基于知识库的电力设备全寿命周期管理系统设计与应用

杨鲲鹏 杜道强 吴超锋

摘 要：电力设备的正常运行是电力供应的基础保障。随着电力设备规模日益增大，电力设备管理需要采用更加数字化、智能化的方法解决电力设备全寿命周期管理过程中任务量大、工作效率低等问题。分析了当前电力供需格局和设备管理模式，提出了基于知识库的电力设备全寿命周期管理框架，从电力设备全寿命周期信息获取、基于知识图谱的设备信息关联与匹配，以及基于知识库的电力设备管理决策等三方面提出了电力设备全寿命周期管理的实施方案，以进一步提高电力公司设备管理信息化和规范化水平。

关键词：电力设备;知识库;全寿命周期;设备管理

中图分类号：TG519.3     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）1-0050-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.011

Design and Application of Power Equipment Life Cycle Management System based on Knowledge Database

YANG Kunpeng DU Daoqiang WU Chaofeng

（Gongyi Power Supply Company，State Grid Corporation of China，Gongyi 451200，China）

Abstract： The normal operation of power equipment is the basic guarantee of power supply. With the increasing scale of power equipment， power equipment management needs to adopt more digital and intelligent methods to solve the problems of large tasks and low work efficiency in the whole life cycle management process of power equipment. The current power supply and demand pattern and equipment management mode was analyzed， and the power equipment life cycle management framework based on knowledge database was put forward. In order to further improve the informatization and standardization level of equipment management in power companies， puts forward the implementation scheme of power equipment life-cycle management from three aspects including power equipment life-cycle information acquisition， equipment information association and matching based on knowledge graph， and power equipment management decision based on knowledge database.

Keywords： power equipment; knowledge database; life cycle; equipment management

0 引言

以新一代數字技术为代表的第四次工业革命向经济社会各领域全面渗透，正引领生产方式和经营管理模式快速变革。数字中国建设背景下，电网企业管理需要全面贯彻新发展理念，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展，以新发展创造新辉煌。在宏观经济运行总体平稳，服务业和高新技术及装备制造业较快发展，冬季寒潮、夏季高温，电能替代快速推广，城农网改造升级释放电力需求等因素综合影响下，全社会用电量实现较快增长。随着电力需求的增加，电网规模随之扩大，电力运行的设备数量急剧增加。与此同时，随着直流输电技术大量应用、新能源大规模接入，对系统调峰调频和电压调节能力提出了更高要求。因此，电力设备日常的运维工作直接关系着电网的供电质量，而供电质量的提高和电力运行维护管理是一项复杂的工作，涉及的内容繁多，亟须改革传统设备管理方式，提高电网设备安全性、可靠性，增强设备抵御风险的能力。构建覆盖电力设备全寿命周期的一体化数字业务平台，以数据驱动设备管理高效协作和高质量决策，实现设备全寿命周期实时监控、动态分析和风险管控，全面提升电网企业设备管理能力。

1 电力供需格局与电力设备管理模式

“十四五”时期我国经济社会发展将达到较高水平，科技水平大幅提高。西部大开发、东北振兴、京津冀协同发展等区域战略深入实施，形成区域协调均衡发展新格局。未来，城市化率进一步提高，人口逐步达到饱和。经济结构进一步优化，第三产业增加值比重达到较高水平，现代服务业将成为主导。在电力需求侧，人均用电水平不断攀升，全社会用电量及最大负荷将带来新的挑战（见表1）。在电力供给侧，主要供给方式为煤电、燃气发电、清洁能源发电、水电、核电、风电、太阳能发电，以及抽蓄、电化学储能等调节性电源，各种供给方式电源装机规模大幅增加。我国中长期电源装机容量如表2所示。由表1和表2可见，用电需求侧的增加给电力企业设备管理带来较大压力与挑战。

为保障电力供应，电力设备不断增加。因此，学术研究和企业实践都在探索保证电力设备稳定运行时效性和可靠性的技术方案。为提高电力设备全寿命周期的管理效率，面向信息化、智能交互、互联网应用为一体的电力设备管理成为当前的技术发展趋势[1]。例如，美国大多数地区在电力设备采购时嵌入物联网通信芯片，通过信息化技术和物联网技术实施采集设备信息，并进行实时监控管理[2]。将网络信息技术、智能技术等应用于设备运行维护、缺陷诊断、处理全流程数据信息分析和决策，可提高设备运行过程中的管理效率，降低设备运行成本[3]。

2 基于知识库的电力设备全寿命周期管理框架

电力设备规模庞大、结构复杂，且其全寿命周期管理涉及多部门协同，分散的设备维护数据不利于设备健康状态的实时呈现和高质量检修决策。为保障电力设备运行的可靠性和提升管理效率，需要将电力设备全寿命周期数据进行整合，并利用知识库辅助设备管理决策。

电力设备全寿命周期管理包括：电力设备的前期管理，设备运行过程中的使用、维护、保养、检修与更新，以及设备后期管理[4]。设备寿命周期数据包括：设备采购信息、备品备件存储信息、备品备件更换信息、实时运行信息、检修信息、故障信息和对设备实施的操作信息等。

知识库通过知识图谱将大量的领域知识以一定的知识表达形式和结构进行存储，是专家智能决策系统的核心部分。知识图谱生命周期是确定知识需求、知识建模、获取、存储、管理、应用等六个阶段不断完善、进化和迭代发展的过程[5]。

将知识图谱六个阶段与电力设备领域知识，包括设备采购数据、设计图纸信息、备品备件数据、实时运行数据、检修操作数据和故障数据等，进行关联、匹配、归纳、总结，进而形成包含设计知识、经验知识、原理知识、试验知识等在内的知识库，从而实现对设备管理决策的支持。通过将知识图谱生命周期阶段和设备寿命周期数据耦合，建立基于知识库的电力设备全寿命周期管理框架（见图1），可有效提升电力设备日常的运维工作效率。

3 基于知识库的电力设备全寿命周期管理方案的实施

知识库赋能电力设备全寿命周期管理，能够实现电力设备全寿命周期信息的获取、存储、分析、预测和决策管理。在实施过程中，通过电力设备全寿命周期信息的获取，以及基于知识图谱进行设备信息关联与匹配，形成知识库，实现电力设备管理决策。

3.1 电力设备全寿命周期信息获取

为保障电力设备全寿命周期数据的采集和更新，设计了四大功能库和标准化信息采集表。四大功能库包括设备信息库、工单库、备品备件库和故障库。设备信息库主要涵盖设备设计图纸和设备定值的更新，用于提供设备设计原始信息和设备定值实时数据，以供运维人员对设备进行操作时实时查询设备数据;工单库涵盖了设备运维过程中各个部门对设备进行的操作，反映了设备被实施的各种操作;备品备件库供运维人员实时查询设备运维过程中备品备件种类和数量，同时建立常用备品备件最低库存预警，防止因备品备件缺货导致工期延长;故障库供运维人员在检修与维护过程中就故障现象快速定位故障原因和采取维护策略。

为保障四大功能库数据的可靠性和及时性，设计标准化设备状态数据采集表，即通过标准化工单将信息录入后对关联的功能库进行更新。

3.2 基于知识图谱的设备信息关联与匹配

标准化工单采集的实时信息需要关联工单库、故障库，当工单中涉及更换定值，则同步更新设备信息库;当工单中采取了更换零部件的操作时则需要同步更新备品备件库。

电力设备全寿命周期数据信息通过四大功能库采集更新信息的同时与知识图谱生命周期六个阶段进行耦合。采集的信息以知识的方式进行存储，形成知识库，以便于设备管理决策。电力设备数据信息关联与匹配关系如图2所示。

3.3 基于知识库的电力设备管理决策

知识库中基于设备工单库形成的知识可以对设备运行健康状态进行分析和报告，以便于指导设备状态检修，减少检修成本，提高检修效率。知识库中基于故障库形成的知识，可指导运维人员在现场快速定位故障原因，并形成指导性排除故障/消除缺陷策略。知识库中基于备品备件库形成的知识可用于建立常用備品备件最低库存预警，防止因备品备件缺货导致工期延长。知识库中基于设备信息库形成的知识可使运维人员快速掌握设备设计知识和实时定值，以提高检修效率。

4 结语

笔者针对电力设备规模不断扩大带来的管理效率问题，基于知识库提出了电力设备全寿命周期管理框架。为了更好地实施电力设备全寿命周期管理，设计了四大功能库和标准化信息采集表，确保电力设备全寿命周期数据的采集和更新。将四大功能库采集更新的信息与知识图谱生命周期六个阶段进行耦合，形成知识库，从而实现设备状态检修、快速定位故障并消除缺陷，以及备品备件预警管理。

参考文献：

[1] 苏海涛，刘华伟，郭泓佐，等.变电站电力设备集中监控信息管理系统研究及应用[J].中原工学院学报，2018，29（1）：54-57.

[2] 任新华.变电站电力设备运行管理系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2020.

[3] 王立健，何青，赵晓彤.基于集团级数据库的电力物资全寿命周期管理方法及应用[J].电力与能源，2018，39（2）：147-150，165.

[4] 罗云，张俊迈，吴奕亮.设备寿命周期费用方法及其应用[M].北京：海洋出版社，1992.

[5] 王莉，王建平，许娜，等.基于知识图谱的地铁工程事故知识建模与分析[J].土木工程与管理学报，2019，36（5）：109-114，122.

收稿日期：2021-11-01

作者简介：杨鲲鹏（1976—），男，本科，高级工程师，研究方向：电力企业管理;杜道强（1973—），男，本科，高级工程师，研究方向：电力运维管理;吴超锋（1976—），男，本科，电力工程师，研究方向：机电工程与科技管理。

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