基于多源数据融合的变压器专业化检修综合管理系统设计

计划，管控检修作业流程，建立从变压器专业化巡检到工厂化检修作业全生命周期管控，提高变压器专业化检修的作业水平和效率，保证变压器运行可靠性。

2.1 软件架构

基于多源数据融合的变压器专业化检修综合管理系统的软件架构如图1所示，系统采用严格的分层结构设计，从成熟度、易扩展及高性能等方面考虑每层设计，系统自下而上依次为基础设施层、数据源层、数据接口层、业务逻辑层、表示层。

基础设施层主要包括支撑变压器专业化检修综合管理系统运行所需的计算和存储等资源，如计算机、中间件、数据库、服务器及电力专网等。

数据源层为变压器专业化检修综合管理系统接入所需数据来源，包括变压器台账数据（额定容量、绝缘水平、冷却、制造工艺、施工等）、预试数据（油色谱分析、工频交流耐压试验、短路试验等）、运行数据（油位、油温、连接铜牌温度、电流、电压等）、以及有记录的临时性检修数据、周期性检修数据、事故数据等。

数据接口层根据数据的结构特征与实现特征，设计开发适配器，基于交互规约及行业标准对其进行数据清洗、数据转换、数据加工处理，并分类为定性与定量数据，进而存入数据存储层中。

数据存储层存储了经数据接口处理得到的各种定性与定量数据，依托于基础设施层，采用分布式文件系统、分布式关系型数据库和列式数据库等技术，实现数据的海量规模存储、快速查询读取，为系统功能的实现提供信息与数据支撑。

业务逻辑层是整个变压器专业化检修综合管理系统的运作核心，通过整合数据存储层的信息资源，进行变压器专业化检修数据的统计和分析，得到相应的状态评估和故障诊断结果，制定合理的检修策略，发布检修作业计划，管控检修作业流程，向运维检修人员提供变压器专业化检修作业管理功能和综合数据展示功能。

表示层以WEB、便携式终端APP等形式，为运维检修人员提供交互操作的界面。运维检修人员可获得包括变压器多源数据展示、统计分析、状态评估等可视化功能，包括专业化检修任务管理、标准化作业指导等专业化检修作业全生命周期管理功能。

2.2 系统功能设计

基于多源数据融合的变压器专业化检修综合管理系统主要包括用户管理、数据管理、状态评价、故障诊断、业务管理、统计查询等功能模块，如图2所示。

（1）用户管理模块。该模块主要包括用户登录、用户信息管理等内容，对系统进行基本设置，不同用户有不同的权限设定。

（2）数据管理模块。本模块管理变压器相关数据。获取变压器设备台账、在线监测数据、专业化检修内容等多源数据，按照统一数据格式保存至数据库中。在数据保存过程中，首先依据阈值对存储的数据进行清洗、统计、分析，再将清洗之后的数据和统计结果再按照统一格式保存至数据库，最终为系统的其他功能模块提高规范的数据。

（3）状态评估模块。综合分析变压器台账数据、预试数据、运行数据以及有记录的临时性检修数据、周期性检修数据、事故数据等信息，依据既定的指标进行变压器状态评估本模块实现对变压器各部件及本体进行状态评估。

（4）故障诊断模块。结合状态评估结果对变压器状态进行故障诊断，最终预测出变压器各部件、本体可能存在的问题和变压器的薄弱点及故障，并针对变压器可能存在的缺陷，以表格和图标的形式向技术工作人员展示，并结合状态评估结果给出检修策略或检修计划。

（5）任务管理模块。该模块包括检修技术制定、检修任务派发、检修过程监督、检修结果审核、检修绩效评估等功能，实现变压器专业化检修任务全生命周期管理，形成全新的纸化、规范化、高效实时的变压器专业化新的业务模式，同时积累结构化规范的检修数据，为开展基于变压器专业化数据的综合应用打下坚实基础。

（6）统计查询模块。主要包括基本信息统计、评估信息统计、检修信息统计等，每个统计内容都按照固定的报表格式进行分析与汇总，以表格形式为主，需要将统计结果填入报表中，实现打印功能，有些统计结果以饼图、柱状图等方式展示。同时，支持对所需数据进行查询并形成相应的报表。

3 关键技术与方法

围绕本文变压器专业化检修综合管理系统所设计的主要功能，提出上述功能所涉及的关键技术与方法，包括多源异构数据融合技术、综合状态评估方法、通信技术等。

3.1 多源异构数据融合技术

多源异构数据融合技术的出现为变压器专业化检修的状态评估提供了新的思路，它作为一种智能化信息处理技术，已在工程建设、地质灾害预警、交通管制、金融系统等领域得到广泛应用。[2-5]

变压器专业化检修综合管理系统数据来源于变压器设备台账、在线监测系统、巡检作业、PMS等，数据来源多，数据量大，增长快、数据模式不同、数据类型异构多样，因此，需要利用多源异构数据融合技术进行数据处理，为实现变压器专业化检修综合管理系统的状态评估功能奠定基础。

数据融合模型设计是多源异构数据融合技术的关键问题，目前流行的有多种数据融合模型[6]，典型数据融合模型模型的特点如表1所示。

由表1可知，情报环模型稍显粗糙，Boyd控制环模型不能较好地反映评估结果对基础数据的影响，Dasarathy模型有效地描述了各級融合行为，但是欠缺对系统融合目的的描述，而JDL模型按目标分类，最具通用性，因此本文将JDL模型应用到变压器专业化检修综合管理系统中，并引入反馈机制，如图3所示。

本文建立的修正JDL模型共包六级。

第一级：数据过滤及预处理。获取各类数据源信息（设备台账、巡检数据、在线监测数据等），并对多源数据进行数据过滤，

选择出与状态评估相关的信息存入变压器专业化检修综合管理系统的数据可中，备后续应用。

第二级：数据融合及关联。对各类预处理后的数据根据变压器专业化检修业务需求进行数据融合及数据关联的处理，将不同类型的数据按照面向对象的原则进行数据关联处理。

第三级：综合状态评估。在层次化指标体系的基础上，对各个指标的权重和评估标准予以确认，最终采用适合的算法对变压器进行综合状态评估。

第四级：故障诊断。根据变压器综合状态评估结果，对变压器进行故障诊断。

第五级；过程优化。将变压器状态评估和故障诊断信息保存到统一的数据库中管理，通过动态数据库的连接实现优化和数据反馈，可调整数据源、优化数据处理等，通过反馈自适应，提高系统的融合效果。

第六级：检修策略及检修计划的辅助决策。根据状态评估和故障诊断结果，制定检修策略和检修计划时间，为实现变压器专业化检修作业全生命周期管理提供支撑。

3.2 综合状态评估方法

本文通过建立基于模糊-集对分析[7]和D-S证据理论[10]的变压器状态评估模型，实现对变压器的综合状态评估，具体步骤如下：

（1）计算各指标相对劣化度。

（2）划分评估等级。

本文将变压器状态划分为4个等级，即正常状态、注意状态、异常状态和严重状态[8]，记为集合Z={z1，z2，z3，z4}。

（3）根据模糊层次分析法[9]计算各量之间的相对重要程度，得出常权值，再根据各指指标对劣化度，计算变权值。

（4）对指标采用集对分析方法，按照下式计算与各状态等级的联系度。

（5）构造基本概率分配。

本文将各状态量反映的变压器状态信息作为独立的证据，并将其集对分析评估的联系度结果作为证据理论的基本信度分配（BPA），识别框架（为不确定度）上的BPA满足信度函数：，式中为空集。

由于不同证据可信度不同，引入可信度系数，表征不同证据的可信程度，越大，表明证据可信度越高。用修订证据合成前的BPA，定义如下：

（6）证据融合，得到整体状态的BPA。

为了对多源证据进行综合处理，采用证据合成规则，计算出最终的基本概率分配和信度函数，计算方法如下：

其中B、C为的子集，P反映证据的冲突程度，P值越大，冲突程度越大，即为融合后的BPA结果。

（7）结合最大隶属度原则和信度准则，对评估结果进行判断，得出结论。

当采用D-S证据理论将基于多特征量的单信度值融合为一个综合信度值后，运用隶属度最大原则和信度准则综合评定变压器状态。

式中，和为预先设定的阈值。若完全满足上式，则为推理结果。

3.3 通信技术

基于公共网络、电力专网、3/4G移动通信网络等，利用蓝牙、NFC、WWAN、GPS/北斗、光纤通信等技术构建变压器专业化检修综合管理系统的多通道通信机制，并开发变压器专业化检修便携式终端，实现以下功能：

（1）数据通信。变压器专业化检修过程中监测设备监测设备（红外相机等）数据自动接入、检修数据远传与同步；

（2）检修作业管理。主要包括：检修任务下达、接收、进度管理、标准化作业指导等功能。

（3）检修资料库检索。在变压器专业化检修便携式终端上提供各类作业指导书、变电站一次接线图、设备结构图纸等资料，供检修现场人员查阅。

（4）沟通交流。在变压器专业化检修过程中，就某一组检修数据或某一台变压器发起沟通交流主题，允许制定参与沟通交流的成员，支持文字、语音、小视频、文件等交流内容。

4 结语

基于多源数据融合的变压器专业化检修管理系统的设计思想，为电力企业信息化系统的发展提供了一个新的途径。该系统实现了电力变压器个性化的状态评价、异常状态的快速检测、状态变化的准确预测、以及故障的智能诊断，全面、及时、准确掌握变压器的健康状态，实现了变压器专业化检修作业全生命周期管理，大大提高变压器状态评估效率、检修智能化水平及设备管理精益化水平。

参考文献

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[2]杜斌山，贺振华，曹正林，等.地震地质多信息融合的井震标定方法研究[J].天然气地球科学，2009，（2）：254-257.

[3]李晓璐.基于多源信息处理技术的交通状态判别研究[D].重庆：重庆交通大学，2017.

[4]钟文，刘纯平，等.基于证据理论与多源信息融合的银行信贷客户评价[J].南京理工大学学报（自然科学版），2003，（12）：691-695.

[5]刘涛.基于多源信息融合的结构损伤识别方法研究[D].南京：东南大学，2014.

[6]李琼，杨晓祥.多传感器数据融合模型的研究[J].计算机与现代化，2013，（4）：158-161.

[7]廖瑞金，郑含博，杨丽君，等.基于集对分析方法的电力变压器绝缘状态评估策略[J].电力系统自动化，2010，34（21）：55-60.

[8]Q/GDW 10169 -2016，油浸式变压器（电抗器）状态评价导则[S].

[9]王谦.基于模糊理论的电力变压器你运行状态综合评估方法研究[D].重庆：重庆大学，2005.

[10]阮羚，谢齐家，高胜友，等.人工神经网络和信息融合技术在变压器状态评估中的应用[J]. 高电压技术，2014，40（03）：822-828.

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