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篇（1）

中圖分類號(hào)：S972文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、引言

這是個(gè)充滿數(shù)據(jù)的時(shí)代，大至國(guó)家規(guī)劃，小到日常生活，點(diǎn)滴的行動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。當(dāng)然，作為電網(wǎng)企業(yè)，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更是驚人。可是，這些海量的數(shù)據(jù)是怎樣產(chǎn)生的？數(shù)據(jù)背后又意味著什么？如果將這些龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析、歸納后，又將形成怎樣的變化？本文將對(duì)電氣設(shè)備數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭：監(jiān)測(cè)管理技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)討論、分析和展望，以便將監(jiān)測(cè)管理技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)相融合，促進(jìn)智能電網(wǎng)的更好發(fā)展，為今后電網(wǎng)的智能管理開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域。

2、監(jiān)測(cè)管理概述

“監(jiān)測(cè)”一詞的含義是為了特殊的目的而進(jìn)行的注視、觀察與校對(duì)。電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)管理技術(shù)是利用各種傳感器和測(cè)量手段對(duì)反映電氣設(shè)備的物理、化學(xué)量進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)路智能分析技術(shù)，用以判斷電氣設(shè)備的運(yùn)行情況是否在穩(wěn)定正常范圍內(nèi)，對(duì)運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行科學(xué)甄別分析，并能精確、快速地尋找到故障位置，準(zhǔn)確、便捷地分析出故障原因，以便做到對(duì)電氣設(shè)備的全方位、全壽命的精準(zhǔn)、高效管理。

3、監(jiān)測(cè)管理現(xiàn)狀

電氣設(shè)備的在監(jiān)測(cè)模式經(jīng)歷了從單機(jī)監(jiān)測(cè)到分布式監(jiān)測(cè)，再到最新的的基于網(wǎng)路的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)這樣的一個(gè)發(fā)展過(guò)程。

以下是目前常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的主要構(gòu)成功能圖

圖1 常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的主要構(gòu)成功能圖

目前的在線監(jiān)測(cè)管理技術(shù)基本有以下幾部分構(gòu)成：

1）傳感技術(shù)：傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。傳感器的選擇取決于被測(cè)對(duì)象的特征及選用監(jiān)測(cè)方法。通常要求傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力、對(duì)環(huán)境變化的耐受能力、高靈敏度的能力以及非侵入性等特點(diǎn)。

2）信息采集：是指將傳感器收集的模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、打印的過(guò)程，采集的任務(wù)包括對(duì)傳感器輸出信號(hào)的去噪、選取、濾波、模／數(shù)轉(zhuǎn)換以及對(duì)傳感器的補(bǔ)償和校正等。此外還涉及到數(shù)據(jù)通信技術(shù)和微型處理器等技術(shù)。

3）數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)一般包括參考模型和故障特征提取兩種方法。前者將測(cè)量結(jié)果與基于數(shù)學(xué)仿真模型或人工智能等方法的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行比較得出結(jié)論。故障特征提取方法主要是通過(guò)時(shí)／頻分析，小波變換等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)而獲得。

4）智能決策：智能決策系統(tǒng)是一種基于人工智能的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。它能模擬故障智能決策的思維方式運(yùn)用已有的故障診斷技術(shù)知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)收集到的電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)等各種信息進(jìn)行歸納和挖掘，從而作出推理和判斷，并能不斷修改、補(bǔ)充知識(shí)以完善決策系統(tǒng)。

以下是某公司設(shè)計(jì)的一套成型的變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)智能管理系統(tǒng)的功能圖。

某公司設(shè)計(jì)的SIM3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能圖

4、目前的難點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)路技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的交叉發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)量、控制、自動(dòng)化技術(shù)的不斷完善，在線監(jiān)測(cè)與診斷已成為一門(mén)獨(dú)立的新興學(xué)科。

目前國(guó)內(nèi)多數(shù)在線監(jiān)測(cè)與診斷功能還比較單一。隨著傳感器技術(shù)的日趨成熟，為電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)提供更多的數(shù)據(jù)支撐，今后電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)不再是簡(jiǎn)單的電氣量（電壓、電流、有功、無(wú)功等 ）監(jiān)測(cè)，而是引入物理量（溫度、速度、流量、壓力等）、化學(xué)量（離子、PH值等）、生物量（酶、抗原、抗體、微生物、細(xì)胞等）的監(jiān)測(cè)。

今后在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是向多功能多參數(shù)的綜合智能傳感器和自主學(xué)習(xí)型智能決策系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。智能傳感器是具有信息處理功能的傳感器,帶有微處理機(jī),具有采集、處理、交換信息的能力,是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，并在不斷積累監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和診斷經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展人工智能技術(shù)、建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)診斷的全部自動(dòng)化。

當(dāng)然發(fā)展也將遇到一些難點(diǎn)：

1）傳感器的選型

隨著傳感器技術(shù)的日趨成熟，為電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)提供更多的數(shù)據(jù)支撐，今后電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)不再是簡(jiǎn)單的電氣量（電壓、電流、有功、無(wú)功）監(jiān)測(cè)，而是引入物理量（溫度、速度、流量、壓力）、化學(xué)量（氣味）、生物量的監(jiān)測(cè)。

針對(duì)傳感器的分類，不同的被測(cè)量可以采用相同的測(cè)量原理，同一個(gè)被測(cè)量可以采用不同的測(cè)量原理。因此，必須掌握在不同的測(cè)量原理之間測(cè)量不同的被測(cè)量時(shí)，各自具有的特點(diǎn)。

常用的基本物理量和派生物理量。

表1-1常用的基本物理量和派生物理量

基 本 物 理 量 派 生 物 理 量

位移 線位移 長(zhǎng)度、厚度、應(yīng)變、振動(dòng)、磨損、不平度

角位移 旋轉(zhuǎn)角、偏轉(zhuǎn)角、角振動(dòng)

速度 線速度 速度、振動(dòng)、流量、動(dòng)量

角速度 轉(zhuǎn)速、角振動(dòng)

加速度 線加速度 振動(dòng)、沖擊、質(zhì)量

角加速度 角振動(dòng)、扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

力 壓力 重力、應(yīng)力、力矩

時(shí)間 頻率 周期、計(jì)數(shù)、統(tǒng)計(jì)分布

溫度 熱容量、氣體速度、渦流

光 光通量與密度、光譜分布

但是面對(duì)種類眾多的傳感器，對(duì)于電氣設(shè)備怎樣選擇具體機(jī)構(gòu)的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)于運(yùn)行參數(shù)怎樣提取準(zhǔn)確的狀態(tài)信號(hào)，又怎樣從經(jīng)濟(jì)價(jià)格角度綜合選用對(duì)應(yīng)的傳感器，目前還沒(méi)有統(tǒng)一固定的模式。

比如對(duì)于電網(wǎng)傳輸?shù)闹匾O(shè)備――變壓器，就有很多種測(cè)取信號(hào)的方式，如下表格：

表1-2變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目

變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目 備注

項(xiàng)目 方式一 方式二

1 繞組溫度多點(diǎn)測(cè)量 局部放電測(cè)量和定位

2 鐵心溫度測(cè)量 油中溶解氣體測(cè)量和分析

3 油量、油位、油溫測(cè)量 油量、油位、油溫測(cè)

4 繞組輸入、輸出電壓、電流、

有功、無(wú)功監(jiān)視 有載分接開(kāi)關(guān)的觸頭

磨損測(cè)量

5 絕緣分解物測(cè)定 電氣回路的完整性測(cè)

6 內(nèi)部局部放電量檢測(cè)和位置判斷 變壓器繞組變形在線監(jiān)測(cè)

7 冷卻系統(tǒng)檢測(cè)。 全箱體溫度測(cè)量

2） 智能決策系統(tǒng)的研發(fā)

目前已研究的智能系統(tǒng)模型有：基于規(guī)則的智能決策系統(tǒng)、基于實(shí)例的智能決策系統(tǒng)、基于行為的智能決策系統(tǒng)、基于模糊邏輯的智能決策系統(tǒng)和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能決策系統(tǒng)

但是這些理論都有各自的缺陷、發(fā)展瓶頸和實(shí)踐難點(diǎn)。目前比較流行的方法是將模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法三個(gè)領(lǐng)域綜合在一起，利用模糊理論來(lái)處理診斷領(lǐng)域的模糊性問(wèn)題，利用遺傳算法來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和隸屬函數(shù)，多領(lǐng)域的共同研究，可以有力的促進(jìn)不同領(lǐng)域之間的交叉滲透和共同發(fā)展。

智能決策系統(tǒng)的核心問(wèn)題是它的學(xué)習(xí)能力問(wèn)題，知識(shí)的自動(dòng)獲取一直是故障智能決策系統(tǒng)的難點(diǎn)，解決知識(shí)獲取的途徑是機(jī)器學(xué)習(xí)，即讓機(jī)器能夠在實(shí)際工作中不斷地總結(jié)成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)知識(shí)庫(kù)中的診斷知識(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改，以豐富和完善系統(tǒng)知識(shí)。機(jī)器學(xué)習(xí)是提高智能決策系統(tǒng)的主要途徑，也是提高決策系統(tǒng)智能性的重要標(biāo)志。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱節(jié)點(diǎn)和反向傳播算法及連接機(jī)制學(xué)習(xí)蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的符號(hào)學(xué)習(xí)與連接機(jī)制已經(jīng)逐步被取代。基于生物發(fā)育進(jìn)化論的進(jìn)化學(xué)習(xí)系統(tǒng)和遺傳算法，因吸取了歸納學(xué)習(xí)與連接機(jī)制學(xué)習(xí)的長(zhǎng)處而受到重視。基于行為主義的強(qiáng)化學(xué)習(xí)系統(tǒng)因發(fā)展新算法的應(yīng)用連接機(jī)制，學(xué)習(xí)遺傳算法的新成就發(fā)展也十分迅速。數(shù)據(jù)挖掘研究的蓬勃發(fā)展，為從計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提取有用信息和知識(shí)提供了新的方法，已經(jīng)取得了許多有價(jià)值的研究和應(yīng)用成果。

因此，發(fā)展和完善現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，探索新的學(xué)習(xí)方法，建立實(shí)用的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，特別是多種學(xué)習(xí)方法協(xié)同工作的診斷系統(tǒng)，將是今后研究的一個(gè)重要方向。

6、結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，電力工業(yè)也正發(fā)生著巨大的改革，微電子、計(jì)算機(jī)、智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與智能管理技術(shù)的準(zhǔn)確性會(huì)越來(lái)越高、操作使用越來(lái)越方便，對(duì)于供電企業(yè)來(lái)說(shuō)既能節(jié)約電氣設(shè)備的維護(hù)成本，又能提高設(shè)備運(yùn)行效能，更能保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，避免發(fā)生重大停電事故發(fā)生，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，因此在線監(jiān)測(cè)與智能管理必將是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

1、葉慶ㄎ何藹┍淶繚誦諧＜故障分析 2010

2、機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)振動(dòng)、沖擊、噪聲國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海交通大學(xué)) 2005