0 引言

电力设备智能预警是指通过一系列相关阈值来判断设备的安全运行情况，从而形成设备故障预警信息系统^[1]；或是通过数据融合技术，利用不同的融合方式，建立智能预警数据库^[2]。近年来，关于电力设备系统智能预警方面的探索逐渐增多，特别是输电线路的智能预警技术发展的更为成熟^[3-5]，为电网安全运行提供了保证。

2014年，内蒙古电力（集团）有限责任公司（以下简称内蒙古电力公司）10~500 kV输变电一次设备已实现全面状态检修工作。在此期间，内蒙古电力公司生产管理信息系统中积累了几十万条设备状态信息数据，如何有效挖掘利用生产管理信息系统中海量的设备状态量数据，实现对设备状态的智能预警，进而实现对输变电一次设备的预知性检修，是进一步提高内蒙古电力公司设备状态检修管理水平的一个可行途径。

目前，内蒙古电力公司已经实现了电力设备的信息化管理，可对设备的基础台账、运行、巡检、缺陷、检修、试验、带电测试等多项信息进行全面管理，在此基础上建成了输变电设备状态检修辅助决策系统和在线监测系统。这两套系统的数据独立存在，需通过设备智能预警平台实现数据的有效整合，提高数据的使用效率，同时提高生产管理的精益化水平，构建体系架构更加完善的状态检修系统。

1 智能预警系统的技术架构

智能预警系统是以输变电设备状态检修辅助决策系统和在线监测系统为基础，通过在线采集数据进行预警。为了提高智能预警系统的工作效率和对故障判断的精确性，依照状态检修辅助决策系统和在线监测系统的要求，将设备状态预警分为两级。

（1）第一级为基础数据筛查初判。首先将设备的检修记录、试验记录和缺陷记录录入到内蒙古电力公司的生产信息系统。然后根据《内蒙古输变电设备状态检修导则》《内蒙古输变电设备状态评价导则》和《内蒙古输变电一次设备标准缺陷库》的规定，初步判断设备是否出现异常或发生故障^[6-8]。

（2）第二级为故障类型精确诊断。利用系统中的测量单元将采集到的信息传输至主机，系统会自动分析或者对比搜集到的信息，精确判断设备状态出现的异常或故障情况；同时预警系统会依照实时监测数据进一步分析判断设备是否出现故障以及故障类型，及时监测、分析数据，并发出异常状态下的早期预警和故障报警。数据分析流程见图 1。设备状态智能预警系统技术架构如图 2所示。设备状态智能预警系统结构如图 3所示。

2 智能预警模型的建立

设备状态预警模型需满足内蒙古电力公司生产管理信息系统统一建模相关标准要求，为设备状态和监测数据告警提供依据。

2.1 系统模型构建

设备状态智能预警模型包括专家规则、逻辑推理、设备评价、检修策略等模块。系统模型利用神经网络分析法对告警设备进行分析。

设备状态预警模型采用J2EE技术开发平台，包括域值告警模型、变化率告警模型、同类型设备监测数据同比告警模型、显著性差异告警模型、纵横比分析法告警模型等，包含设备告警分级标准和告警规则等。

2.1.1 数据模型的建立

基于内蒙古电力公司生产管理系统的设备信息数据、在线监测系统的监测数据和状态检修系统的状态评价数据，构建设备状态预警模型。例如：引入在线监测系统中的主变压器油中溶解气体、铁心接地、夹件接地的参数，避雷器阻性电流、全电流的参数，断路器气体湿度和局部放电的参数，作为告警信息原始数据，建设基于设备状态预警模型的设备状态智能预警平台。

2.1.2 预警算法

预警模型针对变压器、避雷器、断路器等设备引入了包括域值预警、变化率预警和同类型设备监测数据同比预警算法。结合变化率分析法、同比分析法、纵横比分析法、显著性差异分析法、域值分析法，形成算法库。

2.1.3 告警信息生成

通过生产管理系统的设备信息数据、在线监测系统的监测数据和状态检修系统的状态评价数据，得到设备不同指标项数据。并根据《输变电设备状态评价导则》^[6]，结合设备的不同指标数据项对设备状态进行评价，生成告警信息。

2.1.4 设备告警规则

结合在线监测数据、缺陷记录、试验记录等相关状态量的变化，根据《输变电设备状态评价导则》，系统自动触发评价出设备的状态，并根据设备状态的变化趋势将设备状态信息分为以下4类^[6]。

（1）正常信息。输变电设备状态在系统评价后变为正常状态，即输变电设备由严重、异常或者注意状态转为正常状态，表示输变电设备状态量稳定，设备对应状态正常。

（2）三级告警。输变电设备状态在系统评价后变为注意状态，即输变电设备由正常状态转为注意状态，表示输变电设备状态量变化趋势朝相关标准中注意值的方向发展，但未超过注意值。此时设备可能存在隐患，需引起注意。

（3）二级告警。输变电设备状态在系统评价后变为异常状态，即输变电设备由正常或注意状态转为异常状态，表示输变电设备状态量超过注意值或变化趋势明显。此时设备可能存在或可能发展为缺陷，需加强监视。

（4）一级告警。输变电设备状态在系统评价后变为严重状态，即输变电设备由正常、注意或者异常状态转为严重状态，表示输变电设备状态量超过相关标准限值，或变化趋势明显。此时设备已存在缺陷并有可能发展为故障，需采取相应措施。

2.2 系统数据架构

设备状态预警模型的数据架构包括在线监测数据和状态评价数据。

2.2.1 在线监测数据

通过对在线监测系统告警信息原始数据、生产管理信息系统带电检测数据、生产管理信息系统缺陷数据、生产MIS系统试验等数据进行整合，依据状态评价导则进行融合，得出设备的最终状态。对在线监测系统的告警表和设备的一些信息原始数据表建立物化视图，在告警表上建立触发器，根据告警规则实时抓取新增的告警信息，解析设备信息并插入至触发表中，触发评价系统通过触发表中的设备关联出原始数据，据此进行评价并保存。

2.2.2 状态评价数据

设备状态评价按设备→部件/单元→状态量→判断依据的顺序进行分析。通过对具体设备类型的部件、状态量及规则、劣化程度及权重系数、部件评价标准和检修策略的定义，形成对此类设备的状态评价与检修决策标准。

2.2.2.1 设备部件定义

根据设备类型的不同，将设备功能相对独立的单元定义为设备部件。如油浸式变压器可以分为本体、套管、冷却系统、分接开关和非电量保护5个部件。

2.2.2.2 状态量及规则定义

定义各部件下的状态量以及对状态量的评价规则，每个状态量均有权重系数与劣化程度2个属性，权重系数反映了状态量的重要程度，劣化程度反映了状态量的发展过程。油浸式变压器状态量评价表如表 1所示。

2.2.2.3 劣化程度及权重系数扣分定义

定义了各类状态量的劣化程度的扣分值以及各权重的扣分系数，并形成劣化程度和权重系数扣分二维表，采用“设备扣分分值=∑权重系数×状态量劣化程度对应的基本扣分值”计算，得到反映变压器运行状态的分值结果。

2.2.2.4 部件评价标准定义

定义了各部件扣分值与部件状态的对应关系，确定了设备部件的4种状态：正常、注意、异常、严重。设备整体状态由设备部件中最严重状态决定，评价标准依据表 1中数据。设备状态评价流程见图 4，设备状态评价系统结构示意图见图 5。

2.3 系统告警信息

智能预警系统的告警设备以树形结构展示，设备的详细告警信息列于右侧，包括的信息为：设备编码、设备名称、电压等级、所属单位、所属变电站、告警级别、告警来源、告警时间、告警数据。根据告警信息权限配置情况，各类设备的相关负责人在系统中录入手机号码、电子邮件等，系统以自动触发方式向设备负责人自动发送短信和邮件的方式进行通知，设备负责人可以进入系统查询设备告警详细信息，信息数据为自动更新。设备智能告警评价信息如图 6所示。

3 应用实例及实现的功能 3.1 实例

以呼和浩特供电局220 kV东郊变电站1号主变压器为例。2016-06-07，在线监测的色谱数据显示异常，根据《输变电设备状态评价导则》^[6]和系统的自动触发评价功能，设备状态由上次评价的注意状态变为严重状态，告警级别显示为一级告警，告警信息展示见图 7。

系统设置的触发器根据系统预留信息，将告警信息以规范的格式自动实时发送至相关责任人，发送方式为设定的电子邮件或手机短信，发送内容见图 8。

3.2 实现的功能

电力设备状态智能预警系统从根本上解决了多年来设备管理上存在处理单一、信息孤岛、实用性差等问题。设备状态告警系统不但可以查询设备信息、进行设备运行信息动态管理，而且实现了设备状态智能告警。

（1）实现了设备管理的一体化。该系统具备业务和管理两个层次的完整应用体系，具有静态和动态两种数据处理功能。

（2）通过系统的预警信息，提高了设备维修和抢修的及时性和有效性，有助于加强设备管理。

（3）该系统有效利用了设备基础信息，不仅有助于提高劳动效率，同时也间接增加了经济效益。

4 结语

内蒙古电力公司设备智能预警系统的开发与建设，完成了变电设备状态预警模型构建，实现了设备状态告警信息展示以及设备状态告警信息的发布，提高了公司状态检修水平与电网设备状态检修工作质量。该系统的应用使得设备评价更为及时，设备管理人员由原先被动查询设备状态信息变为实时获取系统动态推送信息，并及时准确掌握设备状态情况，从而在一定程度上实现了预知性检修。