基于知識庫的電力設備全壽命周期管理系統設計與應用

楊鯤鵬 杜道強 吳超鋒

摘 要：電力設備的正常運行是電力供應的基礎保障。隨著電力設備規模日益增大，電力設備管理需要采用更加數字化、智能化的方法解決電力設備全壽命周期管理過程中任務量大、工作效率低等問題。分析了當前電力供需格局和設備管理模式，提出了基于知識庫的電力設備全壽命周期管理框架，從電力設備全壽命周期信息獲取、基于知識圖譜的設備信息關聯與匹配，以及基于知識庫的電力設備管理決策等三方面提出了電力設備全壽命周期管理的實施方案，以進一步提高電力公司設備管理信息化和規范化水平。

關鍵詞：電力設備;知識庫;全壽命周期;設備管理

中圖分類號：TG519.3 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：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

以新一代數字技術為代表的第四次工業革命向經濟社會各領域全面滲透，正引領生產方式和經營管理模式快速變革。數字中國建設背景下，電網企業管理需要全面貫徹新發展理念，以信息化培育新動能，用新動能推動新發展，以新發展創造新輝煌。在宏觀經濟運行總體平穩，服務業和高新技術及裝備制造業較快發展，冬季寒潮、夏季高溫，電能替代快速推廣，城農網改造升級釋放電力需求等因素綜合影響下，全社會用電量實現較快增長。隨著電力需求的增加，電網規模隨之擴大，電力運行的設備數量急劇增加。與此同時，隨著直流輸電技術大量應用、新能源大規模接入，對系統調峰調頻和電壓調節能力提出了更高要求。因此，電力設備日常的運維工作直接關系著電網的供電質量，而供電質量的提高和電力運行維護管理是一項復雜的工作，涉及的內容繁多，亟須改革傳統設備管理方式，提高電網設備安全性、可靠性，增強設備抵御風險的能力。構建覆蓋電力設備全壽命周期的一體化數字業務平臺，以數據驅動設備管理高效協作和高質量決策，實現設備全壽命周期實時監控、動態分析和風險管控，全面提升電網企業設備管理能力。

1 電力供需格局與電力設備管理模式

“十四五”時期我國經濟社會發展將達到較高水平，科技水平大幅提高。西部大開發、東北振興、京津冀協同發展等區域戰略深入實施，形成區域協調均衡發展新格局。未來，城市化率進一步提高，人口逐步達到飽和。經濟結構進一步優化，第三產業增加值比重達到較高水平，現代服務業將成為主導。在電力需求側，人均用電水平不斷攀升，全社會用電量及最大負荷將帶來新的挑戰（見表1）。在電力供給側，主要供給方式為煤電、燃氣發電、清潔能源發電、水電、核電、風電、太陽能發電，以及抽蓄、電化學儲能等調節性電源，各種供給方式電源裝機規模大幅增加。我國中長期電源裝機容量如表2所示。由表1和表2可見，用電需求側的增加給電力企業設備管理帶來較大壓力與挑戰。

為保障電力供應，電力設備不斷增加。因此，學術研究和企業實踐都在探索保證電力設備穩定運行時效性和可靠性的技術方案。為提高電力設備全壽命周期的管理效率，面向信息化、智能交互、互聯網應用為一體的電力設備管理成為當前的技術發展趨勢[1]。例如，美國大多數地區在電力設備采購時嵌入物聯網通信芯片，通過信息化技術和物聯網技術實施采集設備信息，并進行實時監控管理[2]。將網絡信息技術、智能技術等應用于設備運行維護、缺陷診斷、處理全流程數據信息分析和決策，可提高設備運行過程中的管理效率，降低設備運行成本[3]。

2 基于知識庫的電力設備全壽命周期管理框架

電力設備規模龐大、結構復雜，且其全壽命周期管理涉及多部門協同，分散的設備維護數據不利于設備健康狀態的實時呈現和高質量檢修決策。為保障電力設備運行的可靠性和提升管理效率，需要將電力設備全壽命周期數據進行整合，并利用知識庫輔助設備管理決策。

電力設備全壽命周期管理包括：電力設備的前期管理，設備運行過程中的使用、維護、保養、檢修與更新，以及設備后期管理[4]。設備壽命周期數據包括：設備采購信息、備品備件存儲信息、備品備件更換信息、實時運行信息、檢修信息、故障信息和對設備實施的操作信息等。

知識庫通過知識圖譜將大量的領域知識以一定的知識表達形式和結構進行存儲，是專家智能決策系統的核心部分。知識圖譜生命周期是確定知識需求、知識建模、獲取、存儲、管理、應用等六個階段不斷完善、進化和迭代發展的過程[5]。

將知識圖譜六個階段與電力設備領域知識，包括設備采購數據、設計圖紙信息、備品備件數據、實時運行數據、檢修操作數據和故障數據等，進行關聯、匹配、歸納、總結，進而形成包含設計知識、經驗知識、原理知識、試驗知識等在內的知識庫，從而實現對設備管理決策的支持。通過將知識圖譜生命周期階段和設備壽命周期數據耦合，建立基于知識庫的電力設備全壽命周期管理框架（見圖1），可有效提升電力設備日常的運維工作效率。

3 基于知識庫的電力設備全壽命周期管理方案的實施

知識庫賦能電力設備全壽命周期管理，能夠實現電力設備全壽命周期信息的獲取、存儲、分析、預測和決策管理。在實施過程中，通過電力設備全壽命周期信息的獲取，以及基于知識圖譜進行設備信息關聯與匹配，形成知識庫，實現電力設備管理決策。

3.1 電力設備全壽命周期信息獲取

為保障電力設備全壽命周期數據的采集和更新，設計了四大功能庫和標準化信息采集表。四大功能庫包括設備信息庫、工單庫、備品備件庫和故障庫。設備信息庫主要涵蓋設備設計圖紙和設備定值的更新，用于提供設備設計原始信息和設備定值實時數據，以供運維人員對設備進行操作時實時查詢設備數據;工單庫涵蓋了設備運維過程中各個部門對設備進行的操作，反映了設備被實施的各種操作;備品備件庫供運維人員實時查詢設備運維過程中備品備件種類和數量，同時建立常用備品備件最低庫存預警，防止因備品備件缺貨導致工期延長;故障庫供運維人員在檢修與維護過程中就故障現象快速定位故障原因和采取維護策略。

為保障四大功能庫數據的可靠性和及時性，設計標準化設備狀態數據采集表，即通過標準化工單將信息錄入后對關聯的功能庫進行更新。

3.2 基于知識圖譜的設備信息關聯與匹配

標準化工單采集的實時信息需要關聯工單庫、故障庫，當工單中涉及更換定值，則同步更新設備信息庫;當工單中采取了更換零部件的操作時則需要同步更新備品備件庫。

電力設備全壽命周期數據信息通過四大功能庫采集更新信息的同時與知識圖譜生命周期六個階段進行耦合。采集的信息以知識的方式進行存儲，形成知識庫，以便于設備管理決策。電力設備數據信息關聯與匹配關系如圖2所示。

3.3 基于知識庫的電力設備管理決策

知識庫中基于設備工單庫形成的知識可以對設備運行健康狀態進行分析和報告，以便于指導設備狀態檢修，減少檢修成本，提高檢修效率。知識庫中基于故障庫形成的知識，可指導運維人員在現場快速定位故障原因，并形成指導性排除故障/消除缺陷策略。知識庫中基于備品備件庫形成的知識可用于建立常用備品備件最低庫存預警，防止因備品備件缺貨導致工期延長。知識庫中基于設備信息庫形成的知識可使運維人員快速掌握設備設計知識和實時定值，以提高檢修效率。

4 結語

筆者針對電力設備規模不斷擴大帶來的管理效率問題，基于知識庫提出了電力設備全壽命周期管理框架。為了更好地實施電力設備全壽命周期管理，設計了四大功能庫和標準化信息采集表，確保電力設備全壽命周期數據的采集和更新。將四大功能庫采集更新的信息與知識圖譜生命周期六個階段進行耦合，形成知識庫，從而實現設備狀態檢修、快速定位故障并消除缺陷，以及備品備件預警管理。

參考文獻：

[1] 蘇海濤，劉華偉，郭泓佐，等.變電站電力設備集中監控信息管理系統研究及應用[J].中原工學院學報，2018，29（1）：54-57.

[2] 任新華.變電站電力設備運行管理系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2020.

[3] 王立健，何青，趙曉彤.基于集團級數據庫的電力物資全壽命周期管理方法及應用[J].電力與能源，2018，39（2）：147-150，165.

[4] 羅云，張俊邁，吳奕亮.設備壽命周期費用方法及其應用[M].北京：海洋出版社，1992.

[5] 王莉，王建平，許娜，等.基于知識圖譜的地鐵工程事故知識建模與分析[J].土木工程與管理學報，2019，36（5）：109-114，122.

收稿日期：2021-11-01

作者簡介：楊鯤鵬（1976—），男，本科，高級工程師，研究方向：電力企業管理;杜道強（1973—），男，本科，高級工程師，研究方向：電力運維管理;吳超鋒（1976—），男，本科，電力工程師，研究方向：機電工程與科技管理。

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