变电站附属设备缺陷分析和闭环管理系统研究

王智杰，贾 斌，陈晓东，徐婉舒，李俄昌

（国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东 菏泽274012）

0 引言

变电站设备的运行维护管理是保证安全生产的重要措施。目前，变电站一二次设备台账、检修、缺陷等信息均可在生产管理系统 （PMS）中统一管理，且已开展了多项围绕变电设备状态监测［1］和缺陷分析［2-3］的研究，配套研发了标准化的变电站巡视及作业管理系统［4-5］。但变电站照明、门窗、房屋、围墙、地面、电缆沟、防汛排水等附属辅助设备管理目前仍为空白。运行维护过程中发现的附属设备缺陷需要人工记录，纸质存档，人工上报，层次多、沟通效率低，缺陷统计分析耗时费力。管理人员不能及时掌握附属设备缺陷情况，无法及时确认消除缺陷结果。

针对上述问题，研发变电站附属设备缺陷分析和闭环管理系统，面向不同电压等级变电站，建立变电站附属设备台账和标准化缺陷上报信息模型，提出缺陷趋势分析和疑似家族性缺陷辨识方法，建立缺陷信息上报—消除缺陷工单指派—消除缺陷—验收闭环管理流程。全过程监督附属设备运行维护工单状态，及时掌握设备缺陷信息处理情况。

1 系统设计

1.1 系统总体架构

变电站附属设备缺陷分析和闭环管理系统总体框架如图1所示，由缺陷管理系统和移动终端构成。图中缺陷管理系统包括附属设备的台账信息、缺陷管理和分析，系统的数据源包括附属设备台账信息和缺陷信息，可实现缺陷上报、工单指派、消除缺陷、闭环验收以及缺陷分析等功能。移动终端与管理系统通过专用4G通信网络实现信息交互。系统软件基于CentOS x64 linux操作系统，采用java编写，前端采用HTML5及bootstrap，后端采用springMVC处理人机接口。

图1 系统总体结构

1.2 闭环管理方案

通过现场发现缺陷—缺陷信息上报—消除缺陷—分析—运行维护清单实现附属设备缺陷的闭环管理，如图2所示。运行维护人员通过移动终端上报现场缺陷至管理系统，实现不同站点缺陷数据的集中化管理。管理人员通过系统完成指派和消除缺陷后的审核。审核通过的缺陷记录积累作为缺陷分析的样本，利用智能分析模块评估附属设备状态，为运行维护人员提供重点优先巡视的附属设备清单，提升现场运行维护效率，及时发现缺陷。

图2 闭环管理架构

闭环管理系统应用时涉及现场运行维护人员和各班组长以及专责，具体应用流程如图3所示。

1）现场人员发现运行维护标示等附属设备有问题，登录系统，缺陷上报，提交至班长；

2）班长指派消除缺陷工单至维护人员；

3）维护人员确认收到缺陷信息，并备品备件；

4）维护人员到站上处理缺陷，拍照上传，系统自动推送至班长；

5）班组长根据信息进行线上验收，若验收不合格，则返回到步骤2）继续消除缺陷。验收合格则终结流程。

图3 管理流程

1.3 信息交互

系统数据源包括现场运行维护缺陷信息和设备台账信息。数据源与缺陷消除、缺陷分析应用模型之间的通信采用专用网络实现数据交互。移动终端采用现有物联网技术中电力通信接入的APN专用通道连接后台进行访问［5-6］，确保数据安全。信息架构如图4所示。

图4 信息交互架构

2 系统处理方法

2.1 建立标准化信息模型

为实现变电站附属设备基础信息的统一维护和管理，需建立变电站附属设备的标准化信息模型。通过梳理划分变电站附属设备类别，建立统一台账信息模型，汇总分析当前纸质运行维护工单及缺陷情况，建立标准化缺陷类型和缺陷上报工单，实现变电站附属设备台账信息和运行维护缺陷信息的规范化管理，并整合资源，建立包含附属设备台账、运行维护缺陷工单、知识库的一体化数据模型，为缺陷分析和管理系统提供数据支撑。其中附属设备信息模型包括附属设施类别、设施名称、型号、厂家、投运日期、电压等级等。具体附属设备的类型划分如表1所示。

表1 附属设备类型

附属设备标准化信息模型管理实现了附属设备台账和缺陷类型以及预警规则的管理，提供设备类别及名称、型号、厂家信息、缺陷类型、设备超期、消除缺陷时效、关键状态量监测预警规则的增删改查管理。

2.2 缺陷分析

通过标准化信息模型，获取不同设备类型和型号的不同缺陷类型运行维护缺陷数据。在此基础上，通过对变电站附属设备缺陷聚类［7］分析家族设备状态，识别其中家族性特征。统计不同设备厂家某种型号某类型缺陷发生的次数，缺陷次数大于阈值时判断为疑似家族性缺陷，根据设定的阈值及缺陷统计信息，及时推送设备预警信息，实现对变电站缺陷运行维护的集中监控和管理。

结合历史缺陷信息，从厂家、型号、安装站点和投运年限等维度对变电站附属设备进行统计分析，计算不同站不同设备缺陷率，通过横向分析和纵向对比得到缺陷率统计分布规律。分析不同季节设备故障率，采用最小二乘法进行趋势分析，预测设备故障率，指导运行维护，并对未来一段时间的变电站附属设备备品备件数量进行预测，优化备品备件的管理，提高缺陷消除的效率。

3 系统功能及应用

3.1 缺陷上报功能

用于采集现场运行维护发现的附属设备缺陷，建立标准化的缺陷上报信息模型，确保数据结构的完整性。缺陷上报模块支持文本信息的录入和现场图片的采集，包括变电站信息、缺陷设备类别、缺陷设备名称、设备类型及型号、位置、缺陷类型、缺陷描述和现场缺陷图片。

现场运行维护过程中，发现附属设备存在缺陷的，登陆手机APP，填写缺陷信息。包括变电站、设备类别、设备名称、设备型号、设备位置、缺陷类型、缺陷描述，并将缺陷现场拍照上传，点击缺陷上报，系统自动生成缺陷工单，记录缺陷上报时间，并推送至本班组班长。缺陷上报界面如图5所示。

图5 手机APP缺陷上报功能界面

3.2 缺陷工单指派

运行维护班组长或者专责收到上报的缺陷信息后，在待指派模块下，可查看待指派缺陷工单及缺陷详细信息，并指派给本班组成员进行现场消除缺陷。缺陷工单指派如图6所示。

图6 缺陷工单指派功能界面

3.3 消除缺陷

消除缺陷工单模块可查询待消除缺陷的工单、缺陷信息以及缺陷处理的优先级顺序，被指派的运行维护人员根据缺陷工单信息备品备件，现场消除缺陷，并将消除缺陷后的现场情况拍照上传。为线上验收评审提供依据，如图7所示。

图7 消除缺陷界面

3.4 线上审核验收

如图8所示，在审核模块下可查询缺陷工单待审核信息以及该缺陷工单已经生成的时间，查看缺陷信息以及现场消除缺陷结果，审核是否通过验收。

图8 线上审核验收界面

3.5 缺陷统计及分析

根据缺陷上报、消除缺陷工单指派、消除缺陷、验收各个环节的信息，统计缺陷工单所在环节和负责人，全面掌握设备缺陷处理状态，及时督促负责人处理缺陷工单，提高缺陷消除速率，缩短工单流转时间。

基于缺陷设备型号关联设备厂家，对比不同厂站、不同厂家同一类型设备，同一生产厂家不同设备，同一厂家同一类型设备信息，统计多个现场发生的同一厂家设备缺陷率，基于一定阈值预判潜在性家族缺陷，生成缺陷因素清单，推送至现场运行维护人员移动终端，运行维护人员查看清单，现场排查，并将排查结果通过终端上传至管理系统，如图9所示。

图9 缺陷统计功能界面

目前此系统已在国网山东省电力公司菏泽供电公司试用，对变电站附属设备台账和标准化缺陷上报、现场消除缺陷、验收闭环管理进行测试，实现了现场缺陷数据的统一管理、缺陷运行维护过程的监控和信息化支撑。

4 结语

建立变电站各类附属设备台账信息模型，对附属设备类型归类划分，对基础数据、缺陷数据进行统一管理，提高数据质量。建立附属设备缺陷信息化管理流程，缺陷信息上报—消除缺陷工单指派—消除缺陷—验收闭环管理，缩短消除缺陷周期。利用智能终端对附属设备缺陷进行线上消除缺陷指派和审核，提高附属设备消除缺陷效率。管理自动化，减少数据统计工时，全过程监督附属设备运行维护工单状态，及时掌握设备缺陷信息处理情况，合理配置运行维护人员资源，提升变电站附属设备管理水平。