一种变电设备状态检修及辅助决策方法与流程

1.本发明涉及变电设备状态检修技术领域，具体为一种变电设备状态检修及辅助决策方法。


背景技术：

2.完善的变电设备检修体系为提前发现设备缺陷、降低事故概率、保证电网安全运行起着至关重要的作用。多年以来，陕西省地方电力集团有限公司各市分公司，包括延安供电分公司管辖的多数变电站仍然沿袭传统的以“预防性周期检修 故障后检修”为主的检修模式。虽然在过去的几十年中这种检修模式为确保集团公司电力系统的安全、可靠运行起到了重要作用，但随着电力技术的发展及变电站数量增加，电气设备总体趋向于高参数、大容量、复杂化，对电力系统的提出了更高要求。而传统的检修模式及工作管理模式存在着检修成本高，检修效率低等诸多不足，难以满足电力系统对可靠性的要求，尤其是落后的检修技术已不能适应当前快速发展的电网设备，阻碍着陕西配电网的进一步发展，必须加以改进完善。
3.国外的设备状态检修开展较早。20世纪70年代末，美国电力科学研究院(epri)就对电力设备的状态检修进行研究和应用,目前已向rcm发展。日本是从20世纪80年代开始对电力设备实施以状态分析和在线检测为基础的状态检修。而欧洲大多数国家也正在进行检修体制的改革，方向也是状态检修。到目前为止，基于计算机网络技术的设备管理、事故分析和预警系统在美国、加拿大等国已普遍应用。这些软件系统应用最新的计算机技术，将状态管理、事故预警和事故处理进行有机的集成，大大改善了其设备监督管理环境,提高了监督管理水平。美国目前已有90％的电厂、电网应用了状态检修技术，实施状态检修后，电厂机组大修间隔从4～6年延长为10～12年，取得了相当好的经济效益。
4.国家电网公司及南方电网公司从90年代起就开始了设备状态检修的研究探索。2006年国网提出了《加快推进状态检修工作》的一号提案，标志着国家电网公司全面启动状态检修工作。不久，国家电网及南方电网先后出台颁布了关于变电设备状态检修的相关规程、标准，也已经各自辖区内获得广泛应用并取得了重大进展。截止2012年底，国家电网、南方电网以及其他地方电力公司全面实现了状态检修，整体步入状态检修时代。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种变电设备状态检修及辅助决策方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变电设备状态检修及辅助决策方法，包括以下步骤：
7.a、设备信息收集；
8.b、设备状态评价；
9.c、设备风险评估；
10.d、设备故障诊断；
11.e、检修策略制定；
12.f、检修工作实施；
13.g、综合评价。
14.优选的，所述步骤a中对设备的前期安装,投入运行、检修维护、试验数据信息进行全方面的收集。
15.优选的，所述步骤b中设备状态评价主要依据收集到的各类设备信息,以现有的运行巡视、预防性周期试验、诊断试验或带电检测、在线监测技术手段获取状态信息，通过相应的数学模型对反映设备健康状态的状态量进行分析评价，最终确定设备状态和发展趋势。
16.优选的，所述步骤c中设备风险评估利用设备状态评价结果,以风险值为指标，综合考虑资产、资产损失程度及设备发生故障的概率三者的作用风险值，明确设备运行风险；确定设备风险值后，同类设备按照风险值大小排序，作为变电设备状态检修的决策依据。
17.优选的，所述步骤d中设备故障诊断针对状态明显下降的设备，通过对变电设备运行中或停运后的状态量测量，分析推理产生故障的原因，判断故障的严重程度，找出异常或缺陷的部位。
18.优选的，所述步骤e中状态检修策略依据设备状态评价的结果，按照紧迫性和必要性排序,动态、合理地安排状态检修计划，同时根据状态检修技术相关规定确定具体检修方式、检修时间和内容,并制定具体检修方案；设备的状态检修策略既包括检修计划的制定,也包括缺陷处理、试验、不停电的检修和检查。
19.优选的，所述步骤f中检修工作按照标准化作业指导书进行现场检修工作实施，并制定了检修实施相关规定和管理细则，使电网设备检修工作始终处于可控、在控、能控状态。
20.优选的，所述步骤g中综合评价是指以评价来查找工作中存在的问题,对状态检修工作前六个环节的工作绩效、经济效益进行综合评价,以此来确定状态检修工作是否取得实效,提出整改措施和建议并纳入检修人员绩效考核。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够代替人工经验进行设备状态评价、风险评估、故障诊断，确保状态评价准确、有效，检修策略科学合理，辅助生产管理人员制定检修计划，生成检修方式及检修方案；本发明可实现对被检修设备在设备信息收集、状态评价、风险评估、故障诊断、检修策略、检修实施及综合评价等七个环节的信息化管理功能，能够从多角度对设备状态、检修质量、检修效率、经济效益等进行综合分析，有效提升运检能力，减少盲目性工作；此外，本发明能够针对状态检修各环节信息数据建立标准化模板，规范数据录入，对设备数据进行结构化存储。建立设备信息库、状态评价规则库、故障诊断方法库、检修策略库等多种数据库，对设备运行、试验、缺陷、检修等数据信息化管理，实现变电设备全过程管理。
附图说明
22.图1为本发明流程图；
23.图2为本发明设备状态评价流程图；
24.图3为本发明设备风险评估流程图；
25.图4为本发明检修实施基本流程图；
26.图5为本发明综合评价基本流程图。
具体实施方式
27.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。
28.请参阅图1
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5，本发明提供一种技术方案：一种变电设备状态检修及辅助决策方法，包括以下步骤：
29.a、设备信息收集；
30.b、设备状态评价；
31.c、设备风险评估；
32.d、设备故障诊断；
33.e、检修策略制定；
34.f、检修工作实施；
35.g、综合评价。
36.本发明中，所述步骤a中对设备的前期安装,投入运行、检修维护、试验数据信息进行全方面的收集；其中，设备信息来源包括以下四个部分:
37.1)原始资料，主要包括:竣工图纸、安装记录、试验报告、投运日期、铭牌参数、设备说明书等资料。
38.2)运行资料，主要包括:运行工况记录、历次缺陷及异常记录、巡检记录、负荷情况、在线监测记录等。以变压器为例，可提取的状态量信息有:负载情况、外观情况(油位、渗漏油)、外部环境情况(温度、污秽等级)、冷却系统工作状况、调压开关工作状况等。
39.3)检修资料，主要包括:消缺记录、试验报告、部件更换情况等。4)其他资料，主要包括:同型(同类)设备的运行、修试、缺陷的情况，以及本系列设备的家族缺陷，相关反措执行情况、其他影响设备安全稳定运行的因素等。
40.通过建立设备信息数据库，对设备参数及功能类型等数据进行结构化存储，可以方便、快捷查询历史运行、试验、缺陷、检修记录。对状态检修各环节信息数据建立了标准化模板，检修人员按标准数据模板录入相关信息，规范了数据录入，还可以导入生产管理系统中的数据。
41.设备信息查询：该功能可以对延安供电分公司辖区内变电设备信息进行浏览，系统默认按所属变电站对设备进行了归类，检修人员可以按设备类型、厂家等条件对设备进行筛选查看设备铭牌参数、试验报告、检修记录、一二次图纸等。
42.设备信息录入：在设备运行过程中对设备离线、在线监测数据进行持续、规范的收集，通过监测设备运行状况，全面展示设备状态；特别是设备发生故障时的原因分析及相应的试验记录，以及大修后首次试验值等信息情况。设备状态、运行情况、试验及检修情况等信息。设备信息前期主要由状态检修小组成员录入。
43.试验数据录入及报告生成、编辑：系统具备智能编辑功能，检修人员仅需将试验数据录入，系统将按照标准模板自动生成试验报告，支持一键导入/导出功能，检修人员可以进行修改、保存，可以在工作现场快速出具试验报告。
44.本发明中，所述步骤b中设备状态评价主要依据采集到的各类设备信息,以现有的运行巡视、预防性周期试验、诊断试验或带电检测、在线监测等技术手段获取状态信息，通过相应的数学模型对反映设备健康状态的状态量进行分析评价，最终确定设备状态和发展趋势。变电设备状态评价是检修总体策略研究的基础,要对设备做出继续运行、实施监控或停运检修等决策,首先必须准确可信地估计或预测设备的状况。
45.通过建立设备状态数据库，对影响设备健康的状态量数据进行结构化存储，通过可视化界面展示设备健康状况，实现变电设备检修信息化、智能化管理，全面掌控设备健康水平，实现设备半生命周期管理。系统提供基本的统计、计算、分析功能，便于检修人员从宏观了解整个变电设备的真实运行状态。主要的功能为变电站设备状态评价图表及查询、试验周期统计及提醒、自动/手动状态评价、动态更新状态评价数据库。
46.设备状态评价图表及查询：系统会在界面中显示全部电网设备、按所属变电站或单个设备的状态评价图表，方便使用人员从宏观及微观查看变电站设备状态。查询功能可以查询某一个设备的状态评价信息及设备状态发展趋势。
47.预防性试验周期统计及提醒：根据设备预防性试验规程中的要求，系统提供了预防性试验周期统计，辅助检修人员编制年度预防性试验计划。对于临近试验周期的设备进行自动标记、提醒，可有效避免设备漏试及过期未试验的问题。
48.自动/手动状态评价：系统每15天自动进行一次设备状态评价，若有临检或其他原因导致设备相关状态量变动时还可以手动进行状态评价。
49.状态评价数据库动态更新：由于状态评价数据是基于设备实时信息与状态评价导则进行分析、比对、计算得出的新数据，其动态变化且不断产生，需要专门构建数据库对其进行保存以提高检索效率。
50.借鉴国网公司状态评价导则,状态评价采用扣分值,在满分为100分的基础上减去状态量扣分值,即为设备当前的状态评价分值。分值越高表明设备的健康程度越高。根据状态量扣分值,可将状态分为四类:正常状态、注意状态、异常状态和严重状态。正常状态表示设备各状态量处于稳定且在规程规定的标准限值以内,可以正常运行；注意状态是指单项(或多项)状态量变化趋势朝接近标准限值方向发展,但未超过标准限值,仍可以继续运行,应加强运行中的监视；异常状态是指单项重要状态量变化较大,已接近或略微超过标准限值,应监视运行,并适时安排停电检修；严重状态是指单项重要状态量严重超过标准限值,需要尽快安排停电检修。
51.本发明中，所述步骤c中设备风险评估利用设备状态评价结果,以风险值为指标，综合考虑资产、资产损失程度及设备发生故障的概率三者的作用风险值，明确设备运行风险；确定设备风险值后，同类设备按照风险值大小排序，作为变电设备状态检修的决策依据，安排检修时间时应考虑设备继续运行对风险值改变的影响。资产、资产损失程度、平均故障率可以分别排序，作为状态检修决策参考。
52.设备风险评估可实现对不同厂家各个设备故障率、可靠性、使用寿命等信息进行统计分析，生成相应的设备性能质量图表，可以为购买设备材料，选择设备厂家提供参考依
据。
53.设备风险评估一览及查询：系统会在界面中显示按所属变电站的设备风险评估图表，方便运行、检修人员查看所辖变电站整体或部分设备的风险状况。查询功能可以查询某一个设备的风险评估详细信息。
54.设备风险评估提醒：根据状态检修要求，系统对高风险设备进行预警，进行可靠、有效的手段避免电力事故、事件的发生。
55.自动/手动风险评估：系统每15天自动进行一次设备风险评估，若有其他原因导致设备风险情况变动时还可以手动进行风险评估。
56.电网模型及外部影响：进行风险评估需要构建一个精准的电网模型，还需要动态更新实时负荷才能确保评估的准确性，此外风险评估还受到政治保电、重大节假日保电、迎峰度夏、迎峰过冬、气象条件等情况影响。需要将以上情况化为具体的参数在电网模型中计算，综合得出风险评估数据。
57.风险评估动态数据库：由于风险评估数据是基于状态评价与电网模型、实时负荷、保电情况等综合分析得出的数据，其动态变化且不断产生，需要专门构建数据库对其进行保存以提高检索效率。
58.本发明中，所述步骤d中设备故障诊断针对状态明显下降的设备，通过对变电设备运行中或停运后的状态量测量，分析推理产生故障的原因，判断故障的严重程度，找出异常或缺陷的部位。故障诊断的核心是掌握设备状态量的变化、建立合理的数学模型和提出科学的判断边界条件，可以采用结合人工智能的专家系统协助实现。不同设备类型、设备结构及故障现象诊断流程不完全相同，以开关为例，大体分为绝缘故障、机械故障、二次回路故障。常用的故障诊断方法有阈值分析法、显著性差异分析法、援例推理分析法、故障树分析法、人工神经网络分析法、粗糙集故障诊断等。
59.设备故障诊断通过对设备状态量测量，分析推理产生故障的原因，判断故障的严重程度，找出异常或缺陷的部位。故障诊断的核心是掌握设备状态量的变化、建立合理的数学模型和提出科学的判断边界条件。针对不同的设备建立故障诊断流程并将故障诊断案例存入故障诊断知识库，利用机器学习算法使其不断改进完善。
60.手动故障诊断：针对设备故障，分析推理产生故障的原因，判断故障的严重程度，找出异常或缺陷的部位，有效的手段避免设备故障的频发发生。
61.故障诊断流程：针对不同的设备建立故障诊断流程，根据设备故障的实际情况对故障流程进行修改、完善。
62.故障诊断方法库：集合阈值分析法、显著性差异分析法、援例推理分析法、故障树分析法、人工神经网络分析法、粗糙集故障诊断等诊断方法，对诊断结果进行综合分析，得出最优结果。
63.本发明中，所述步骤e中状态检修策略依据设备状态评价的结果，按照紧迫性和必要性排序,动态、合理地安排状态检修计划，同时根据状态检修技术相关规定确定具体检修方式、检修时间和内容,并制定具体检修方案；设备的状态检修策略既包括检修计划的制定,也包括缺陷处理、试验、不停电的检修和检查。
64.变电设备检修项目可分为五类:
65.(1)a级检修:指整体性检修,是对设备的全部或大部分部件进行解体(设备更换),
对不合格的部件进行检查、修理及修后试验,以保持、恢复设备性能。在实践中,对于变电检修,凡带重要负荷，停电影响较大，需要编制三措的大型检修工作,一般应确定为a级检修。
66.(2)b级检修:指局部性检修,对设备部分功能部件进行针对性分解检查、修理、更换及修后试验,以保持、恢复设备性能。凡带一般负荷，停电影响较小或可以采用转移负荷等方式对外不停电，处理时检修人员无需编制三措，但具有一定难度的检修工作为b级检修。
67.(3)c级检修:指一般性检修、对设备在停电状态下进行的预防性试验、一般性消缺、检查、维护和清扫,以保持及验证设备的正常性能。对于实行状态监测的设备,c级检修内容是针对日常检查、定期检查和状态监测诊断发现的问题,检查修复失效零件,以保证设备正常功能。对于实行预防性周期检修的设备,c级检修的主要内容是根据掌握的故障、老化规律,更换或修复在下次预防性试验前即将失效的组件,以保证设备的正常功能。例行的普通设备维护，无需紧急处理的一般检修工作为c级检修。
68.(4)d级检修:指维护性检修,对一次设备在不停电状态下进行的带电测试和设备部件更换、检查等工作,以保证设备正常的功能，一般定为d级检修。
69.(5)e级检修:指二次设备或直流系统带电情况下的检修、消缺、维护。
70.设备的状态检修策略应根据设备状态评价的结果动态调整。根据状态检修导则,被评价为“正常状态”的设备执行c级检修,根据实际状况，可按照正常周期或适当延长执行；被评价为“注意状态”的设备执行c级检修,如果单项状态量扣分导致评价结果为“注意状态”时,应根据实际情况提前安排检修,如果是由多项状态量合计扣分导致评价结果为“注意状态”时,可按正常周期执行,并根据设备的实际状况,增加必要的检修或试验内容；被评价为“异常状态”的设备,根据评价结果确定检修类型,并适时安排检修；被评价为“严重状态”的设备,根据评价结果确定检修类型,并尽快安排检修。
71.状态检修策略根据设备状态评价、风险评估、故障诊断结果综合分析，提出经济、高效、可靠的检修策略，对运行良好的设备可以适当延长检修周期从而避免设备的过剩维修，减少临时检修工作量，有效缓解检修工作人员短缺，达到提升设备可靠性、降低设备维修成本以及提升设备生命周期目的。
72.状态检修策略规则：依据设备状态评价的结果，按照紧迫性和必要性排序，合理地安排状态检修计划。同时根据状态检修相关规定确定具体检修方式、检修时间和内容，并制定具体缺陷处理及检修/试验方案等。
73.检修计划辅助编制：检修计划采用动态修订方式，根据最近一次设备状态评价结果，考虑设备风险评估因素，并参考设备厂家技术要求确定下一次停电检修时间和检修类别，在安排检修计划时，应协调相关设备检修周期，尽量统一安排，避免重复停电；对于设备缺陷，根据缺陷性质，按照缺陷管理有关规定处理，同一设备存在多种缺陷，也应尽量安排在一次检修中处理，必要时可调整检修类别，不停电维护和试验根据实际情况安排。
74.手动/自动生成检修方式、检修方案：系统根据状态评价结果，结合检修规则库，利用数据挖掘、神经网络和深度学习等多种技术手段为现场检修人员提供技术支持，生成检修方式及检修方案，辅助生产管理人员进行决策判断。
75.本发明中，所述步骤f中检修工作按照标准化作业指导书进行现场检修工作实施，并制定了检修实施相关规定和管理细则，使电网设备检修工作始终处于可控、在控、能控状
态。修试中心检修工作按照标准化作业流程开展现场检修工作，使电网设备检修工作始终处于可控、在控、能控状态。工作中严格执行现场有关安全工作规程和检修、试验的相关规定。
76.作业准备：现场勘查记录录入、根据检修计划自动生成工作票及班会记录，辅助检修人员进行检修工作资料准备。
77.作业实施：落实现场安全管控，严格执行标准化作业流程。通过记录出发时间、车程、到站时间、停电时间、工作开始时间、工作结束时间、恢复送电时间，任务分工等检修工作详细信息、信息，可以追溯每次检修、每个设备，责任到人，有科学依据地对检修工作及检修人员进行总结分析。
78.本发明中，所述步骤g中综合评价是指以评价来查找工作中存在的问题,对状态检修工作前六个环节的工作绩效、经济效益进行综合评价,以此来确定状态检修工作是否取得实效,提出整改措施和建议并纳入检修人员绩效考核。
79.综合评价是指以评价来查找工作中存在的问题，对状态检修工作前六个环节的供电可靠性、工作绩效、经济效益等进行综合评价，以此来确定状态检修工作是否取得实效，提出整改措施和建议并纳入检修人员绩效考核。通过状态检修及辅助决策系统实现对检修过程信息化跟踪，检修工作过程可查可控，进一步提高检修效率及检修质量。
80.供电可靠性评价：对实施状态检修后与未实施前进行对比分析，得出实际提升的供电可靠性数据。
81.生产成本评价：对实施状态检修后与未实施前进行对比分析，得出降低的生产成本数据。
82.人员评价：对检修工作、检修质量进行回源追溯，责任到人，真实评价检修人员检修效果并对其进行评比考核。
83.另外，在设备检修的整个过程中，设备信息、缺陷记录、检修记录及试验数据对状态分析有重要意义，以往通过手工记录这些环节相关业务信息的工作方式，易发生数据残缺、丢失、记录不准确等问题，影响数据分析结果。因此采用移动app的方式，改变了以往通过手工记录检修、缺陷、设备信息及试验数据的工作方式。可在移动端录入上述信息，并存储至数据库中以便后期运用数据技术进行业务分析。此外移动app还具备一定的计算能力，可以在录入试验数据的同时，按照试验公式进行计算，得出设备试验是否合格的结论，在保证试验结果准确性的前提下，节省了宝贵的人力及时间。
84.状态检修app主要是为检修工作服务的，检修人员在工作时，按要求录入现场设备基本信息及缺陷信息，打开app就可以参考里面的提供的故障分析和检修方法检查处理设备缺陷。各个状态检修app录入的信息，将通过wifi、移动网络上传至系统平台，这样状态检修及辅助决策系统将最终获得辖区内所有变电站的检修/试验数据，随着时间的累计，系统的数据量及数据维度都会远超传统工作模式，在大数据的基础上从多个方面对设备状态、检修质量、检修效率、经济效益等进行分析。具体功能如下：
85.设备基础资料录入：检修人员可以通过app将设备基础资料，一、二次图纸等相关数据录入到状态检修管理平台。
86.检修、试验工作任务单：使用状态检修app发起检修、试验工作任务单后，需要详细录入被检修设备的信息然后才能开始工作任务单，严格按照工作任务单录入检修、试验数
据，检修/试验完成后，还需要填写实际试验、检修情况后才能完成工作任务单。
87.信息查询及统计：状态检修app中提供设备基本信息、缺陷记录、检修记录、试验报告的详情查询功能，让检修人员在检修工作中对各类设备缺陷、试验及检修情况了如指掌。
88.根据设备实际情况，选定或录入待设备检修/试验项目后，按照相关性自动检索出检修/试验方案，包含检修需配置的生产资料、检修/试验方式方法、比对设备出厂试验数据、近期检修情况等信息。
89.综上所述，本发明能够代替人工经验进行设备状态评价、风险评估、故障诊断，确保状态评价准确、有效，检修策略科学合理，辅助生产管理人员制定检修计划，生成检修方式及检修方案；本发明可实现对被检修设备在设备信息收集、状态评价、风险评估、故障诊断、检修策略、检修实施及综合评价等七个环节的信息化管理功能，能够从多角度对设备状态、检修质量、检修效率、经济效益等进行综合分析，有效提升运检能力，减少盲目性工作；此外，本发明能够针对状态检修各环节信息数据建立标准化模板，规范数据录入，对设备数据进行结构化存储。建立设备信息库、状态评价规则库、故障诊断方法库、检修策略库等多种数据库，对设备运行、试验、缺陷、检修数据信息化管理，实现变电设备检修全过程管理。
90.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。