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互联网加在超特高压电网设备主人制运维模式下的研究及应用

编辑:   发布时间:2018-08-10

一、前言

    国网安徽省电力企业检修企业是国网安徽省电力企业直属专业支撑机构,主要承担着全省500千伏及以上主干网架的运维检修职责。企业成立于2012年6月,现运维1000千伏特高压变电站2座,变电站主变9台,主变容量9000兆伏安;500千伏变电站26座,500千伏主变114台,合计变电容量31850兆伏安,变电容量总计40850兆伏安。企业运维输电线路60回,长度3218.25公里,其中:500千伏交流输电线路58回,长度3147.65公里,220千伏交流输电线路2回,长度70.596公里。截止2017年1月,职工人数534名,其中大学本科学历282人,研究生及以上学历155人。

    近年来,检修企业坚持创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,积极参与构建全球能源互联网。检修企业企业基础管理全面加强,设备运检能力不断夯实,安全生产业绩稳步提升,“大检修”支撑作用得到了有效发挥,各项工作获得了广泛关注和认可。企业先后荣获“国家电网企业先进集体”、全国“安康杯”竞赛优胜单位、“全国检修企业标杆单位”、“安徽省直文明单位”等荣誉称号。

二、实施背景

    传统变电运维专业负责设备日常巡视、维护、操作、事故处理,对设备的状态数据持续跟踪观察、深入系统分析不够;检修专业负责设备的检修试验,未能实时的对设备运行状态进行跟踪,这种模式下,设备管理的运维和检修专业责任主体都存在缺位,很容易造成设备隐患和缺陷处理不及时、设备维护和保养不到位等问题,导致设备运行状态由“小问题”变成“大故障”。此外,根据国网企业三集五大体系建设要求,变电站运维模式逐渐向无人值守过渡,变电站运维人员数量逐步减少。然而,目前运维一体化、管理精益化等多项工作要求使得运维人员需要承担更多的工作任务,变电设备管理遇到新的挑战,迫切需要采用新的方法降低人员工作量,提高工作效率。在此背景下,安徽电力企业率先提出设备主人制理念,要求每一个变电站的每一台设备都必须明确具体责任人,旨在解决设备管理责任主体不明确的问题。国网安徽检修企业承担着安徽境内超特高压电网设备的运维管理,设备多、责任大、要求高,亟需通过深化设备主人制落实、优化设备运维管理模式、强化运维工作计划管控,提升变电运维工作效率,保障地区超特高压电网的安全稳定运行。

    国网安徽检修企业积极探索、推进设备主人制工作,通过明确责任体系,改变“听安排”开展工作的模式,明确每台设备都有对应的设备主人,承担相应职责,形成设备管理上下一体的生产责任体系,实现从行政指令式的设备被动管理模式转变为“我的设备我负责”的设备主动管理模式;设备、设施的第一责任人,参与责任范围设备、设施全寿命周期全过程管理,也是职责范围内各项工作的发起人、设备状态管控负责人、各项工作完成后的验收确认人。将设备承包到人,确保设备收到持续关注,深度运维,调动运维人员积极性,提高设备运维质量。具体实行措施如下:①以制度标准为准则,以促进设备健康和管理绩效提升目的,以业务流程为核心,让每一台设备的主人适时主动融入到设备全寿命周期管理中。明确运维责任,明确设备主人、设备范围、工作内容、工作标准。将站内设备、设施按责任区划分到人,并通过运维责任表等形式上墙公示,制定相应工作标准和内容,确保相关工作开展依据、落实有标准。②根据“二十四节气表”管理思路,编制精益化工作日历,将运维工作的“年任务”、“月计划”、“周安排”具体落实到“日管控”,确保每一台设备状态都得到设备主人的管控。③根据责任划分,在五箱、设备及资料上设置显著的设备主人标识,增强设备主人责任意识,让运维人员切实感受到设备主人制“我的设备我清楚,我的问题我有数,我的地盘我维护,我的责任你追溯”的实质内涵,也便于班组工区现场检查设备主人维护工作开展情况。

    设备主人制运维模式取得了很好的效果,同时也遇到了一些问题,主要表现在:

①设备主人所管辖设备界限不够直观,仅仅通过公示的运维责任表、设备主人标识牌,设备主人难以明确自己的设备责任区范围。此外,设备责任区按区域划分,一个区域含有不同种类设备,设备原理、日常运维巡视标准也不一致,设备主人需要掌握多种设备基础常识、工作标准,设备规范等。

②传统运维记录的为纸质记录,记录、存档、分析、综合应用十分不便,同时由于数据量大,编制各类设备报表工作量大。以该企业所辖特高压芜湖站为例,该站每日需巡查抄录的表计多达450多块,现场纸质记录抄录再录入电脑生成管理月报,工作繁琐、任务量大,运维数据利用率也比较低,运维人员无法将更多的精力投入到运检工作、带电检测工作中去。

③对设备主人制的落实仅仅停留在责任明确到人、压实责任阶段,没有很好的工具来利用设备主人制减轻运维人员负担。

    针对上述情况,该企业展开专题研究,制定合理方案,将“互联网+”理念应用到设备主人制运维模式中去,努力提升变电运维工作效率。

三、成果内涵及做法

    以保障特高压电网安全稳定运行为目标,以确保企业安全生产为核心,以优质高效完成班组各项生产任务、高效落实设备主人制工作为保证,基于“互联网+”理念,“超特高压设备运维管控系统”立足于数据源融合、数据挖掘处理分析等技术,将传统的变电运维工作与信息技术有机结合起来,更好的实施落实设备主人制要求、把运维人员从大量的低端、重复性、繁琐性工作中解放出来,创新工作方法,保证工作质量,提高工作效率。

    该系统终端有如下功能:

1.在每个设备表面制作唯一的二维码,使用手持终端扫描二维码,进入该设备的综合分析平台,在平台中可详细查阅该设备的主人、该设备基础数据、运行数据、缺陷情况、定期工作安排,同时还能查阅该设备主人的责任区范围以及考核排名等信息,入口便捷、界面友好,让设备主人更清楚自己的设备情况,同时也让巡视人员更清楚设备运行状况和运维工作开展情况,有效推进设备主人制工作的落实。

2.该平台终端系统具有运行数据抄录、查阅、自动分析功能,可方便采集现场巡视数据进行电子化记录,实时查阅历史数据进行比对,即时分析输入系统的数据正确性,针对异常数据及时进行告警提醒,实现巡视运维的智能化,确保设备状态得到有效管控,同时该数据库还能查阅此设备的作业程序、运维标准、工作要求等等,减少单凭经验工作的现象。

3.管理人员通过扫描该二维码能够检查设备的全部资料包括安排工作任务,全程管控工作质量,使管理工作真正实现良好的过程管控,安全生产实现预控和在控。

4.平台系统还可实现整个运维巡视过程数据填报上报自动化和标准化,并能按固定格式要求准确生成各类分析报告报表,极大减轻运维人员工作负担,从而有更多时间从事专业化和运维一体化的工作,为变电站无人值守工作的推进奠定坚实基础。

    该系统技术方案如下:

1.确定超特高压设备运维管控平台的建设思路

    超特高压设备运维管控平台建设包括三个部分:无线局域网(WIFI)建设、设备运维管控平台系统和设备运维管控智能终端系统。建设覆盖变电站全站的无线局域网,实现无线局域网内的系统数据实时传输,以及满足其它系统接入局域网传输数据的要求,定期完成与企业主站系统的数据交互。设备运维管控平台系统主要功能包括运维计划管理与下发、运维数据的汇总与统计分析、设备管理月报的设置维护及自动生成、数据预警阀值的设定、系统权限的维护等模块。设备运维管控智能终端系统主要功能包括设备主人工作查阅、运维计划获取、运维巡视过程中的数据采集(语音输入、手工录入等)、数据实时传输、数据查阅比对、数据预警等模块。

图1 设备运维管控平台架构

2.科学搭建系统构架平台

    超特高压设备运维管控平台基于底层平台开发,利用建设的覆盖全站的WIFI系统,运维人员使用手机、平板扫描黏贴于设备表面的二维码,即可查阅设备主人的相关信息,并可轻松的实现整个运维巡视过程数据填报上报自动化和标准化,并能按固定格式要求准确生成设备运维分析报告。

1)制作设备主人二维码标识牌,采用二维码作为系统入口

    该企业创新设备运维管理模式,将“互联网+”理念运用到变电站设备主人制工作中,设计了一种二维码嵌入设备主人标识牌,二维码具有高密度编码、信息容量大、编码范围广、译码可靠性高等特点,设备主人二维码内容可直接链接至设备运维管控终端系统,终端系统展示的定期工作、缺陷隐患、设备状态等信息可辅助运维人员开展日常巡检工作,运维人员也可以现场更新相关设备运维信息,实现终端系统跳转迅速准确、平台系统更新及时方便的效果。目前,现场已将设备主人二维码标识牌黏贴在变电站内所有的设备设施上,用手机、平板扫描二维码后,即可进入设备运维管控智能终端系统的展示界面,内容包含了从设备主人职责划分到设备主人工作开展,再到设备主人检查排名,贯彻设备主人制推进工作全过程,实现设备主人的闭环管理。实施应用过程中,该企业对设备主人设备范围重新进行了划分,由以前的按设备片区划分改成了按设备类型划分,更加有利于专项工作专人开展,同类设备深度运维的设备主人制实施思路。

图2 设备主人二维码

图3 扫描设备二维码后终端系统界面

2)明确数据抄录责任人,做实运维数据录入

    进入设备运维管控智能终端系统的录入界面,正确选择数据抄录直接责任人后,可实现日常运维数据的痕迹化录入,数据录入时间、录入责任人清晰明确,确保数据抄录责任可追溯,做实设备基础数据录入。运维人员使用平板可以轻松的实现整个运维巡视过程数据记录、上报自动化和标准化,实现运维数据抄录、查阅、比对全过程无纸化,巡视过程中录入的数据项内容超过阈值,数据预警功能会自动对超过的数值进行提醒和预警,对于漏巡和错误的记录项系统也会进行提醒,降低了录入错误数据的机率,很大程度上减轻运行人员工作量,提高了工作效率。

图4 设备运维管控终端系统抄录界面

3)开发OFFICE组件,实现一键传输出报告

    设备运维管控平台系统结合变电站设备管理月报的特点和内容,对多种OFFICE文档自动生成技术进行了研究,开发了OFFICE文件控制生成组件,主要实现了设备管理月报WORD和EXCEL文档的生成功能,可在设备运维管控平台上准确、快速生成设备管理月报。

图5 变电站设备管理月报

4)强化运维数据利用,做强设备状态监测评价

    设备运维管控智能终端系统支撑运维人员从不同的角度、快速灵活地对数据库中的各类运维数据进行多角度查询和分析,并以直观易懂的形式将查询和分析结果展示给运维人员。通过运维巡视数据的累计逐步形成多数据源融合的运维数据中心,在此基础上通过各种分析视角和手段进行数据的综合分析,从而为变电站设备状态监测评价提供决策支撑依据。

图6 设备运维管控终端系统诊断展示界面

5)基于多数据源融合的特高压设备运维管控平台工作模式

    下图7为基于多数据源融合的超特高压设备运维管控平台的数据处理分析工作模式,从最初的数据采集到分析处理以及诊断部分在特高压站完成,而这些所有数据均通过云环境传输到移动端监控中心,后者则通过大数据分析平台对站内设备进行诊断与管理。极大提升了响应速度,提高了特高压站数据处理精度与速度。采用大数据处理技术可对设备运行趋势预测诊断,能够提前预测潜在的问题,及时提醒运维人员进行诊断。将移动端监控中心作为服务端,充分利用企业各超特高压变电站已采集的运行数据源,包括后台监控系统数据源、运维人员现场抄录数据源、巡检机器人数据源,建成大规模的数据库,通过对同类型数据的分析、比对,对不同类型数据的关系分解,及时发现问题,并找出问题症结及时处理。

图7 基于多数据源融合的超特高压设备运维管控平台工作模式

    信息横向交流共享:具体实施过程中,通过集成某一类型设备数据,实现企业系统内超特高压变电站同型设备信息及数据经验横向交流共享,实现信息系统集成,打通信息孤岛。

    三层数据处理:一层设备数据库入口导航;二层针对企业同类设备的集合比较;三层围绕设备精细化、精益化管理,做实设备基础数据,在不同层面支撑设备现场分析和专家分析,提升设备管理的科学性。

    运维效能提升:基于多数据源融合的诊断分析使设备状态巡视成为可能,能较好地缓解当前电网发展与运维人力资源日益紧缺间的矛盾。传统的设备运维讲究的是广撒网、多捞鱼,以频度和力度的投入来发现解决设备缺陷隐患。而将设备诊断分析接上大数据后,则可以面向薄弱点、易受损设备及部位开展有针对性的状态巡视,讲究分层撒网、重点捞鱼,以精准定位来把握设备运维排查方向重点。

3.系统前期和组织实施全流程逐步贯通

    成立高效率的组织体系和组织机构是系统成功实施应用的保障,为了保证设备主人在线信息系统的顺利实施,该企业成立专门项目实施小组,系统实施采用“统一规划、先行试点、优化完善、深化应用”的原则,分阶段完成系统的实施应用。

1)统一规划:前期规划工作是项目实施的关键性工作,充分的准备工作可以大幅度提高项目的实施效率,主要包括:对项目实施进行统一规划、组建系统实施团队、确定备运维管控平台系统和设备运维管控智能终端系统的各项需求、技术准备、变电站无线局域网系统的设计与实现、系统设计与开发。由特高压芜湖站作为系统实施应用的示范点,统一规划项目范围和项目目标,积极推进系统设计与开发工作。2016年4月底,按照系统无线网络施工设计方案,特高压芜湖站顺利完成了系统数据支撑平台的搭建工作,变电站全部巡视区域内均实现了专用WIFI信号覆盖,该数据支撑平台运行正常,专用WIFI网络信号稳定、强度理想,为设备主人在线信息系统(含终端系统)的部署应用提供了可靠的网络环境。

2)先行试点:试运行阶段是管控平台实施的主要阶段,根据规划阶段确定的工作目标和工作内容,进行系统测试与上线测试,确保达到上线试运行条件,在试运行过程对发现的问题和bug进行及时处理,保证系统稳定运行。主要包括:系统测试与上线测试、数据初始化、系统培训、系统试运行、系统问题处理、系统优化与调整。系统设计与开发达到上线试运行里程碑点的条件后即进入先行试点阶段,在试运行阶段收集整理发现的问题与使用反馈意见并进行针对性解决。2016年6月下旬,特高压设备运维管控平台(含终端系统)在特高压芜湖站正式上线试运行,变电站安排专人对设备台账、不同巡视工作的巡视路线等基础数据进行维护。7月初,芜湖站正式使用设备运维管控终端系统开展各类型巡视工作,过渡阶段采用纸质数据记录+终端系统双轨方式,确保运维数据记录万无一失。

3)优化完善:根据试运行情况以及反馈情况,对系统进行深入的优化和完善,以达到全面正式运行的各项要求。按照巡视要求和路线,巡检站内设备,使用设备主人终端系统记录设备相关运维数据,并在系统中对记录的数据和生成的报表进行查验,不断完善优化系统功能,确保报表正确生成。通过持续地应用,处理各类平台应用问题和建议五十多项,包括录音功能的接入、文件命名和上传,测温记录顺序的调整等,系统的功能和性能都得到了改善,实用性和操作性大大提高,达到了平台建设的目标。

4)深化应用:经过试运行和优化完善后满足芜湖站的正式运行要求后,2016年10月,系统进入深化应用阶段,芜湖站彻底告别纸质数据记录,实行运维数据单轨记录、实时比对,实现整个运维巡视过程数据填报上报自动化和标准化,并能按固定格式要求准确生成《变电站设备管理月报》,更好的进行运维数据综合全方位比对分析,极大减轻运维人员的工作负担,提升了特高压设备状态监测评价水平,促进人员向运维一体化转型。

四、推广应用前景

    超特高压设备运维管控平台的实施应用将该企业前期总结的“我的设备我有数,我的问题我清楚,我的地盘我维护,我的责任你追溯”的设备主人制管理理念以一种简单直接的方式应用到实际生产中,切实解决了设备管理从运检部到工区到班组最后如何落实到具体设备的管理断面问题,填补了设备管理最后一公里的技术、管理空白。彻底取代纸质记录,方便运维人员对设备运维巡检数据的录入,减轻运维工作负担,将设备的运行和维护参数形成报表进行查询、统计和比对分析,并为设备运行状态的监测评价提供数据支撑。

    国家电网企业“十三五”规划明确指出要大力扶持变电站智能化建设,该系统操作便捷、界面友好,从根本上解决了传统纸质记录需重复录入、盲目查询、容易丢失的弊端,提高了运维工作效率。该系统具有很强的可复制性,仅仅需要对变电站设备设施、人员、运维工作计划进行修改,即可完成对应变电站设备主人在线信息系统的搭建。目前,该系统已在检修企业所辖2座特高压变电站实施应用,正逐步推广到该企业其他所辖500kV变电站,条件成熟可推广至其他地市企业变电站。

五、成果创新点

    超特高压设备运维管控平台充分落实了国网安徽省电力企业设备主人制工作的具体要求,结合设备主人二维码,科学划分设备责任区、合理安排定期工作计划、完善缺陷闭环管理措施、强化设备主人职责考核,贯彻设备设备主人工作的全过程。此外,该系统的应用实施简化了运维工作流程,实现运维数据抄录、查阅、比对全过程无纸化,通过挖掘设备运维信息,进行设备状态综合诊断评价,为设备主人提供设备运维依据,提前发现设备隐患,大幅降低设备故障发生率,提高特高压设备可用系数,体现了安徽检修企业“做实基础数据录入,做强运维数据利用,做强设备状态监测”的设备运维管理思路。该系统具有以下特点:

1.简化工作流程,告别纸质记录:该系统的实施改变了过去运维人员不得不从事一些机械、重复运维巡视工作的弊端,实现运维数据“一个标准、一个入口、一次录入”,变电站的运维管理水平和人员工作效率不断提高。

图8 两种方式工作流程对比

2.巧妙利用设备二维码:扫描粘黏贴于现场设备的二维码,即可进入该平台终端系统诊断展示界面,为保证信息安全,扫描二维码操作可单机不联网进行。

3.数据录入责任可追溯:实现日常运维数据的痕迹化录入,数据录入时间、录入责任人清晰明确,确保数据抄录责任可追溯,做实设备基础数据录入。

4.数据诊断评价有依据:通过多数据源的融合共享,实现同类数据分析比对、不同类型数据关系分解,及时反映设备隐患。

5.设备运维管控可闭环;设备运维管控终端系统会结合设备状态诊断结论在设备主人二维码中更新各设备主人责任设备维护建议,设备主人需及时反馈设备维护结果。

    项目成果《以“设备主人制”抓手促进变电站精益化管理》、《超(特)高压变电站精益化管理体系构建与实施》等多篇论文在科技期刊正式发表;《一种用于电力设备运维管控的二维码》、《一种特高压变压器呼吸器装置》、《移动式特高频局部放电在线监测装置》等获得实用新型专利授权。基于该项目成果的一项QC成果《提高特高压芜湖站设备主人制标准化率》获得安徽省2017年QC成果发布一等奖。

六、应用情况及社会效益

    超特高压设备运维管控平台经多次使用改进完善后,2016年10月至2017年6月,该企业在所辖2座特高压变电站应用实施该平台,平均每站每天运维数据抄录时间节省2.2小时/人,每站每月平均13.5小时的变电站管理月报工作时间也可以全部投入到变电运检、带电检测工作中去,有效提升运维工作效率和质量。经现场运维人员使用,该系统操作便捷、界面友好、现场使用效果好,可有效提升设备主人制落实效率和运维工作效率,大大减轻运维人员工作负担。

    超特高压设备运维管控平台对于促进安徽地区超特高压电网的安全、稳定运行发挥着重要作用。以项目实施单位特高压芜湖站为例,自该平台实施以来,2016年特高压芜湖站设备主人正确处理设备保护动作事件5起。发现并整改缺陷共计111条,消缺率100%,开展隐患排查44次,发现隐患共计128个,处理隐患128个,整改率100%。该站先后获得全国工人先锋号、全国青年安全生产示范岗、安徽省标杆班组、安徽省青年文明号等多项荣誉。特高压芜湖站是“皖电东送”交流特高压输电示范工程的枢纽变电站,于2013年9月25日投入运行,截止2016年12月31日,累计已向浙沪地区输送电量达655亿千瓦时。特高压芜湖站芜湖站的安全稳定运行每年可减少受端上海地区二氧化碳排放2100万吨、二氧化硫5万吨、氮氧化物5.6万吨,具有显著的环境经济效益。

主创人员:施有安、邱欣杰、张鹏飞、石永建、李  冀、田  宇、张  健、董翔宇、陈庆涛、柯艳国、罗  沙、王雄奇、汪太平、李坚林、甄  超、李宾宾、翁良杰、刘  翔、蒲道杰

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