一种电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法

摘要

本发明提供了一种电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法，该系统包括：数据管理单元、权限管理单元、健康评估单元以及故障预测单元，所述数据管理单元包括数据库接口模块、评估策略模块、数据整理模块，所述数据库接口模块用于从公有云数据库中获取电力配电站内配网开关设备的运行数据；所述方法将配网开关设备的运行数据划分为五层指标数据，采用从下往上逐步递归的计算方法获得电力配电站的健康分数数据。本发明借助工业互联网平台通过健康评估实现远程运维服务，提高自动化水平，减少人工成本，可以对电力配电站及配网开关设备的运行状况进行基于量化评估的可视化管理，并形成设备数字档案和工业知识库，提供基于数据的精准运维服务。

说明书

技术领域

本发明涉及电力配电系统技术领域，特别是涉及一种电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法。

背景技术

电力配电站及其内部的配网开关设备在电力系统中是最基础的电工装备，市场应用量大、面广，且管理单位基本上是各行各业的终端用户。一般每个终端用户的电力配电站都有多面配网开关设备按照不同组合，构成一个或多个电力配电系统，为用户的电力供给提供分配、承载、控制的作用。因此来说，电力配电站及其配网开关设备的运行健康状况，对用户安全可靠用电至关重要。但传统的电力配电站及其配网开关设备运行管理没有建立科学有效健康评价体系，用户单位根据电力行业通用安全管理办法，配置相应的电工进行值守和定期巡检作为运行保障手段，在电力配电站或配网设备故障或异常发生后进行电工凭经验进行排故和恢复供配电，这种被动运维管理模式存在的问题：一是运维管理过于粗放，常见的表征设备健康状况的内部指标没有在线连续监测和可视化、可量化，很难被人工巡检发现，不易提前发现隐患和问题；二是运维管理成本高，需要24小时专业电工值守，由于无计划停电且事故造成停电损失和修复成本较高；三是运维管理经验沉淀少，事故分析处理全靠电工的经验判断，没有快速获取得可参考数据和信息，故障解决方案和方法没有办法形成共享的工业知识库进行沉淀。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法，借助工业互联网平台通过健康评估实现远程运维服务，提高自动化水平，减少人工成本，可以对电力配电站及配网开关设备的运行状况进行基于量化评估的可视化管理，并形成设备数字档案和工业知识库，提供基于数据的精准运维服务。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电力配电站远程运维健康管理系统，该系统包括数据管理单元、权限管理单元、健康评估单元以及故障预测单元，所述数据管理单元包括数据库接口模块、评估策略模块、数据整理模块，所述数据库接口模块用于从公有云数据库中获取电力配电站内配网开关设备的运行数据，所述评估策略模块、数据整理模块按照设定的程序进行数据处理，并将数据处理结果传输至所述健康评估单元；所述健康评估单元用于根据数据处理结果进行健康评估，并用百分值内任意数值量化表示电力配电站健康状态；所述故障预测单元用于基于电力配电站健康状态进行故障预测；所述权限管理单元用于为数据管理单元、健康评估单元以及故障预测单元提供操作安全的授权管理。

本发明还提供了一种电力配电站远程运维健康评估方法，应用于上述的电力配电站远程运维健康管理系统，将电力配电站的运行数据划分为五层指标数据，采用从下往上逐步递归的计算方法获得，包括以下步骤：

S1，实时采集配网开关设备运行过程中的91项工况数据，与参考值数据比较且按照不同的计算规则自动核算得到百分值内的任意数值，得到第五层指标数据；

S2，将步骤S1得到n1到n91共91项任意数值按照Fx＝min(n1，n2，……n91)的方法赋值给配网开关设备运行过程中相关的21项功能部件获得21项第四层指标数据；

S3，将步骤S2得到n1到n21共21项数据按照Fx＝min(n1，n2，……n21)的方法赋值给配网开关设备运行过程中相关的5项功能单元获得5项第三层指标数据；

S4，将第三层指标数据中5项数据n1、n2、n3、n4、n5，基于开关柜主体P1健康影响权重系数K1、断路器室P2健康影响权重系数K2、母线室P3健康影响权重系数K3、电缆室P4健康影响权重系数K4、仪表室P5健康权重系数K5，按照Fx＝n1*K1+n2*K2+n3*K3+n4*K4+n5*K5的方法赋值给电力配电站中的相关的一台配网开关设备S1，获得该台设备的实时健康分数数据；

S5，重复步骤S1-S4，得到电力配电站内所有配网开关设备的实时健康分数数据S1，S2，……Sn，作为第二层指标数据；

S6，将上述第二层指标数据，按照Fx＝min(S1，S2，……Sn)的方法继续赋值给电力配电站获得该电力配电站的健康分数数据，即得到第一层指标数据。

进一步的，所述方法还包括：

依据电力配电站的健康分数数据在一个设定周期内累计的历史数据，根据数据曲线的趋势预测电力配电站未来一个设定周期可能发生异常的概率。

进一步的，所述设定周期大于等于12个月。

进一步的，所述开关柜主体P1健康影响权重系数K1为0.2，断路器室P2健康影响权重系数K2为0.25、母线室P3健康影响权重系数K3为0.15、电缆室P4健康影响权重系数K4为0.2、仪表室P5健康权重系数K5为0.2。

进一步的，所述步骤S1中，所述不同的计算规则具体包括：定性计算规则、定量计算规则两种类型。

进一步的，所述可优化的参考值优化赋值方法有三种：

第一是根据设备运行年限逐年降低0.05的系数核减；

第二是根据电力配电站内所有配网开关设备运行的数据的均值自动赋值；

第三是依据行业标准或经验给的定值。

进一步的，所述步骤S1中，实时采集配网开关设备运行过程中的91项工况数据，具体包括：

通过在线传感器与物联网网关通信连接自动采集23项，采集频率为5-20秒，则打分频率为5-20秒；

通过人工定期手持设备或目测巡检采集19项，采集频率为15-30天，则打分频率为15-30天；

通过设备预防性专业试验采集49项，采集频率为1-3年，则打分频率为1-3年。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法，借助工业互联网平台通过健康评估实现远程运维服务，可以对电力配电站及配网开关设备的运行状况进行基于量化评估的可视化管理，进而提前评估隐患和异常，提高供电可靠性；同时，减少用户对专业运维人员的依赖性和工作量，降低管理成本；最重要得是可以形成连续的设备数字档案和工业知识库，形成基于数据的精准运维服务，延长设备使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例电力配电站远程运维健康管理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例电力配电站远程运维健康评估方法的流程示意图；

图3为本发明实施例五层指标数据的划分示意图；

图4为本发明实施例导体温升指标定量计算规则曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法，能够进行远程运维服务，提高自动化水平，减少人工成本，可以对电力配电站及配网开关设备的运行状况进行基于量化评估的可视化管理，并形成设备数字档案和工业知识库，提供基于数据的精准运维服务。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的电力配电站远程运维健康管理系统包括数据管理单元、权限管理单元、健康评估单元以及故障预测单元，所述数据管理单元包括数据库接口模块、评估策略模块、数据整理模块，所述数据库接口模块用于从公有云数据库中获取电力配电站内配网开关设备的运行数据，所述评估策略模块、数据整理模块按照设定的程序进行数据处理，并将数据处理结果传输至所述健康评估单元；所述健康评估单元用于根据数据处理结果进行健康评估，并用百分值内任意数值量化表示电力配电站健康状态；所述故障预测单元用于基于电力配电站健康状态进行故障预测；所述权限管理单元用于为数据管理单元、健康评估单元以及故障预测单元提供操作安全的授权管理。

如图2和图3所示，本发明还提供了一种电力配电站远程运维健康评估方法，应用于上述的电力配电站远程运维健康管理系统，将电力配电站的运行数据划分为五层指标数据，采用从下往上逐步递归的计算方法获得，包括以下步骤：

S1，实时采集配网开关设备运行过程中的91项工况数据，与参考值数据比较且按照不同的计算规则自动核算得到百分值内的任意数值，得到第五层指标数据；所述91项工况数据包括：A相绝缘电阻、B相绝缘电阻、C相绝缘电阻、A相触头(上)温度、B相触头(上)温度、C相触头(上)温度、A相触头(下)温度、B相触头(下)温度、C相触头(下)温度、A相电缆头温度、B相电缆头温度、C相电缆头温度、柜内灰尘含量、柜内最高噪音、A相回路电阻、B相回路电阻、C相回路电阻、绝缘件破裂情况、安全工器具情况等；上述91项指标均设计有一个可优化的参考值和一套评价规则，每个指标的实际测量值根据其对应评价规则进行打分，把测量值转化为分值作为第五层指标的量化数据使用；

S2，将步骤S1得到n1到n91共91项任意数值按照Fx＝min(n1，n2，……n91)的方法赋值给配网开关设备运行过程中相关的21项功能部件获得21项第四层指标数据，21项指标包括1-外绝缘、2-内绝缘、3-外绝缘环境、4-人机交换、5-气体指标、6-辅助部件、7-回路电阻、8-连接点温度、9-机械特性、10-断路器操作、11-断路器绝缘、12-母排搭接点温度、13-绝缘件状态、14-电缆搭接点温度、15-绝缘件状态、16-接地开关操作、17-设备接地、18-辅助回路绝缘、19-仪表信号、20-保护传动、21-人身安全；即：第五层指标数据根据其失效后的影响范围向上归集到相关第四层21项指标，即附图3中对应的框内第四层指标下方即为对应的第五层指标数据，且21项指标的量化数据是从其关联的第五层指标数据的量化数据中进行比较，选择最小值进行赋值使用，例如第五层指标数据中的“A相绝缘电阻值、B相绝缘电阻值、极化指数分值等”实际测量值根据其对应评价规则进行打分，把测量值转化为分值，从分值中进行比较选择最小值赋值给第四层指标数据“1-外绝缘”；

S3，将步骤S2得到n1到n21共21项数据按照Fx＝min(n1，n2，……n21)的方法赋值给配网开关设备运行过程中相关的5项功能单元获得5项第三层指标数据，分别为：P1开关柜主体、P2断路器室、P3母线室、P4电缆室、P5仪表室；即：第四层指标数据根据其所属配网开关设备的不同功能单元相上归集到相关的第三层5项指标，且5项指标的量化数据是从其关联的第四层指标的量化数据中进行比较，选择最小值进行赋值使用，例如，第四层指标的“绝缘电阻、外绝缘环境、人机安全、内绝缘、气体特征、环境特征”等分值中进行比较选择最小值赋值给第三层指标数据“P1开关柜主体”；

S4，将第三层指标数据中5项数据n1、n2、n3、n4、n5，基于开关柜主体P1健康影响权重系数K1、断路器室P2健康影响权重系数K2、母线室P3健康影响权重系数K3、电缆室P4健康影响权重系数K4、仪表室P5健康权重系数K5，按照Fx＝n1*K1+n2*K2+n3*K3+n4*K4+n5*K5的方法赋值给电力配电站中的相关的一台配网开关设备S1，获得该台设备的实时健康分数数据；即：第三层指标根据经验分别赋予权重系数，并通过指标与系数相乘，再把5项指标分值相加赋值给第二层指标配网开关设备作为健康值使用；其中，所述开关柜主体P1健康影响权重系数K1为0.2，断路器室P2健康影响权重系数K2为0.25、母线室P3健康影响权重系数K3为0.15、电缆室P4健康影响权重系数K4为0.2、仪表室P5健康权重系数K5为0.2；

S5，重复步骤S1-S4，得到电力配电站内所有配网开关设备的实时健康分数数据S1，S2，……Sn，作为第二层指标数据，即配电开关设备健康指标；

S6，将上述第二层指标数据，按照Fx＝min(S1，S2，……Sn)的方法继续赋值给电力配电站获得该电力配电站的健康分数数据，即第一层指标数据。

所述方法还包括：

依据电力配电站的健康分数数据在一个设定周期内累计的历史数据，根据数据曲线的趋势预测电力配电站未来一个设定周期可能发生异常的概率。所述设定周期大于等于12个月。

其中，所述步骤S1中，所述不同的计算规则具体包括：定性计算规则、定量计算规则两种类型；

所述定性计算规则包括：绝缘件破裂情况、功能操作指示齐全、安全操作提示、分合闸指示与实际位置对应情况、保护功能齐全、传动功能齐全等31项指标，见图3中第五层指标带*号的指标数据；

所述定量计算规则包括：柜内灰尘含量、柜内最高噪音、导体温升、三相最大温差、A/B/C相绝缘电阻(主回路)、A/B/C相回路电阻值、局部放电测量的指标等共60项指标，见图3中第五层指标不带*号的指标数据。

上述指标都预设有一个可优化的参考值，对应的分值为100分；根据采集实时值与参考值的对比，按照不同的计算规则实时打分。

所述可优化的参考值优化赋值方法有三种：

第一是根据设备运行年限逐年降低0.05的系数核减，分别是绝缘电阻等11项指标；

第二是根据电力配电站内所有配网开关设备运行的数据的均值自动赋值，分别是运行噪音等6项指标；

第三是依据行业标准或经验给的定值，分别是三相最大温差值等74项。

例如，上述的定量评估规则如图4所示导体温升指标评分曲线图，对应的第五层指标数据为“A相触头(上)温度、B相触头(上)温度、C相触头(上)温度、A相触头(下)温度、B相触头(下)温度、C相触头(下)温度、A相电缆头温度、B相电缆头温度、C相电缆头温度”等，其参考值依据行业标准或经验把45℃-75℃温度非线性等同为100-10分，按照该规则对实际测量值给出具体分值。

上述定性评估规则如表1所示绝缘件破裂指标评分参考：对应的第五层指标数据绝缘件破裂情况按照经验将“正常并进行定期维保、正常但未进行定期维保、异常但无放电痕迹、异常且有放电痕迹、异常且明显放电”五种失效表象等同为“100、75、50、25、0”分，按照该规则对实际测量值给出具体分值。

其中，所述步骤S1中，实时采集配网开关设备运行过程中的91项工况数据，具体包括：

通过在线传感器与物联网网关通信连接自动采集23项，采集频率为5-20秒，则打分频率为5-20秒；23项分别指：最高柜内温度、最低柜内温度、24H柜内平均环境温度、最高柜内湿度、24H柜内平均湿度、柜内灰尘颗粒含量、柜内最高噪音、柜内0

通过人工定期手持设备或目测巡检采集19项，采集频率为15-30天，则打分频率为15-30天；19项分别指：局部放电测量、操作手柄齐全、安全工器具齐全、辅助小车装置齐全、柜内照明正常、柜内关闭正常、柜内观察点正常、SF6压力指示正常、三相带电显示正常、加热除湿功能正常、是否明显异味、绝缘件(上触头盒、绝缘子)使用年限、绝缘件(下触头盒、传感器)使用年限、分合闸指示与实际位置一致、仪表保护显示正常、柜内安全操作提示完好、操作提示牌齐全且悬挂正确、设备绝缘防护措施到位；

通过设备预防性专业试验采集49项，采集频率为1-3年，则打分频率为1-3年。49项分别是：A相绝缘电阻(主回路)、B相绝缘电阻(主回路)、C相绝缘电阻(主回路)、A相极化指数(主回路)、B相极化指数(主回路)、C相极化指数(主回路)、A相吸收比(主回路)、B相极化指数(主回路)、C相极化指数(主回路)、三相对地工频耐压、隔离断口耐压、相间工频耐压、A相回路电阻值、B相回路电阻值、C相回路电阻值、断路器A相合闸时间、断路器B相合闸时间、断路器C相合闸时间、断路器A相分闸时间、断路器B相分闸时间、断路器C相分闸时间、断路器三相合闸不同期、分闸弹跳、三相合闸平均速度、三相分闸平均速度、断路器分闸最低动作电压、断路器合闸最低动作电压、断路器储能最低动作电压、断路器手车进退正常、断路器与接地开关连锁正常、合闸线圈绝缘电阻、分闸线圈绝缘电阻、断路器三相对地工频耐压、三相真空断口工频耐压、接地开关与后门连锁正常、接地开关操作正常、接地开关与断路器手车连锁正常、设备外壳及可触及手柄接地连续性测量、辅助控制回路绝缘电阻、辅助控制回路交流耐压、保护功能齐全、传动操作正常、绝缘件(穿墙套管)破裂情况、绝缘件(上触头盒)破裂情况、绝缘件(绝缘子)破裂情况、绝缘件(上触头盒、绝缘子)放电痕迹、绝缘件(下触头盒)破裂情况、绝缘件(传感器)破裂情况、绝缘件下触头盒、传感器)放电痕迹。

表1：绝缘件破裂指标评分参考

本发明提供的电力配电站远程运维健康管理系统及健康评估方法，借助工业互联网平台通过健康评估实现远程运维服务，可以对电力配电站及配网开关设备的运行状况进行基于量化评估的可视化管理，进而提前评估隐患和异常，提高供电可靠性；同时，减少用户对专业运维人员的依赖性和工作量，降低管理成本；最重要得是可以形成连续的设备数字档案和工业知识库，形成基于数据的精准运维服务，延长设备使用寿命。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。