状态检修辅助系统实用化方法探索

陶 敏

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

1 状态检修辅助系统的提出

随着国民经济的平稳较快发展，我国的电网规模不断壮大，输变电设备数量迅速增加。传统电力系统中输变电设备检修方式大多为计划检修和故障检修，这种方式下制订的检修策略往往导致维修不足或过剩，既浪费了大量的人力物力，也影响了设备的稳定运行和可用率，已经不能满足新的电网运行需求。状态检修是一种以设备状态为基础的预防性检修，根据状态检测和诊断技术提供的设备状态信息评估设备状态，并确定检修时间、检修等级、检修项目等，可以最大程度地优化系统可用性及减少维修成本。

状态评价是状态检修的基础，需要采集和处理大量数据，并根据评价导则公正地得出结果。根据统计，一台变压器相关的状态量有22个，量测量有400个，而一个地区局的变压器超过200台，采集的数据近10万条。而需要评价的全部设备有一万多台，如果采用人工的方式进行，费时费力，并且由于对导则的理解不一，还存在出错的可能，其结果的公正性、正确性难以保证。而通过计算机系统建立状态检修辅助系统，则可以自动完成数据采集、数据处理、根据导则评价设备、提出检修建议等功能。

2 主要功能及设计思路

设备状态检修辅助系统获取并处理输变电设备相关基础资料、设备实时/历史数据等反映设备状态的特征参数，评价设备当前状态状况及风险，预测未来发展趋势。对状态劣化和趋势不良的设备及时发布状态预警消息，并进行故障模式和原因的分析。最终通过综合优化检修策略模型分析，提出检修决策建议。功能模块分为六类，分别是数据获取（Data Acquisition，DA），数据处理（Data Manipulation，DM），状态监测（State Detection， SD）， 健康评价（Health Assessment， HA），预测评价（Prognostic Assessment，PA）， 决策建议（Advisory Generation， AG）。

根据系统间功能松耦合的原则，状态检修辅助系统的作用是采集由其他系统管理的基础数据，根据状态评价的导则、故障诊断的模型、预测的算法和检修决策的经验得出相应的结果，辅助状态检修。基础数据由相应的信息系统进行管理，如设备台帐、试验数据、缺陷记录、运行记录归入生产管理系统（以下简称PMS），实时运行工况、在线监测数据归入实时/历史数据库。这种功能划分有利于从作业管理、流程管理、辅助决策等方面明确各系统的定位，状态检修辅助系统不对基础数据进行管理，因而其实用化依赖其他系统中数据的完整性和规范性。

正因为状态维修辅助系统与其他系统之间的分工与合作，使其可以更专注于满足数据源、导则和结果应用的变化。为适应此变化，系统应具有开放性、灵活性、可扩展性，系统设计时应采用平台级应用的设计思路，首先设计和构建与具体业务无关的核心平台，在此基础上逐步完成模块的功能开发和各类设备规则的配置，实现输变电设备状态评价和检修策略辅助决策的功能。

3 实用化问题及分析

信息系统的根本任务就是要为业务运作提供强有力的支持，既能满足目前业务的功能和性能需求，又具备充分的可伸缩性，能灵活适应未来的业务变化。状态检修辅助系统的实用化目标是应评价的设备都进行了评价，评价结果与设备实际状态相符，可以指导状态检修工作。

在浙江省电力公司输变电设备状态检修辅助系统的实用化过程中，发现有评价结果与设备实际状态存在很大差距的现象。如评价结果中主变大部分为“严重异常”，断路器大部分为“异常”，其他类设备基本是满分的“良好”状态。而实际运行的设备大部分是“良好”或“正常”状态，“异常”、“严重异常”只有少数。另外，都是满分的“良好”也不能客观地反映设备的真实状态。几种因素相互影响，实用化进展受阻。

通过对典型设备的结果、数据、算法的仔细检查和分析，发现造成评价结果与实际不符的主要原因有以下几方面，评价与实际不符的影响因素如图1所示。

（1）设备台帐类原因。得出评价结果的设备与应该评价的设备不一致，导致这种现象的原因之一是从设备台帐中选择设备时选择条件不够精细。如闸刀中的接地闸刀、变压器套管的电流互感器等不需要评价的设备，在台帐中与需评价设备属于同一类，造成了多评。另一原因是设备的状态未区别，如台帐中应该评价的是“在运”状态的设备，但“已退运”和“废弃”等状态的设备同样列于设备台帐中而未加区分。以上原因引起了应评价的设备在数量和类型上的不符。

图1 评价与实际不符的影响因素

（2）试验数据类的原因。目前状态评价方法多以离线试验数据为主，并且在主变压器和断路器的评分方法中增加了“缺少关键数据扣分”的策略，所以试验数据的缺失或错误将对评价结果产生很大的影响。如主变压器没有试验数据，其得分只有16分，为重大异常状态，断路器没有试验数据，得分是75分，为注意状态。部份设备由于缺少交接试验报告，导致一些需要与交接值比较的算法不能计算或直接引起缺交接值扣分。有些设备的试验数据输入时量纲不一致，在计算时扣分。还有的试验数据受现场条件的限制，无法准确测得，如直流电阻项，因变压器在停役后进行试验，油温和绕组温度间存在误差，而现场只能读取变压器油温，绕组具体温度不确定，交接时实际绕组温度和记录的温度也可能存在误差，因此记录温度与实际绕组温度存在较大的偏差，根据折算公式，温差2.5℃将引起直流电阻约1%的误差。

（3）缺陷、运行记录类原因。如消缺记录没有及时录入将会导致缺陷一直存在而扣分。

（4）评价导则类原因。评价导则的评价计分方法相对来说是原则性的，而在辅助系统中的实现必须是刚性的，这将导致一些实际正常的数据引起扣分。如状态量“绕组介损”的一条导则算法是：“测量值和交接值的变化按0.5-1.0-1.5扣0-10-15分的斜率扣分。”在交接数据较小时就容易被扣分。

（5）计算机编程错误会造成误扣分，此类问题一经发现较易修改，所以实用化时影响较小。

（6）数据获取类原因。有些数据在PMS中能看到，但评价时却没有数据，一种情况是试验报告中没有数据；另一种情况是报告中对某些测量位置描述比较随意，比如“高、中、低压-地”绕组介质损耗，描述成“高中低压对地”、“H，M，LD”等，接口程序将无法识别；还有一种情况是与报告关联的设备名称已被删除，但误认为是当前设备的试验报告，这往往是因设备维护不规范引起的。试验报告与设备的关系不对应也常引起无法获取数据，有些设备试验报告是按单相设备出的，有些是三相设备一起出，而评价时是以单台设备为对象，因此造成数据与设备不对应。

4 实用化方法

实用化方法总的来说有管理类方法和技术类方法。管理类方法以技术类方法为手段，技术类方法为管理类方法作支撑。在状态检修辅助系统实用化过程中，比较有效的管理类方法有迭代式成果实施推广法、集中办公、实用化检查等，技术类方法有制定基础数据规范、细化导则解析、提供数据检查工具等。

（1）“迭代式”是统一软件开发过程（RUP）提出的一种开发方法，它将项目分解成许多袖珍项目，每一个袖珍项目都作为一次迭代。这种方法能降低风险，获得一个健壮的构架，处理不断变化的需求，允许灵活改变，实现持续的集成。采用“迭代式成果实施推广法”全面开展全省输变电一次设备状态检修的实用工作，以单局试点、全省两站两线、全省全部设备迭代式推进，最终实现地区局覆盖率100%，设备覆盖率100%，取得了显著的经济效益和社会效益。正是由于采取了“迭代式”的应用推广方式，推广的效果变得更可控，管理模式的更迭变得更平稳。

（2）集中办公就是将与某项工作相关的人员集中在同一办公地点，在指定的时间内完成既定的任务。在涉及多个单位部门紧密配合完成的工作时，集中办公不失为一种比较好的方式。在状态检修辅助系统实用化的初期，由于系统的稳定性、评价导则的适用性、基础数据的完整性和正确性都未得到充分验证，而每一部分都由不同的单位负责，所以更有必要进行集中办公。通过集中办公，理清了问题的起因，明确了改进的方法和责任单位，并在现场解决了大量的问题，形成了实用化的工作模式。

（3）在完善状态评价的工作机制时使用“负反馈调节法”，根据评价结果与实际状态的差异来反馈修正状态检修各个环节中的数据处理规则与评价导则等，高效地实现评价方法的修正。浙江省电力公司实施CBM系统中，考虑到大部分设备的实际状态都是“良好”，将这个状态设定为目标值，将扣分项作为差值。为了提高调节的效率，每次都选择影响最大的状态量进行分析，调整后重新评价，再重复上面的步骤。例如，发现某变电站1号主变压器的绕组直流电阻扣分值很大时，检查该变压器A相，发现系因缺试验数据而扣分。而在PMS的试验管理中有试验报告，但报告是与设备组1号主变压器相关联的，从而导致获取1号主变压器A相试验数据不成功。查明原因后，对接口程序作相应改进，使其能从相关的设备组试验报告中获取分相设备的试验数据，从而大大改善了这类设备数据缺失扣分的情况。正是由于采用了“负反馈调节法”状态评价完善机制，各种推广方式才能得以成功推行，比如“两站两线”、深化完善的集中办公等均能在短期内取得极佳的效果。

（4）进行阶段性的实用化验收，确保实用化目标的实现。首先，管理部门制定和发布实用化验收标准，明确工作目标，并将目标细化成可量化的指标，以及指标的计算方法和抽样方法。目的是加强实用化验收的可操作性，让使用单位可以自己进行对照检查。验收标准的重点是可以量化。浙江省电力公司根据状态检修辅助系统的实用化目标，设置设备符合度、基础数据完整率和评价结果符合度3个量化目标，设备符合度用来检查所有的应评价设备是否已完成评价；基础数据完整率用来检查是否所有的评价所需数据都已录入；评价结果符合度用来检查结果的实用性。

（5）制定基础数据规范。基础数据是指状态评价所需要的设备、试验数据、缺陷、运行记录，设备应规范类型，成组设备的组合方式等。试验数据应规范量测名称、输入格式、位置描述、量纲、数据来源。试验报告的位置描述主要有被试绕组、分接档位、运行电压、相别、测试部位、抽头等测量位置或设备特性参数，这些数据用于定位试验项测量数据，因此有必要规定一个标准的取值范围。缺陷记录应规范缺陷描述、程度等。浙江省电力公司已发布《输变电设备状态检修基础数据规范》，使基础数据的记录方式、语义得到统一，从而解决因不同单位、人员记录数据不一致而导致数据不能被正确利用的问题。

（6）细化导则解析。导则解析是对设备评价导则中的评分标准进行实例化，将评分标准中的数据、处理方法与实际数据进行关联，清晰量测量的来源、要求值的定义。而导则解析的细化则是针对具体情况提出的处理方法。比如前文中提到的“绕组介损在交接数据较小时容易引起扣分”的情况，需要增加一条“交接值小于0.0025时不扣分”的处理规则。细化的导则解析相当于法律的司法解释，使导则更具可操作性，更接近设备管理的生产实际。

（7）提供数据检查工具。数据检查工具是在信息系统中提供的数据自动统计功能，帮助使用人员分析原因、统计工作量等。由于需要评价的设备数据量很大，涉及的基础数据、中间量、状态量数据更多，通过人工逐条检查是不现实的。设计开发数据检查工具，可以有效帮助数据录入、查找缺失或有问题的数据，也可帮助管理人员了解关键问题所在。CBM系统实施过程中，开发了设备评价及扣分汇总、未录入数据统计、缺数据扣分统计等工具。例如“未录入数据统计”可按设备和状态量查看、统计试验数据和运行记录录入率。针对检查扣分情况的“设备评价及扣分统计”，可按不同的评价结果查看每台设备的扣分项。

5 结语

通过状态检修辅助系统实用化的实践，得到以下有效的方法和经验：

（1）实用化应采用管理办法与技术办法并举，并且以管理办法为主。

（2）在多个单位进行推广时，要充分考虑实施的复杂性。多家单位推广与在一家单位使用有本质上的区别，其工作不是一家实施时的简单复制，需要形成适合所有单位的应用模式。在推广的过程中还涉及管理理念、管理方式的传播。

（3）基础数据的规范、完整直接影响状态检修辅助系统的实用化。通过状态检修辅助系统的实用化，发现基础数据管理中的问题，促进基础数据管理的规范、及时，可以把与状态检修辅助系统类似的高层次应用作为信息化系统实用化的抓手。

（4）采用负反馈法可以快速地逼近结果。以实际结果为导向，找出偏差原因，制定可行措施，逐次稳步逼近。

（5）系统实用化一定要有常态化的管理机制。通过集中办公、验收检查可以达到短期的实用化目标，但系统的实用化需要有常态化的机制保障。

状态检修辅助系统建设的有效性是状态检修工作深入开展的必要条件，是状态检修科学发展的信息支撑，需要经历一个长期的改进过程，必须在实践中持续完善，才能真正实现传统检修向状态检修的转变。

[1]ISO 13374-1∶2003 （E） Condition monitoring and diagnostics of machines-Data processing，communication and presentation[S].Switzerland，2003.

[2]IVAR JACOBSON，GRADY BOOCH，JAMES RUMBAUGH.统一软件开发过程[M].北京：机械出版社，2002.