基于畫像的變壓器精細化管控策略研究

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(1. 廣東電網有限責任公司 電力科學研究院，廣州 510000；2. 廣州佰聆數據股份有限公司，廣州 510000)

0 引言

傳統的電網運維模式是依據經驗和規程，定時對不同設備的部件開展運行維護，這種運維存在很大的弊端，因為缺乏針對性可能花費大量精力而運維的效果卻不理想。在這樣的背景下，需要找出一種標準的精細化管控方案。近年來，隨著電網變壓器各類數據的采集、交互以及匯聚，廣東電網逐步實現了電力變壓器設備狀態的多維度綜合監測及分析，對保證電網安全穩定運行起到了重要作用。

現行的差異化運維分為以下幾大步驟：運維數據收集、風險級別評估、運維策略制定和運維策略執行。具體地：運維數據采集專人在收集好數據之后會對數據進行分析，將缺陷部件進行分類后再對設備健康狀態進行評估，然后基于設備健康狀態和重要度確定管控級別，最后基于管控級別制定并執行運維策略。

但整體上，電力變壓器精細化管控仍面臨“數據海量，信息缺乏”、狀態評價主觀性太強、輔助運維決策深度不夠等現狀，無法對設備深層次狀態特征、缺陷故障規律等信息進行精準描述，導致差異化運維時較難定位工作方向、難以采取針對性措施，難以真正實現對變壓器的精細化管控[1-8]。本文融合其他領域開展比較廣泛的畫像技術[9-12]、數據挖掘和大數據分析等手段，結合電網業務特征及需求，提出一種基于畫像技術的變壓器精細化管控策略研究。

1 畫像技術

畫像技術的核心手段是為特定對象打標簽，其目的是為了讓人能夠理解并且方便數據挖掘模型處理。一個標簽通常是人為規定的高度精煉的特征標識，呈現出兩個重要特征：語義化，人能很方便地理解每個標簽含義，使得畫像模型具備實際意義，能夠較好的滿足業務需求；符號化，每個標簽通常只表示一種含義，標簽本身無需再做過多文本分析等預處理工作，這為利用機器提取標準化信息提供了便利。

2 基于畫像的變壓器精細化管控策略研究

2.1 標簽體系的構建

通過整合各場景標簽，并根據設備特征屬性、業務模式和設備管理人員檢索習慣，研究構建多層次、多視角、立體化的標簽結構化體系，按場景分類或按目標要素分類等形成變壓器畫像。

基于電力大數據的標簽畫像技術與應用研究將信息系統數據分析結果解釋、轉化為日常生產語境中的語言，對業務對象大數據分析結果具象化，將復雜的信息加工過程透明化，向用戶提供使用日常語言表達的清晰明確的生產現實描述、具體形象的業務對象展示，探索電力大數據廣泛用于生產實踐的方法和機制。通過用戶與設備畫像將業務中的用戶和設備具象化，對單一業務對象信息進行聚合和結構化集中展示，實現了將碎片化的生產信息綜合加工形成對生產或決策對象系統、全面、直觀的認識。畫像的種類包括個體畫像、群體畫像、總體畫像等。

2.2 基于標簽二次建模的畫像研究

2.2.1 基于標簽關聯分析的設備健康度評價優化

設備狀態評價問題異常復雜，單純采用數據挖掘算法，解決不了復雜決策問題的建模。在現有技術中，電力行業在開展變壓器風險評估時，主要基于各系統直接量測和錄入的數據作為風險狀態評估條件。具體地，主要通過設備介質損耗、溫濕度、設備電壓等數據是否超過預設閾值判定。然后采用打分或者扣分的方式，依據相關導則的評價標準來判斷變壓器的運行狀態。值得注意地，對于狀態量評分法，通過綜合考慮各狀態量的情況來評判變壓器的整體健康狀況，這就首先需要對各狀態量進行權重系數的賦值工作。權重系數的確定，傳統上主要采用專家經驗法、層次分析法等權重確定方法，在很大程度上依賴于人的主觀意見，沒有考慮到多個狀態量之間的復雜關系，客觀上存在較多重復扣分的可能性，會導致評價結果存在較大的偏差。

本文首先將狀態量標簽化，得到設備的狀態量標簽，并依據南網先行導則得到狀態量標簽的扣分值和基于層次分析法的主觀權重系數pi；然后通過狀態量標簽之間的關聯規則分析，得到客觀權重系數qi；最終結合pi和qi得到狀態評價的綜合權重系數hi，完成設備健康度評價的優化。

具體步驟如下：依據關聯規則挖掘出Q1；不同狀態量標簽與Q2；緊急重大缺陷標簽之間的推理規則集，計算置信度C。如式(1)。

C=confidence(Q1→Q2)=

P(Q1∪Q2)/P(Q1)×100%=

P(Q2|Q1)

(1)

再對狀態量標簽的置信度進行比較，根據其置信度的大小來確定各單項狀態量標簽的客觀權重系數。其計算式為式(2)。

(2)

其中qi為第i項狀態量標簽的客觀權重系數；Ci為第i項狀態量標簽的置信度,i=1,…,n。

然后，結合pi和qi得到綜合權重系數hi，如式(3)。

hi=1/2*pi+1/2*qi

(3)

最后，依據狀態量標簽間的綜合權重系數hi，得到更加客觀的設備健康度評價。

2.2.2 基于標簽組合的風險評價

影響變壓器風險因素的主要有兩類標簽，一類是發生概率的標簽，如運行年限；一類是影響范圍的標簽，如電壓等級。通過將相應的標簽進行組合，可用于描述變壓器的風險評價。

利用標簽規則將風險發生概率的運行年限劃分成初投期、穩定期及老化期，對應的風險發生概率為低、中、高；將風險影響范圍的電壓等級劃分成110kV，220kV及550kV，對應的風險影響范圍為小、中、大。通過將兩者進行組合，得到圖1結果。

進一步將組合成果進行歸類，風險評價可以歸為三大類，如圖1所示。

圖1 標簽組合的風險影響大小

1)高風險：包括高-大、中-大、高-中三個組合

2)中風險：包括低-大、中-中、高-小三個組合

3)低風險：包括低-小、低-中、中-小三個組合

2.2.3 變壓器預警狀態畫像

變壓器狀態的預警級別是根據其健康狀態和風險評價組合評估。評估級別分別為I級、II級和III級，對應的狀態畫像的健康程度從好到壞分別為病態、亞健康和正常如圖2所示。

圖2 狀態預警畫像評估

病態畫像 代表變壓器當前處于危險期，運維緊急程度高、影響范圍大。需要引起運維人員高度重視，提高變壓器的巡視頻率、檢查范圍和試驗力度。

亞健康畫像 代表變壓器當前處于波動期，存在向病態畫像轉換的概率高。需要重視其存在的缺陷及風險，通過嚴格執行巡視、檢修及試驗流程，按期存在的問題機動性增加相關運維作業項目。

正常畫像 代表變壓器當前處于平穩期，只要正常執行日常的運維策略，確保缺陷、風險及時發現并解決。

3 基于畫像的變壓器精細化管控策略應用

3.1 運維策略的編制原則

精細化運維策略建立在變壓器畫像標簽體系的基礎上，通過將變壓器各類顯性及隱形的特征進行描述組合，形成變壓器的健康狀態的畫像，同時根據變壓器的所屬標簽，結合南方電網的檢修規程、業務專家經驗制定應對的運維策略。整體而循環的閉環運維過程，即如圖3所示。

圖3 精細化運維策略編制技術路線

3.2 運維策略編制

根據生產運維實際的要求，廣東電網公司結合實際并開展研究，編制了變壓器的精細化運維策略。變壓器精細化運維策略以南方電網的檢修規程為基礎，結合變壓器的基本信息、行為特征、成本特征等維度建立的設備精細化運維主題特征標簽體系，進行標簽與作業項目的映射，形成基于標簽的運維策略體系。而變壓器狀態畫像是通過提取設備特征標簽，通過設備狀態預警特征標簽、缺陷模式特征標簽，輔以運行工況、設備年齡等數據，運用數據挖掘技術，將特征標簽進行二次建模建立的。通過變壓器狀態畫像的標簽組成，最終分解映射具體的作業項目，映射關系如表1所示。

表1 運維策略映射關系示意表

3.3 運維策略執行

在大多數情況下，變壓器同時附屬于多個標簽，而一類標簽也可能對應多個變壓器。因此，根據變壓器狀態畫像可以對整體的運維工作內容、周期及優先級進行預估，運維人員根據相關的信息進行綜合規劃，科學合理的編制計劃、安排人員、儲備物資等。整體而言，運維策略的執行原則如下：

1)綜合統籌，科學執行。運維工作根據策略的內容進行統籌安排，盡可能并行執行運維工作，減少變壓器停運時間， 同時以安全優先，充分評估策略。

2)資源平衡，細化分工。根據策略可以明確工作周期及內容，平滑工作時間集中度以及工作專業化成為可能，實際運維過程中，應最大程度實現工作飽和度的平穩和專業資源的統籌。

3)策略為綱，按需評估。運維工作以策略的作業項目為基本，但需要根據實際情況，進行評估優化及完善。進行實際運維后，需要對策略進行反饋及修編。

4)畫像迭代實現運維工作滾動規劃。實際工作中，變壓器狀態畫像隨著運維作業項目的執行，必然迭代更新，那么需要動態監視其狀態畫像，是否需要根據新的標簽組合進行新的運維作業項目。

5)狀態畫像與策略聯動。變壓器狀態畫像的標簽構成隨著標簽的生命周期迭代而不斷更新，那么相應的運維策略應隨著動態改變，執行也應隨著聯動。

4 總結

本文針對基于畫像的變壓器精細化管控策略進行了詳細的分析、研究和探討，利用對變壓器狀態畫像的動態監控，對標簽及其映射的運維策略的統計分析，可以對當前變壓器的運維工作進行綜合的滾動評估，能更科學、合理的制定出運維工作計劃。通過討論此策略的應用效果，此策略適合當前電網發展運行要求，可以精準的、有效的對運維工作的優先級、工作量及資源需求進行預估，不僅提高運維計劃的執行率，同時也可以優化和降低工作飽和集中度。