引言

在電力生產(chǎn)中,調(diào)控部門(mén)依靠在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（sCADA）實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)和控制,同時(shí)檢修部門(mén)依賴(lài)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMs）對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理,兩個(gè)部門(mén)共同協(xié)作,為變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。目前變電站的維保工作主要有兩種方式:一是對(duì)變電站進(jìn)行設(shè)備巡檢或更換:二是發(fā)生故障后通知檢修人員進(jìn)行設(shè)備維修。這兩種運(yùn)維方式都不利于電力的安全與穩(wěn)定生產(chǎn),能否在設(shè)備發(fā)生故障前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在,為檢修部門(mén)爭(zhēng)取先機(jī),縮小巡檢范圍或提前維護(hù)問(wèn)題設(shè)備,是當(dāng)前電力行業(yè)需要解決的難題之一。在這種情況下,供電公司調(diào)控中心提出,通過(guò)對(duì)變電站的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)、告警信息及變電站設(shè)備參數(shù)信息深度融合,借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)構(gòu)建變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析平臺(tái),結(jié)合運(yùn)行工況和歷史數(shù)據(jù)兩方面對(duì)變電站間隔運(yùn)行狀況進(jìn)行共性分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行量化分析、評(píng)分定級(jí),預(yù)先發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行中存在的問(wèn)題,為設(shè)備檢修策略的制定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1變電站安全運(yùn)行評(píng)價(jià)模型

本文將變電站的綜合評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)主要分為3層:變電站層(目標(biāo)層）、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。

評(píng)分思路:根據(jù)指標(biāo)層中各項(xiàng)指標(biāo)所占權(quán)重計(jì)算出相應(yīng)準(zhǔn)則層（設(shè)備項(xiàng)、停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)項(xiàng)、異常項(xiàng)）各項(xiàng)的綜合得分,結(jié)合準(zhǔn)則層各項(xiàng)得分及其對(duì)應(yīng)的權(quán)重,給出目標(biāo)層（變電站）的綜合評(píng)分。

掌握變電站內(nèi)各設(shè)備及其性能指標(biāo)的重要程度,對(duì)于變電站綜合評(píng)分的合理性和準(zhǔn)確性尤為關(guān)鍵。為此,由電力工程師組成的專(zhuān)家組將根據(jù)自身的學(xué)術(shù)水平、運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際需求,對(duì)比設(shè)備之間、性能指標(biāo)之間的重要性,確定各設(shè)備和各性能指標(biāo)的等級(jí)。本文將設(shè)備及其性能指標(biāo)均劃分為9個(gè)等級(jí),分別用數(shù)字1～9來(lái)表示（最低等級(jí)是1,最高等級(jí)是9,級(jí)別越高表示越重要）。

2準(zhǔn)則層評(píng)分準(zhǔn)則

2.1設(shè)備項(xiàng)評(píng)分

在設(shè)備項(xiàng)中,設(shè)備健康狀況評(píng)價(jià)以其相應(yīng)的遙測(cè)信號(hào)和遙信信號(hào)性能指標(biāo)為基礎(chǔ),其中遙信信號(hào)類(lèi)數(shù)據(jù)包括事故、變位、異常、越線(xiàn)和告知5個(gè)等級(jí):遙測(cè)信號(hào)類(lèi)數(shù)據(jù)包括過(guò)載、重載、正常負(fù)荷和輕載4個(gè)等級(jí),且警報(bào)程度均逐層遞減。本文默認(rèn)各設(shè)備均為100分,當(dāng)遙信信號(hào)類(lèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)上述5個(gè)等級(jí)時(shí)對(duì)應(yīng)扣除100、80、60、40、20:當(dāng)遙測(cè)信號(hào)類(lèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)上述4個(gè)等級(jí)時(shí),對(duì)應(yīng)扣除100、50、0、0。

由于設(shè)備在出廠(chǎng)時(shí)本身的某些性能就存在一定的設(shè)計(jì)缺陷,從而導(dǎo)致設(shè)備在變電站中的運(yùn)行狀態(tài)不理想,且設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)也與設(shè)備的投運(yùn)時(shí)長(zhǎng)相關(guān)。由此可知,在評(píng)價(jià)變電站的健康運(yùn)行體系中需綜合考慮各方面因素。因此,在同樣出現(xiàn)事故的設(shè)備中,若其中一臺(tái)設(shè)備投運(yùn)時(shí)間很長(zhǎng)而另一臺(tái)設(shè)備投運(yùn)時(shí)間較短,則兩臺(tái)設(shè)備扣分程度不應(yīng)相同,需酌情考慮。引入?yún)?shù)8,具體的8取值由行業(yè)專(zhuān)家依據(jù)設(shè)備的具體投運(yùn)時(shí)長(zhǎng)與設(shè)備的家族缺陷史來(lái)給定,在此將設(shè)備的家族缺陷分5個(gè)等級(jí),級(jí)別越高代表設(shè)備缺陷越大,每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)8評(píng)分。

綜上考慮,該類(lèi)設(shè)備的評(píng)分計(jì)算式為:

式中,sm表示設(shè)備m的綜合得分:xm,i表示設(shè)備m的第i個(gè)指標(biāo)信號(hào)的打分情況（0～100）:8m表示設(shè)備m的家族缺陷所對(duì)應(yīng)的等級(jí)評(píng)分:wm,i表示設(shè)備m的第i個(gè)指標(biāo)信號(hào)的歸一化權(quán)重,采用層次分析法確定各權(quán)重。

2.2設(shè)備項(xiàng)綜合評(píng)分

由（1）式可得各設(shè)備評(píng)分,可直接給出設(shè)備項(xiàng)評(píng)分計(jì)算式:

式中,ss為設(shè)備項(xiàng)的綜合得分:wi為設(shè)備i的歸一化權(quán)重,利用層次分析法得出:si為第i個(gè)設(shè)備的得分:m為設(shè)備的個(gè)數(shù)。

2.3停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)項(xiàng)評(píng)分

由于變電站運(yùn)行健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)也與停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)相關(guān),因此,本文統(tǒng)計(jì)一個(gè)時(shí)間周期7內(nèi)的停電數(shù)l1與檢修數(shù)j1,給出如下計(jì)算式:

式中,st代表停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)的綜合得分:wl1,wj1分別代表停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)的歸一化權(quán)重:xl1,xj1分別為一個(gè)時(shí)間周期7內(nèi)的停電數(shù)與檢修數(shù)。

2.4異常項(xiàng)評(píng)分

變電站中可能會(huì)出現(xiàn)跳閘和接地等異常情況,同樣統(tǒng)計(jì)在一個(gè)時(shí)間周期7內(nèi)的跳閘數(shù)l2與接地?cái)?shù)j2,并給出如下計(jì)算式:

式中,s+為異常項(xiàng)的綜合評(píng)分:wl2,wj2分別為跳閘與接地的歸一化權(quán)重:xl2,xj2分別為一個(gè)時(shí)間周期7內(nèi)的跳閘數(shù)與檢修數(shù)。

2.5變電站評(píng)分

由式（2）e式（4）可知,變電站的綜合評(píng)分式為:

式中,Ws,Wt,We分別代表設(shè)備項(xiàng)、停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)項(xiàng)和異常項(xiàng)的歸一化權(quán)重:ss,st,se分別代表設(shè)備項(xiàng)、停電計(jì)劃與檢修申請(qǐng)項(xiàng)和異常項(xiàng)的綜合得分。

在準(zhǔn)則層和變電站層(目標(biāo)層）均按百分制評(píng)分。根據(jù)變電站綜合評(píng)分結(jié)果,將其分為4個(gè)等級(jí)進(jìn)行警示:若得分低于60分,提示"嚴(yán)重":在60～80分(不含80分）,提示"異常":在80～90分(不含90分）,提示"注意":在90～100分,提示"正常"。

3層次分析法確定權(quán)重值

雖然各指標(biāo)因素之間的關(guān)系在層次結(jié)構(gòu)模型中得到了具體體現(xiàn),但是同一層次中各指標(biāo)因素在衡量最終的智能變電站成熟度時(shí)所占的比重并不是平均分配,以M表示目標(biāo),mi,j(i,j=1,2,…,n）表示因素。ai,j表示mi對(duì)mj的相對(duì)重要程度ai,j的取值參考。根據(jù)評(píng)審專(zhuān)家打分得出判斷矩陣A:

(1）權(quán)重值計(jì)算:根據(jù)判斷矩陣A可求其最大特征值A(chǔ)max及特征向量w:

將w歸一化后,所得即為同一層次中各因素相對(duì)重要性的排序權(quán)重值。

(2）一致性檢驗(yàn):矩陣A中的元素滿(mǎn)足下列條件才有意義:

如果不滿(mǎn)足上述關(guān)系,則說(shuō)明矩陣A不滿(mǎn)足一致性。判斷矩陣A只有滿(mǎn)足一致性才說(shuō)明所求得的權(quán)重分配是合理的,是具有實(shí)用意義的,才可以進(jìn)行下一步評(píng)價(jià)。

一致性檢驗(yàn)主要分3步完成:

第一步:計(jì)算一致性指標(biāo)CI(ConsistencyIndex）:

式中,n是判斷矩陣A的階數(shù)。

第二步:查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI(RandomIndex）,RI與矩陣階數(shù)n的取值有關(guān)。

第三步:計(jì)算一致性比例CR(ConsistencyRatio）:

只有判斷矩陣A的一致性比例滿(mǎn)足CR<0.1或者Amax=n,即CI=0時(shí),則證明判斷矩陣A的一致性是具有實(shí)用意義的,否則必須對(duì)A中的元素進(jìn)行修正,以滿(mǎn)足一致性要求。

4變電站健康運(yùn)行綜合評(píng)價(jià)體系的應(yīng)用效果

在電力系統(tǒng)中,變電站關(guān)聯(lián)大量的一次設(shè)備和二次設(shè)備,這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)很大程度上體現(xiàn)了該變電站的運(yùn)行健康狀態(tài),乃至決定整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。而在變電站運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估模型中,當(dāng)某設(shè)備的評(píng)分低于初始設(shè)定閾值時(shí)就會(huì)發(fā)出警告,設(shè)備維護(hù)相關(guān)人員能在變電站出現(xiàn)問(wèn)題前就及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的問(wèn)題設(shè)備,保證變電站的平穩(wěn)安全運(yùn)行,全面提升了調(diào)控業(yè)務(wù)的安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、防范和控制水平。因此,該模型系統(tǒng)的提出對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全健康運(yùn)行起到了很好的保障作用,具有一定的實(shí)用性。