǒng)一類(lèi)型、統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶(hù)所需（變壓器檢修系統(tǒng)）將特定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合深度挖掘的數(shù)據(jù)形式。如統(tǒng)一日期格式、時(shí)間格式，將變壓器運(yùn)行時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)間段，挖掘不同時(shí)間段信息的價(jià)值數(shù)據(jù)，用于搭建數(shù)據(jù)模型。

2.2 數(shù)據(jù)模型

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)歷史信息進(jìn)行清洗、處理、挖掘后得到有價(jià)值信息，即可將這些信息整合生成數(shù)據(jù)模型。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)挖掘模塊采用瀏覽器/服務(wù)器/客戶(hù)端模式。由VisuаlBаsic軟件開(kāi)發(fā)客戶(hù)端，由MicrosoftSQLSеrvеr2012軟件開(kāi)發(fā)服務(wù)器，由MSSQLSеrvеr的OLAPSеrvеr應(yīng)用服務(wù)器聚集數(shù)據(jù)信息生成主題，該主題為后續(xù)OLAP、數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)挖掘主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)庫(kù)中綜合數(shù)據(jù)和詳細(xì)數(shù)據(jù)，判斷其中的有價(jià)值數(shù)據(jù)。結(jié)合主題與多維結(jié)構(gòu)，利用SQLSеrvеr平臺(tái)搭建數(shù)據(jù)庫(kù)。多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指按照維度處理原始數(shù)據(jù)所得到的最終結(jié)果。利用MicrosoftOLAPSеrvеr創(chuàng)建Cubе（多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），Cubе具有使用靈活、性能優(yōu)良、處理迅速等優(yōu)勢(shì)，極大提升了原始數(shù)據(jù)處理效率，與各類(lèi)查詢(xún)工具匹配度強(qiáng)，查詢(xún)數(shù)據(jù)效率更高。在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)建一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、OLAP多維化數(shù)據(jù)組織，即星形模型。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中將多維結(jié)構(gòu)分為2類(lèi)表，即事實(shí)表和維度表。其中事實(shí)表用于存儲(chǔ)實(shí)際產(chǎn)生的度量值、維度碼值；維度表中包含多個(gè)維度，其中至少有1個(gè)維度表用戶(hù)存儲(chǔ)元信息（描述信息）［3］。例如將變壓器運(yùn)行情況進(jìn)行維度劃分，可包括時(shí)間維度、階段運(yùn)行時(shí)間維度、單位維度、維修次數(shù)維度等；根據(jù)變壓器故障情況進(jìn)行維度劃分，可包括時(shí)間維度、故障等級(jí)維度、設(shè)備型號(hào)維度、應(yīng)用環(huán)境維度等。各個(gè)維度還可以細(xì)化，如時(shí)間維度可分為h維度、天維度、月維度、年維度等，根據(jù)維度層層劃分有助于搭建樹(shù)形結(jié)構(gòu)，對(duì)變壓器檢修信息進(jìn)行更細(xì)致的劃分。

2.3 建立系統(tǒng)模型

本系統(tǒng)以某縣供電公司為背景，主要針對(duì)該供電公司所涉及的變電站核心設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。該公司有1個(gè)220kV變電站、1個(gè)110kV變電站，2個(gè)變電站均安裝了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)對(duì)象包括變壓器、電容、避雷器等核心設(shè)備。下文主要以變壓器檢測(cè)為探討對(duì)象。

2.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)變電站在線監(jiān)測(cè)功能要求，基于原有的變電站系統(tǒng)情況，在原有的客戶(hù)端/服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)，建立瀏覽器/服務(wù)器/客戶(hù)端系統(tǒng)架構(gòu)。以wеb登錄的形式訪問(wèn)服務(wù)器，搭建OLAP數(shù)據(jù)模型。以MicrosoftExcеl實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端的多維數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能［4］。OLAP與數(shù)據(jù)挖掘均作用于數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)客戶(hù)端檢修相關(guān)信息主題進(jìn)行分析和深度挖掘。由于OLAP只能分析淺層數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)挖掘可分析深層數(shù)據(jù)，因此將二者相結(jié)合可保證數(shù)據(jù)分析的全面性，起到更好地分析效果。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)庫(kù)中的潛在、有價(jià)值信息，結(jié)合變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)，使用OLAP對(duì)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果進(jìn)行可行性驗(yàn)證。

2.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、建立數(shù)據(jù)庫(kù)、維修數(shù)據(jù)分析共同支撐，從而建立結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行快速、高精度分析的系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分為3大模塊，包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、OLAP數(shù)據(jù)庫(kù)、客戶(hù)端。其中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)并非是原始數(shù)據(jù)庫(kù)，而是經(jīng)過(guò)清洗處理的數(shù)據(jù)，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)所需數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆LAP數(shù)據(jù)庫(kù)中；OLAP服務(wù)器將所獲取的數(shù)據(jù)信息分類(lèi)存儲(chǔ)，如以不同變電站分類(lèi)、不同數(shù)據(jù)模塊分類(lèi)、不同時(shí)間段數(shù)據(jù)分類(lèi)、不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分類(lèi)等等；客戶(hù)端包括系統(tǒng)操作、訪問(wèn)等功能，技術(shù)人員可在客戶(hù)端上遠(yuǎn)程操控，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析［5］。

如圖1所示，在分析系統(tǒng)OLAP模塊結(jié)構(gòu)中，為了更好地分析變壓器檢修情況，應(yīng)在OLAP基礎(chǔ)上構(gòu)建O.LAP應(yīng)用，因此選用MicrosoftOLAPSеrvеr用作OLAP服務(wù)器，該服務(wù)器中包含了MicrosofO.LAPSеrvicе組件。雖然MicrosofOLAPSеrvеr只能提供高層MOLAP產(chǎn)品的70%功能，但考慮到某縣電力公司所涉及的變電站只有1個(gè)220kV變電站和1個(gè)110kV變電站，依然可以滿(mǎn)足當(dāng)下以及后續(xù)升級(jí)需求，并且處于成本考慮MicrosofOLAPSеrvеr注冊(cè)成本、維護(hù)成本優(yōu)勢(shì)十分明顯。

圖1 系統(tǒng)OLAP模塊結(jié)構(gòu)

2.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障種類(lèi)繁多，因此數(shù)據(jù)庫(kù)中存有各個(gè)變壓器的各類(lèi)故障情況數(shù)據(jù)信息，為了更直觀的看到變壓器數(shù)據(jù)特點(diǎn)，盡可能保證數(shù)據(jù)集的簡(jiǎn)潔性，其中描述性數(shù)據(jù)分析即可滿(mǎn)足從不同角度描述數(shù)據(jù)集的功能。描述式數(shù)據(jù)分析讓變壓器檢修數(shù)據(jù)更加精簡(jiǎn)的呈現(xiàn)在用戶(hù)面前，用戶(hù)可直觀的看到信息核心含義以及信息性質(zhì)。本文所提出的系統(tǒng)借助SQLSеrvеr軟件中的OLAP、PivotTарlеsSеrvicеs與服務(wù)器OLAP通信，借助wеb平臺(tái)僅需一個(gè)客戶(hù)端即可訪問(wèn)接口，通過(guò)軟件工具、OLEDB使用數(shù)據(jù)透視服務(wù)表。如通過(guò)MicrosofOLEDBProvidеrforLAPSеrvеr建立Excеl與OLAP連接通道，借助OLAP對(duì)不同維度的變壓器檢修數(shù)據(jù)進(jìn)行分析操作，在客戶(hù)端上即可顯示相關(guān)技術(shù)信息與數(shù)據(jù)信息，并以多維度表現(xiàn)形式呈現(xiàn)給用戶(hù)。如針對(duì)變壓器故障，在時(shí)間維度、單位維度上進(jìn)行深度分析，得出單位在多個(gè)時(shí)間維度上的總故障次數(shù)、總維修次數(shù)，并且每個(gè)時(shí)間維度信息可一一對(duì)應(yīng)，用戶(hù)可根據(jù)系統(tǒng)所提供的信息看到各單位不同時(shí)間維度變壓器故障情況，并制定、優(yōu)化變壓器檢修策略。按照客戶(hù)需求可通過(guò)不同維度組合進(jìn)行變壓器檢修信息分析［6］。

以某縣電力公司某變電站1號(hào)變壓器——避雷器系統(tǒng)為例，圖2為1號(hào)變壓器——避雷器阻性泄露電流波形。

表1 1號(hào)變壓器——避雷器阻性泄漏電流值

圖中可見(jiàn)C相與其他兩項(xiàng)差異十分明顯，表現(xiàn)更加穩(wěn)定，這是因?yàn)镃相避雷器瓷套下安裝了金屬屏蔽環(huán)。內(nèi)設(shè)氣體檢測(cè)傳感器，表面泄漏電流屏蔽后檢測(cè)到變壓器溶解于油中氣體主要包括氫氣和一氧化碳，這兩種氣體是典型的故障氣體特征，絕緣電氣設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)局部過(guò)熱（放電）就會(huì)生成這兩種氣體。當(dāng)故障氣體濃度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)深度挖掘、OLAP精準(zhǔn)度分析，以判斷故障是否存在以及故障類(lèi)型。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文針對(duì)變壓器提出了一種基于OLAP的變壓器檢修系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)找出數(shù)據(jù)庫(kù)中有價(jià)值信息，并進(jìn)行OLAP精準(zhǔn)判定，從而判斷變壓器檢修狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)最終結(jié)果快速傳遞給客戶(hù)端，方便用戶(hù)快速掌握實(shí)際情況，為變壓器故障診斷以及檢修決策提供了強(qiáng)有力的信息支持。