CN205750856U - 一种电力设备分析决策系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电力设备分析决策系统，包括设置于电力设备上的监测装置，所述监测装置用于采集电力设备的监测数据；与所述监测装置相连接的通讯模组；与所述通讯模组相连接的监测数据存储器；与所述监测数据存储器相连接的处理器，所述处理器用于电力设备的状态分析以及评估决策；与所述处理器相连接的控制终端，用于控制并显示处理器的状态分析以及评估决策。该系统能够有效地针对不同类型的电力设备例如变压器、断路器、GIS设备以及线路，对监测数据进行分析和计算，迅速评估电力设备的健康和风险状态，并判断故障类型提供维修决策，具有很高的实用性。

Description

一种电力设备分析决策系统

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种电力设备分析决策系统。

背景技术

IED设备(Intelligent Electronic Device，智能电子设备)是由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备，即电子多功能仪表、微机保护、控制器，在特定的环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体，例如电子式互感器等。

IED设备能够实时采集电力设备的状态监测数据，因此在电力设备在线监测领域应用广泛，然而IED设备采集的数据类型多样，数据量巨大，很难对采集数据进行分析，进而难以针对电力设备的运行状态，做出风险评估、故障诊断以及维修方案等决策。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供了一种电力设备分析决策系统，以解决现有技术中的电力设备难以进行分析决策的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型公开了一种电力设备分析决策系统，该系统包括：

设置于电力设备上的监测装置，所述监测装置用于采集电力设备的监测数据；

与所述监测装置相连接的通讯模组；

与所述通讯模组相连接的监测数据存储器；

与所述监测数据存储器相连接的处理器，所述处理器用于电力设备的状态分析以及评估决策；

与所述处理器相连接的控制终端，所述控制终端用于控制并显示处理器的状态分析以及评估决策结果。

优选地，所述通讯模组包括IEC61850通讯模组。

优选地，所述通讯模组包括多个通讯接口，所述通讯模组通过多个通讯接口与多台监测装置相连接。

优选地，所述通讯模组与所述监测装置通过WIFI、运营商网络和蓝牙中的一种或多种无线连接。

优选地，所述处理器包括状态分析处理器、评估处理器、故障诊断处理器以及维修决策处理器，其中：

所述状态分析处理器与所述监测数据存储器相连接，用于对电力设备进行状态分析；

所述评估处理器与所述状态分析处理器相连接，用于对电力设备的健康指数、故障概率、剩余寿命以及建议检修时间进行计算；

所述故障诊断处理器与所述评估处理器相连接，用于对电力设备进行故障诊断；

所述维修决策处理器与所述故障诊断处理器相连接，用于确定维修方案。

优选地，所述电力设备分析决策系统还包括数据库存储器，所述数据库存储器与所述故障诊断处理器和所述维修决策处理器均相连接。

优选地，所述控制终端包括与处理器相连接的显示器和输入装置。

优选地，所述控制终端与所述状态分析处理器、所述评估处理器、所述故障诊断处理器以及所述维修决策处理器均相连接。

优选地，所述监测装置包括IED设备。

由以上技术方案可见，本实用新型实施例提供的电力设备分析决策系统，包括设置于电力设备上的监测装置，所述监测装置用于采集电力设备的监测数据；与所述监测装置相连接的通讯模组；与所述通讯模组相连接的监测数据存储器；与所述监测数据存储器相连接的处理器，所述处理器用于电力设备的状态分析以及评估决策；与所述处理器相连接的控制终端，用于控制并显示处理器的状态分析以及评估决策。该系统能够有效地针对不同类型的电力设备例如变压器、断路器、GIS设备以及线路，对监测数据进行分析和计算，迅速评估电力设备的健康和风险状态，并判断故障类型提供维修决策，具有很高的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电力设备分析决策系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种电力设备分析决策系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种电力设备分析决策系统的结构示意图；

在图1-3中，符合表示为：

1-监测装置，2-通讯模组，3-监测数据存储器，4-处理器，41-状态分析处理器，42-评估处理器，43-故障诊断处理器，44-维修决策处理器，5-控制终端，6-数据库存储器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

实施例一

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种电力设备分析决策系统的结构示意图，所述电力设备分析决策系统包括监测装置1、通讯模组2、监测数据存储器3、处理器4以及控制终端5。

其中，所述监测装置1包括IED设备、压力感应器、温度传感器、气体感应器以及超声波监测器等用于监测电力设备状态的装置中的一种或多种；所述监测装置1设置于电力设备上，其中所述监测装置1可以设置于电力设备外壳上、电力设备内部或者与电力设备电连接，以用于采集电力设备的监测数据，所述监测装置1将所述监测数据转换为符合IEC61850等协议格式的数据，并向外发送。

所述电力设备包括变压器、断路器、GIS设备以及线路等。对于变压器，所述监测装置1采集的监测数据包括变压器油中气体数据、放电数据、电容数据、电流数据以及电压数据等；对于断路器和GIS设备，所述监测装置1采集的监测数据包括放电数据、SF6气体数据以及工作电流数据等；对于线路，所述监测装置1采集的监测数据包括线路温度、线路倾斜数据、线路振动数据以及线路附着物数据等。

所述通讯模组2与所述监测装置1相连接，接收来自监测装置1的监测数据。优选地，所述通讯模组2包括IEC61850通讯模组，所述IEC61850通讯模组支持IEC61850通讯协议，当然在具体实施时，所述通讯模组2可以为支持其他通讯协议的通讯模组，或者支持多种通讯协议的通讯模组，在本实用新型实施例中不做限制。

为了便于通讯模组2与监测装置1之间通信，所述通讯模组2与所述监测装置1之间可以通过WIFI、运营商网络(例如3G/4G/GPRS)和蓝牙中的一种或多种实现无线连接。通过无线连接的通信方式，避免了布局布线的工作量以及对电力设备的潜在安全威胁。

所述监测数据存储器3与所述通讯模组2相连接，用于存储来自通讯模组2的监测数据以便于后续分析。所述监测数据存储器3可以理解为硬盘或者云存储形式的磁盘阵列等。

所述处理器4与所述监测数据存储器3相连接，所述处理器4获取存储于与所述监测数据存储器3中的监测数据，对电力设备进行状态分析、健康风险评估、故障诊断以及维修决策。

在对电力设备进行状态分析过程中，对于变压器，所述处理器4从所述监测数据存储器3中获取变压器的监测数据，并根据所述监测数据对变压器的状态进行分析，分析项目包括油中溶解气体组分浓度、油中溶解气体组分产气速率、放电量、放电次数、放电位置、放电类型、介质损耗、等值电容、末屏电流、绕组热点温度、变压器过载能力。对于断路器和GIS设备，所述处理器4从所述监测数据存储器4中获取断路器和GIS设备的监测数据，并根据所述监测数据对断路器和GIS设备的状态进行分析，分析项目包括放电量、放电位置、放电类型、SF6气体温度、压力、密度和水分、储能电机的工作电流和启动次数、触头开断一次主电流、分合闸线全电流、燃弧时间、断路器电寿命、避雷器泄露电流、阻性电流和动作次数、泄露的SF6和O2浓度。对于线路，所述处理器4从所述监测数据存储器4中获取线路的监测数据，并根据所述监测数据对线路的状态进行分析，分析项目包括导线温度、等值覆冰厚度、微风振动、舞动、导线弧垂、污秽度、风偏、杆塔倾斜。

所述处理器4对电力设备的健康风险评估包括健康指数评价、故障概率评估、剩余寿命评估、检修时间评估以及风险评估。

在健康指数评价过程中，根据状态分析的结果以及电力设备的特征系数等级得到电力设备的外观修正系数、历史故障修正系数、缺陷修正系数、预防性试验修正系数、套管修正系数、调压开关修正系数、生产厂商可靠性系数；其中，所述外观修正系数伪根据电力设备的主箱体、冷却器及管道系统、调压开关、其它辅助机构/单元以及有无渗漏油现象五个项目来进行判定得到的修正系数；所述历史故障修正系数为根据统计的电力设备故障次数来判定得到的修正系数；所述缺陷修正系数为根据缺陷记录表中的分级进行判定得到的修正系数；所述预防性试验修正系数为根据绝缘电阻、直流电阻、介质损耗等试验项目判定得到的修正系数；所述套管修正系数为根据套管的可靠性系数和预防性试验系数来判定得到的修正系数；所述调压开关修正系数为根据调压开关的外观、可靠性、预防性试验三部分来判定得到的修正系数；所述生产厂商可靠性系数为根据各电力设备生产厂家和型号的可靠性等级来判定得到的修正系数。然后，根据电力设备的投运年限、多次油色谱试验数据、油质试验数据、糠醛数据和相应的数学模型分别获得投运年限老化指数、油色谱老化指数、油质老化指数和糠醛老化指数。最终，根据投运年限老化指数、油色谱老化指数和油质老化指数及电力设备外观修正系数、历史故障修正系数、缺陷修正系数、预防性试验修正系数、套管修正系数、调压开关修正系数以及生产厂商可靠性系数综合获得电力设备的健康指数。所述健康指数一般为0-10之间的数值，表征电力设备的健康程度，所述健康指数越高表示电力设备的健康程度越差。在具体实施时，所述健康指数小于3.5为健康状态，所述健康指数大于或等于3.5、且小于5为注意状态，所述健康指数大于或等于5、且小于7为异常状态，所述健康指数大于或等于7为严重状态。

在故障概率评估过程中，建立电力设备故障概率数学模型；本实用新型实施例中故障概率为健康指数的泰勒公式三级展开，具体的计算公式如下所示：

$POF=K(1+C\·HI+\frac{{(C\·HI)}^2}{2}+\frac{{(C\·HI)}^3}{6})$

其中，POF为故障概率，K为预设比例常数，C为预设曲率常数。而且在具体实施时，所述故障概率可以根据不同的故障级别进行计算，例如设置3个或4个故障级别，对应每个故障级别设置相应的预设比例常数K和预设曲率常数C。

在剩余寿命评估和检修时间评估过程中，根据电力设备的当前健康指数来推算电力设备的剩余寿命，一般健康指数在0.5-7的区间内时为电力设备的寿命，即在电力设备的健康指数处于0.5-7的时间段为电力设备的寿命。当健康指数大于或等于7时，电力设备需要进行更换，因此在具体实施时，可以通过健康指数7作为阈值，根据电力设备的寿命数学模型计算电力设备的剩余寿命。同样，可以选择0.5-7任意多个数值的健康指数，当电力设备的健康指数到达选择的健康指数时进行检修，并结合所述剩余寿命计算需要进行检修的时间，完成检修时间评估。

风险评估，包括性能风险评估、修复成本风险评估、人身安全风险评估和环境影响风险，因此电力设备的总风险包括性能风险、修复成本风险、人身安全风险和环境影响风险，且上述风险均以货币形式表示。

在本实用新型实施例中，所述性能风险的表达式如下：

COF_NP＝P_HR×FC×L_C×(T_h×P_LH+T_l×P_LL)

其中，COF_NP为性能风险，P_HR为处于高风险状态的负荷比例，FC为变电站的计算容量，L_C为单位电量经济损失，T_h为高风险期持续时间，T_l为低风险期持续时间，P_LH为高风险期负荷损失概率因子，P_LL为低风险期负荷损失概率因子。而且，单位电量经济损失可以根据一时间段的统计数据获得，例如根据最近3-5年的国家公布统计数据，设置L_C为8000RMB/MWh。

所述修复成本风险指设备发生故障后，排除故障所需的维修资金，它包括设备维修的所有费用(材料费+人工费)。根据不同的故障等级，所需要的修复成本也有较大差异，在本实用新型实施例中，故障等级与修复成本风险的关系如下表一所示：

表一：

故障等级	小型	中等	重大
				修复成本风险	50,000	250,000	2,500,000

所述人身安全风险一般按造成人员轻伤、重伤和死亡三个等级划分，并分别给出对应的损失值和发生概率。本发明定义人身安全损失值分级如下表二所示：

表二：

等级	人身安全损失值
		轻伤	50,000
重伤	1,800，000
		死亡	100,000,000

不同故障等级对应人身伤亡的概率如下表三所示：

表三：

故障等级	小型	中等	重大
				轻伤	0.001	0.002	0.01
重伤	0.0001	0.0002	0.001
				死亡	0.00005	0.0001	0.0005

结合表二和表三可以计算不同故障等级对应的人身安全风险，小型故障等级对应的人身安全风险为0.001*50000+0.0001*1800000+0.00005*100000000＝5230，按照同样的方式计算得到中等故障等级对应的人身安全风险为10460，重大故障等级对应的人身安全风险为52300。

所述环境影响风险主要是考核设备发生故障后，可能给环境带来的各种污染或干扰产生的损失。本实用新型实施例中，对于环境方面造成每单位污染的损失值如下表四所示：

表四：

环境影响类型	损失值
		绝缘油泄漏(/L)	100
SF6泄漏(/Kg)	5000
		火灾	100000
固体垃圾(/T)	1000
		社会影响	4000

不同故障等级造成的环境污染量如下表五所示：

表五：

故障等级	小型	中等	重大
				绝缘油泄漏	100	1000	10000
SF6泄漏	0	0	0
				火灾	0.0005	0.005	0.05
固体垃圾	5	25	100
				社会影响	1	2	5

结合表四和表五，单位污染损失值乘以不同故障等级对应的环境污染量，就可以得到每个故障等级对应的环境影响风险；小型故障等级对应的环境影响风险为100*100+0*5000+0.0005*100000+5*1000+1*4000＝19050，中等故障对应的环境影响风险为133500，重大故障等级对应的环境影响风险为1125000。

将性能风险、修复成本风险、人身安全风险以及环境影响风险累加得到电力设备的总风险，即电力设备总风险＝电网性能风险+修复成本风险+人身安全风险+环境影响风险。

所述处理器4根据对电力设备的状态分析，当判定电力设备发生故障时，根据状态分析得到的数据进行故障诊断；根据故障诊断的结果，选择与故障类型相匹配的维修方案，完成维修决策。

所述控制终端5与所述处理器4相连接，所述控制终端5可以理解为显示器和输入设备(例如键盘、鼠标等)的组合，显示器和输入设备均与所述处理器4相连接，或者可以显示和输入的触摸屏等，具体地，所述控制终端5可以为电脑或者便携型笔记本、移动终端等。所述控制终端5可以直观显示状态分析、健康风险评估、故障诊断以及维修决策的结果，并且用户可以根据实际分析决策需求，向处理器4发送控制参数，以对分析决策过程进行修正和控制。

由上述实施例可见，本实用新型实施例提供的电力设备分析决策系统，包括设置于电力设备上的监测装置1，所述监测装置1用于采集电力设备的监测数据；与所述监测装置1相连接的通讯模组2；与所述通讯模组2相连接的监测数据存储器3；与所述监测数据存储器3相连接的处理器4，所述处理器4用于电力设备的状态分析以及评估决策；与所述处理器4相连接的控制终端5，用于控制并显示处理器的状态分析以及评估决策。该系统能够有效地针对不同类型的电力设备例如变压器、断路器、GIS设备以及线路，对监测数据进行分析和计算，迅速评估电力设备的健康和风险状态，并判断故障类型提供维修决策，具有很高的实用性。

实施例二

参见图2，为本实用新型实施例提供的另一种电力设备分析决策系统的结构示意图，与实施例一相比，本实施例的区别之处在于，所述通讯模组2包括多个通讯接口，其中所述通讯接口可以包括无线通讯接口和有线通讯接口，且所述通信接口可以为支持不同通信协议的通讯接口。例如所述通讯模组2包括通信线缆有线通讯接口、TCP/IP协议的无线通信接口和IEC61850通信协议无线通讯接口中的一种或多种的组合，且其中通讯接口的数量可以为任意多个。本实用新型实施例与实施例一相同之处可参见实施例一，在此不再赘述。

在本实用新型实施例中，通过设置多个通讯接口，所述通讯模组2实现对多个、不同通信协议类型以及无线或有线等不同连接方式的监测装置1的支持，从而有效提高所述电力设备分析决策系统的兼容性和实用性。

实施例三

参见图3，为本实用新型实施例提供的又一种电力设备分析决策系统的结构示意图，在本实用新型实施例中，与实施例一相比区别之处在于，所述处理器4包括状态分析处理器41、评估处理器42、故障诊断处理器43以及维修决策处理器44，而且在本实施例提供的电力设备分析决策系统中还设置有数据库存储器6。

其中，所述状态分析处理器41与所述监测数据存储器2相连接，用于对电力设备进行状态分析；所述评估处理器42与所述状态分析处理器相连接，用于对电力设备的健康指数、故障概率、剩余寿命以及建议检修时间进行计算；所述故障诊断处理器43与所述评估处理器42相连接，用于对电力设备进行故障诊断；所述维修决策处理器44与所述故障诊断处理器43相连接，用于确定维修方案。

所述数据库存储器6上设置有故障数据库和维修方案数据库，所述数据库存储器与所述故障诊断处理器43和所述维修决策处理器44均相连接；所述故障诊断处理器43将从状态分析处理器41获得的电力设备状态数据与数据库存储器6中的故障数据库进行比对、匹配，完成故障诊断；所述维修决策处理器44根据故障诊断处理器43的诊断结果与数据库存储器6中的维修方案数据库比对、匹配，确定维修方案。

而且，所述控制终端5与所述状态分析处理器41、所述评估处理器42、所述故障诊断处理器43以及所述维修决策处理器44均相连接。本实用新型实施例与实施例一相同之处，例如具体的状态分析、评估、故障诊断以及维修决策过程等可参见实施例一，在此不再赘述。

由上述实施例可见，通过设置所述状态分析处理器41、所述评估处理器42、所述故障诊断处理器43和所述维修决策处理器44，以及数据库存储器6，能够充分利用多个处理器的计算资源，实现并行计算，提高分析决策效率；而且，通过在数据库存储器6上设置数据库，方便对故障类型和维修方案进行统一管理，提高分析决策的精度。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种电力设备分析决策系统，其特征在于，包括：

设置于电力设备上的监测装置(1)，所述监测装置(1)用于采集电力设备的监测数据；

与所述监测装置(1)相连接的通讯模组(2)；

与所述通讯模组(2)相连接的监测数据存储器(3)；

与所述监测数据存储器(3)相连接的处理器(4)，所述处理器(4)用于电力设备的状态分析以及评估决策；

与所述处理器(4)相连接的控制终端(5)，所述控制终端(5)用于控制并显示处理器(4)的状态分析以及评估决策结果。

2.根据权利要求1所述的电力设备分析决策系统，其特征在于，所述通讯模组(2)包括IEC61850通讯模组。

3.根据权利要求1或2所述的电力设备分析决策系统，其特征在于，所述通讯模组(2)包括多个通讯接口，所述通讯模组(2)通过多个通讯接口与多台监测装置(1)相连接。

4.根据权利要求1所述的电力设备分析决策系统，其特征在于，所述通讯模组(2)与所述监测装置(1)通过WIFI、运营商网络和蓝牙中的一种或多种无线连接。

5.根据权利要求1所述的电力设备分析决策系统，其特征在于，所述控制终端(5)包括与处理器(4)均相连接的显示器和输入装置。

6.根据权利要求1所述的电力设备分析决策系统，其特征在于，所述监测装置(1)包括IED设备。