3.2 系統設計與實現

1.基于物聯網的輸變電設備全壽命周期管理系統實現

在輸變電設備風險評估、動態預警、壽命評估等方法研究成果的基礎上，結合全壽命周期關鍵指標體系、閉環管理機制以及協同管控策略，開發了輸變電設備全壽命周期管理系統，實現了從輸變電設備的規劃、設計、制造、選型、采購、安裝、運行、維修、改造、報廢乃至環保等整個價值鏈的全壽命周期管理，提高了運維決策的針對性和設備全壽命周期管理能力，最終達到了輸變電設備的使用可靠性、使用效率、使用壽命和成本費用的綜合平衡。

（1）全壽命周期管理系統架構

輸變電設備全壽命周期管理系統的功能包括輸變電設備狀態監視、環境監視、異常預警、智能診斷、狀態評價、風險預測、檢修決策、績效評估和全壽命周期管理等功能，其系統架構如圖3-26所示。

輸變電設備全壽命周期管理系統以全景信息平臺為基礎，采用服務調用模式，獲取系統各項功能所需的基礎信息和關聯模型，實現了輸變電設備全壽命周期管理的高級應用服務系統建設。系統總體框架層次如圖3-27所示。

（2）全壽命周期管理業務流程

全壽命周期管理系統提供形象、全面、直觀的指標展示、預警、分析手段等，服務于公司高層決策管理和電網生產管理的關鍵崗位，各相關業務部門貫穿始終，同時在各環節相互配合、相互支撐，系統業務流程如圖3-28所示。

（3）全壽命周期管理系統功能實現

輸變電設備全壽命周期管理系統的功能包括設備狀態異常預警、設備智能綜合診斷、設備健康狀態評價、設備運行風險評估及預測、設備運維決策支持、設備全壽命周期過程管理等功能。

1）設備狀態異常預警。

本任務通過建立統一的閾值集中管理機制和趨勢預警策略，根據實際情況對閾值進行修改調整并對歷史上重復出現的不正確報警點和報警范圍進行自動校正，結合監測數據的歷史變化趨勢進行深入分析，實現對超出閾值范圍的在線監測數據和出現變化率異常的監測數據點進行二次告警，過濾不合理的告警數據，從而給出客觀準確的預警信息。

監測閾值管理：對于關鍵設備，為了避免隨機擾動帶來誤報警的風險，采用了多級別報警策略，在當前在線監測裝置所提供的初步簡單告警信息的基礎上，通過統一的監測閾值管理，最大程度上避免了誤報警、漏報警現象。

趨勢預警：本任務采用趨勢估計消除監測數據隨機波動的影響。通常一旦根據檢測信號上升梯度所得出的預測值持續偏離正常值，就可以認為設備處于“故障前兆期”。通過準確地截獲故障的前兆信息并及時報警，就可以有效地控制故障的蔓延，避免事故的發生。

關聯預警：由于設計、工藝和材質都相同，各臺設備的同一狀態量應該視為源自同一母體的不同樣本，如果被分析設備的狀態量值與其他設備存在顯著性差異，必然存在原因，且很可能是早期缺陷的征兆，因此采取二次關聯預警。同時建立了同相、同類型設備監測數據的“關聯指數”，定量描述監測數據之間的相似程度，作為分析設備運行狀態的有效判斷工具。

模糊預警：通過建立不同狀態參量變化的模糊隸屬函數，確定判斷異常的原則和上下限范圍，可以更加準確可靠地發現可能的設備，為后續診斷故障原因提供了數據支撐。

2）智能綜合診斷。

利用設備全景信息，根據運行工況、運行環境、監測數據和定檢試驗等對設備可能發生的故障進行全方位綜合診斷，為故障定位及設備檢修提供決策支持。診斷專家系統的基本結構如圖3-29所示。主要由知識庫、推理機、綜合數據庫、解釋接口（人機界面）以及知識獲取模塊等幾個部分組成。

建立了序貫推理模擬人類專家的推理行為，采用“假設-測試”循環為核心的推理過程。首先根據有關診斷問題的初始信息，產生一組可能的故障假設，這些假設應能夠解釋所有初始信息；然后，根據這些假設設計進一步的試驗計劃對初步診斷結論進行證實，指導獲取更多的故障信息，直到得到一個對各種故障現象最優的解釋，作為最終的診斷結論。

采用可信度模型對輸變電設備運行中出現的各種異常信息進行分析，通過對故障可信度加權的形式，可以將輸變電設備的運行經歷（短路、過電壓、過負荷、停運等）對設備可能產生的影響引入到診斷推理過程中，如圖3-30所示。

3）健康狀態評價。

狀態評價功能對反映設備健康狀態的各項指標數據進行分析評價，最終得出設備總體健康狀態等級。可實現自動觸發和人工觸發功能，根據多種導則方法靈活配置，對單個設備或多個設備進行評價。評價時將設備及其部件的狀態評價結果分為正常狀態、注意狀態、異常狀態、嚴重狀態和注意趨異常狀態、異常趨嚴重狀態兩種過渡狀態。將模糊隸屬度函數與劣化程度相結合，對狀態量的劣化程度進行模糊化調整，避免不同劣化程度等級分界點處階梯形跳躍對評估結果造成的波動。設備部件及狀態量扣分評價的計算流程如圖3-31所示，狀態評價計算流程如圖3-32所示。

4）風險評估及預測。

建立了基于故障模式的風險評估方法，風險評估模塊通過識別設備潛在的內部缺陷和外部威脅，分析設備遭到失效威脅后的資產損失程度和威脅發生概率，通過風險評估模型得出設備在電網中的風險等級，如圖3-33所示。

綜合考慮設備的各類異常征兆和所經歷的不良工況，利用可信度故障診斷模型，確定設備的故障模式及其概率。在此基礎上，評估故障后果的嚴重性，綜合分析設備故障造成的資產損失、電網損失、社會損失和環境損失四個方面的后果，形成對設備的風險評估值，作為輸變電設備狀態檢修的決策依據，如圖3-34所示。

5）運維決策支持。

運維決策支持模塊以設備狀態評價結果為基礎，綜合考慮風險評估結論，建立設備狀態和設備風險度二維關系模型，綜合優化輸變電設備維修次序、維修時間和維修等級安排。并依據狀態維修導則確立的分級維修標準，確定具體的維修項目和維修時間，最終將建議結果遞交設備管理人員或傳送到相關的外部生產管理信息系統實施安排，為生技、調度等各業務部門提供決策支持及技術管理功能。

風險的影響及危害程度按風險值大小進行區分，根據風險值大小可以確定設備風險級別。同類設備可以按照風險值大小排序，作為輸變電設備運行、維護、檢修、試驗、技改的決策依據，同時考慮設備繼續運行對風險值改變的影響。資產、資產損失程度、平均故障率也可以分別排序，作為生產決策的參考，見表3-6。

確定設備風險值后，根據風險值的大小將設備的風險劃分為不同的等級，以指導檢修周期的調整，設備實際檢修周期=f（基準周期，設備風險），見表3-7。

6）全壽命周期過程管理。

在輸變電設備風險評估、動態預警、壽命評估等方法研究成果的基礎上，結合全壽命周期關鍵指標體系、閉環管理機制以及協同管控策略，開發了輸變電設備全壽命周期管理系統，將電網資產的計劃管理、資產信息管理和壽命周期管理有機地結合在一起，指導人、財、物各方面資源在設備全壽命周期過程各階段的合理配置，強化以設備全壽命周期為主線的全過程成本管理，推行標準化成本，實現成本管理精細化、定額化，在設備可用性和壽命周期費用之間尋求平衡，探索壽命周期費用最小的設備管理方案。強化資產壽命周期全過程的績效管理，推行標準化作業，追蹤評估戰略規劃、目標設定和實施過程的執行效果，建立能夠持續改進的設備管理過程。

2.基于物聯網的輸變電設備全壽命周期管理系統應用

輸變電設備全壽命周期管理通過智能展示技術，在對數據智能分析的基礎上通過駕駛艙的方式對數據進行集中、全面和有效的顯示。采用統一的圖形格式、界面風格和展現方式，可全面、直觀、簡潔、有效地監視全網設備運行狀態、指標評價結果及各類統計信息，并集成關聯各專業系統功能模塊，實現設備運維監視全景可視，切實提高運維效果。系統展示如圖3-35和圖3-36所示。