摘 要:隨著電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)的快速發(fā)展,電網(wǎng)安全運(yùn)行將更多取決于保護(hù)及二次回路控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。同時(shí)由于眾多二次設(shè)備需要檢修,原來的計(jì)劃檢修機(jī)制已經(jīng)不適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展要求,就需要一種新的設(shè)備檢修機(jī)制,即設(shè)備狀態(tài)檢修機(jī)制。本文根據(jù)設(shè)備狀態(tài)檢修機(jī)制發(fā)展歷程,以及原繼電保護(hù)計(jì)劃檢修存在的弊端進(jìn)行歸納,提出一種繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修信息系統(tǒng),該系統(tǒng)從狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷、檢修決策、專家輔助等子系統(tǒng)進(jìn)行分析。同時(shí)本文也對狀態(tài)檢修目前存在關(guān)鍵注意點(diǎn)總結(jié),在繼電保護(hù)狀態(tài)檢修未來的前景在技術(shù)上作一些展望。
關(guān)鍵詞:狀態(tài)檢修 計(jì)劃檢修 狀態(tài)監(jiān)測 分析診斷 檢修決策
中圖分類號:TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)10(a)-0008-02
隨著電網(wǎng)容量的不斷增大和用戶對供電可靠性要求的日益提高,電力設(shè)施檢修管理的重要性日益突出。如何采用合理的檢修策略,運(yùn)用高科技手段,采取最佳檢修方式,抓住最佳檢修時(shí)機(jī),保證設(shè)備安全運(yùn)行,提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性,成為電力行業(yè)越來越重視的問題。
1970年美國杜邦公司首先提出了“在普遍掌握設(shè)備概況的基礎(chǔ)上,確定極少數(shù)狀況不好的設(shè)備實(shí)施檢修”的狀態(tài)檢修基本思想。其基本思想是以設(shè)備的狀態(tài)響應(yīng)為基礎(chǔ),通過對設(shè)備的連續(xù)性觀測并綜合其它因素,識別設(shè)備已有的或正在發(fā)生的或潛在的的設(shè)備性能劣化現(xiàn)象,對設(shè)備狀態(tài)做出合理的評估,確定設(shè)備最佳檢修時(shí)機(jī)。狀態(tài)檢修的目的是減少設(shè)備停運(yùn)時(shí)間,提高設(shè)備可靠性和可用系數(shù),延長設(shè)備壽命,降低運(yùn)行檢修費(fèi)用,改善設(shè)備運(yùn)行性能,提高經(jīng)濟(jì)效益。
為了推進(jìn)我國設(shè)備狀態(tài)檢修工作的開展,1987年國務(wù)院頒發(fā)了《全民所有制工業(yè)交通企業(yè)設(shè)備管理?xiàng)l例》,指出“企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采用先進(jìn)的設(shè)備管理方法和維修技術(shù),采用以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的設(shè)備維修方法,不斷提高設(shè)備管理和維護(hù)技術(shù)現(xiàn)代化水平”等。隨后各電力公司相繼頒發(fā)設(shè)備狀態(tài)檢修條例、制度、規(guī)程等,如2001年國家電力公司頒發(fā)《火力發(fā)電廠實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修的指導(dǎo)意見》等。
1 傳統(tǒng)計(jì)劃檢修體制弊端
根據(jù)DL/T995-2006《繼電器保護(hù)和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定,微機(jī)保護(hù)部分檢驗(yàn)周期為2~3年,全部檢驗(yàn)周期為6年,這說明目前保護(hù)定期檢修體制主要實(shí)行以預(yù)防性檢修為主的計(jì)劃檢修體制。長期以來該定期檢修方式為供電可靠性做出了不可磨滅的貢獻(xiàn),并且從維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行角度看,有利于消除設(shè)備的隱含故障或缺陷。
不難看出,這種該體制一般采取定期維護(hù)形式,檢修項(xiàng)目、工期安排、檢修周期均由管理部門根據(jù)相應(yīng)的規(guī)程或經(jīng)驗(yàn)確定,而不管設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況,都必須一律“到期必檢”。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,設(shè)備劇增,該定期計(jì)劃檢修體制呈現(xiàn)出弊端,主要表現(xiàn)在如下方面。
(1)計(jì)劃檢修必須有大量的人力、物力投入。到目前,我局110kV以上的變電站有170于座,平均每座變電站按照10套計(jì)算,共有1700套保護(hù)需要定檢。根據(jù)規(guī)程,微機(jī)保護(hù)部分檢驗(yàn)周期2~3年。按照每年需要部分檢驗(yàn)的微機(jī)保護(hù)數(shù)量500于套/年。這類工作必須要3人,每年必須6以上人員每天進(jìn)行常規(guī)的保護(hù)檢驗(yàn),同時(shí)必須要求一次設(shè)備停電配合,也需要運(yùn)行人員倒閘操作配合。因此,按照規(guī)定的檢驗(yàn)周期要求完成保護(hù)檢驗(yàn)是極其困難的。
(2)計(jì)劃檢修必然導(dǎo)致部分運(yùn)行狀況較好的設(shè)備周期性停運(yùn),降低了設(shè)備利用率和增加不必要的檢修費(fèi)用,而對一些存在缺陷、需要及時(shí)檢修的設(shè)備得不到檢修,降低了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性,甚至到事故發(fā)生后才得到檢修,擴(kuò)大了經(jīng)濟(jì)損失。
(3)頻繁的停送電操作,客觀上增加了誤操作的機(jī)率。同樣,經(jīng)常性的檢修工作,使檢修人員人身安全的壓力無形增大,不良現(xiàn)場檢修條件和落后的檢修工藝導(dǎo)致設(shè)備損壞的概率加大,增加了檢修過程中產(chǎn)生新的設(shè)備隱患的可能性。甚至有時(shí)會把好的設(shè)備檢修壞,變成“勞而無功,勞而有過”的局面。
(4)大量設(shè)備的定期檢修,已不可能使每項(xiàng)作業(yè)安排在合適的自然環(huán)境期間內(nèi)進(jìn)行,而不良環(huán)境對設(shè)備檢修的影響,會使檢修質(zhì)量達(dá)不到應(yīng)有的效果。顯然計(jì)劃檢修實(shí)際上具有一定程度上的“盲目性”,使得計(jì)劃檢修效率不高,反而降低勞動生產(chǎn)率。
(5)如果在某一時(shí)期有為數(shù)較多的設(shè)備同時(shí)投運(yùn),在今后的計(jì)劃檢修中將導(dǎo)致一定時(shí)間內(nèi)檢修工作量劇增,按照設(shè)備檢修規(guī)程要求去執(zhí)行每項(xiàng)工作,將使設(shè)備所需要停電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)調(diào)度所能安排的停電時(shí)間,此矛盾造成很多檢修內(nèi)容難以執(zhí)行,影響檢修質(zhì)量。
2 狀態(tài)檢修的優(yōu)點(diǎn)
繼電保護(hù)狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)的設(shè)備檢修管理機(jī)制,是電力系統(tǒng)日益發(fā)展在繼電保護(hù)日常維護(hù)領(lǐng)域的表現(xiàn)。狀態(tài)檢修可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障,依據(jù)設(shè)備故障的程度而采取不同的檢修方案,并合理安排時(shí)間及項(xiàng)目檢修工期,保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。繼電保護(hù)狀態(tài)檢修具有如下優(yōu)點(diǎn)。
(1)有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的故障,并能準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn),為檢修工作提供明確的目標(biāo)。
(2)延長了傳統(tǒng)的機(jī)械的定檢周期,減少過度檢修或不恰當(dāng)檢修造成的裝置損壞以及檢修期間人為造成的保護(hù)誤動事故。
(3)提高繼電保護(hù)裝置投入使用率,減少不必要的停電,節(jié)省大量的人力和物力。
(4)提高電力系統(tǒng)調(diào)度和運(yùn)行管理水平,提高處理電力系統(tǒng)事故的快速反應(yīng)能力,提高電力的供電可靠性。
(5)適應(yīng)電網(wǎng)一次設(shè)備狀態(tài)檢修體系推廣。
3 狀態(tài)檢修的基本思想
狀態(tài)檢修是以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀況為依據(jù),通過高科技狀態(tài)監(jiān)測手段,識別故障的早期征兆,對故障部位、故障嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢做出合理判斷,從而確定設(shè)備部件的最佳檢修時(shí)機(jī),其決策流程如下。
步驟1:在線監(jiān)測觀察記錄設(shè)備的狀態(tài)。
步驟2:對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷、預(yù)測,確定設(shè)備有無故障及缺陷。若無故障轉(zhuǎn)到步驟1,有繼續(xù)下一步。
步驟3:將預(yù)測的設(shè)備故障個(gè)數(shù)、設(shè)備的可靠性,以及故障發(fā)生可能的損失等數(shù)據(jù)作為依據(jù),判斷故障設(shè)備的嚴(yán)重程度,確定設(shè)備是否需要檢修。如需要?jiǎng)t制定檢修方案,若不需要轉(zhuǎn)到步驟2。
步驟4:根據(jù)設(shè)備故障的程度大小,制定設(shè)備狀態(tài)檢修方案,決定最優(yōu)檢修時(shí)間點(diǎn)檢修項(xiàng)目及工期。
從上述設(shè)備狀態(tài)檢修的基本思想流程和決策流程可知,狀態(tài)檢修的本質(zhì)就是在電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上,根據(jù)監(jiān)測的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷,并按最終結(jié)果科學(xué)安排最優(yōu)檢修時(shí)間點(diǎn)、檢修項(xiàng)目及工期,從而構(gòu)成保護(hù)狀態(tài)檢修系統(tǒng)??梢钥闯?,狀態(tài)檢修主要包括三方面子系統(tǒng)。
(1)保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)。
(2)保護(hù)設(shè)備分析診斷子系統(tǒng)。
(3)保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修決策子系統(tǒng)。
狀態(tài)監(jiān)測是設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ);設(shè)備診斷是以狀態(tài)監(jiān)測為依據(jù),綜合設(shè)備歷史數(shù)據(jù),結(jié)合專家分析系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)度評估系統(tǒng)等輔助方法來判斷設(shè)備的健康狀況;設(shè)備檢修決策建立在兩者的基礎(chǔ)上,通過不斷的比較、優(yōu)化,使設(shè)備的檢修具有最大的可靠性和最低成本消耗。
3.1 保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)
狀態(tài)監(jiān)測是保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。為此必須建立保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能。
(1)實(shí)時(shí)對保護(hù)設(shè)備及相關(guān)回路環(huán)節(jié)的接口監(jiān)測、信息采集。主要實(shí)現(xiàn)裝置、相關(guān)二次回路、跳合閘等關(guān)鍵信息的采集,如保護(hù)的電流、電壓大小及相角、功率方向、差動保護(hù)各側(cè)電流相位及差流等,這是繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。
(2)及時(shí)完成各接口設(shè)備之間信息傳輸。主要采用抗干擾的光纖作為媒介進(jìn)行傳輸。
(3)準(zhǔn)確對監(jiān)測信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成分析、管理。主要應(yīng)用在保護(hù)連接片變位時(shí)產(chǎn)生報(bào)文管理;實(shí)時(shí)對保護(hù)運(yùn)行定值進(jìn)行核對;保護(hù)裝置自檢及硬件異常報(bào)警管理;及時(shí)準(zhǔn)確完成在系統(tǒng)有故障時(shí)將故障時(shí)間、故障類型、故障相別、測距等自動上傳管理;操作回路異常告警管理等。
3.2 保護(hù)設(shè)備分析診斷子系統(tǒng)
要對保護(hù)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷,必須具備如下條件。
(1)數(shù)據(jù)庫的建立。該庫的數(shù)據(jù)主要來源于3.1保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
(2)知識庫的建立。該庫的知識具有對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析與預(yù)測故障的作用,如保護(hù)設(shè)備的有關(guān)配置標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)規(guī)程、技術(shù)導(dǎo)則、保護(hù)設(shè)備在歷年來呈現(xiàn)的故障概率、平時(shí)收集的相關(guān)專家分析的文獻(xiàn)及經(jīng)驗(yàn)。保證生產(chǎn)管理系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)管理等、參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)正確。
(3)保護(hù)預(yù)警功能。可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)及二次回路報(bào)警,如核對保護(hù)運(yùn)行定值發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)報(bào)警、保護(hù)裝置自檢及硬件異常報(bào)警、操作回路異常告警等。
(4)繼電保護(hù)現(xiàn)場缺陷分析庫建立。如類似設(shè)備平時(shí)出現(xiàn)缺陷要進(jìn)行總結(jié)分類,建立缺陷分析庫為設(shè)備分析診斷作參考。
3.3 保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修決策子系統(tǒng)
保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修決策子系統(tǒng)是在上述分析診斷子系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備檢修決策,查找故障點(diǎn),確定設(shè)備檢修的時(shí)間、檢修工期。故障點(diǎn)的確定可以由以下步驟進(jìn)行。
(1)分析數(shù)據(jù)及異常報(bào)警報(bào)文。
(2)根據(jù)監(jiān)測到保護(hù)裝置硬件、運(yùn)行定值、二次回路、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化,查找故障點(diǎn)的位置。
(3)再根據(jù)保護(hù)運(yùn)行狀況結(jié)合電網(wǎng)的運(yùn)行相關(guān)參數(shù),進(jìn)一步分析故障點(diǎn)的性質(zhì)。
確定了故障點(diǎn)及性質(zhì)后把需要進(jìn)行檢修的保護(hù)等情況制定檢修方案、填寫檢修申請單,向生產(chǎn)管理系統(tǒng)送到相關(guān)部門審核批復(fù)后,立即根據(jù)批復(fù)方案進(jìn)行檢修。
3.4 保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策子系統(tǒng)
檢修輔助決策子系統(tǒng)由專家分析系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)度評估系統(tǒng)等多系統(tǒng)組成。根據(jù)保護(hù)裝置及二次回路的報(bào)文信息,利用推理規(guī)則進(jìn)行推理分析,同時(shí)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推斷來確定設(shè)備可能出現(xiàn)的故障部位。如以下依據(jù)可以作為診斷設(shè)備參考[1]。
(1)同一變電站大部分設(shè)備及不同類型報(bào)文產(chǎn)生時(shí)間小于100ms為復(fù)位啟動。
(2)同一變電站的同一保護(hù)裝置II、III段、重合閘等動作時(shí)間小于10ms為保護(hù)誤發(fā)報(bào)文。
(3)同一變電站的同一保護(hù)裝置自檢報(bào)文兩個(gè)以上動作或復(fù)歸時(shí)間小于10ms為保護(hù)誤發(fā)報(bào)文。
(4)同一變電站的同一電壓等級的保護(hù)裝置兩個(gè)及以上裝置報(bào)PT短線大于100ms為系統(tǒng)交流回路異常等等。
建立一個(gè)專家推理規(guī)則系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜,為了充分發(fā)揮檢修輔助決策子系統(tǒng),還需要建立推理所需要的知識規(guī)則庫,并具有自學(xué)完善等人工智能功能,這方面的工作需有待于繼續(xù)開發(fā)和探索。
3.5 處理好狀態(tài)檢修與計(jì)劃檢修的關(guān)系
推行狀態(tài)檢修并不是否定原來的計(jì)劃檢修作用。面對眾多設(shè)備需要檢修,就有一種適應(yīng)該形式的檢修機(jī)制,而狀態(tài)檢修是對設(shè)備在受控狀態(tài)下進(jìn)行的有計(jì)劃的檢修,只不過它“計(jì)劃”的依據(jù)不是時(shí)間而是所掌握的對象設(shè)備的狀態(tài)。一方面從定期檢修轉(zhuǎn)變到狀態(tài)檢修要有一個(gè)循序漸進(jìn)的過程;另一方面對那些在現(xiàn)有條件下無法準(zhǔn)確預(yù)知設(shè)備狀態(tài)或者要付出高額代價(jià)的項(xiàng)目,一般仍宜采用傳統(tǒng)的定期檢修和故障檢修方式。
3.6 狀態(tài)檢修組織機(jī)構(gòu)的建立
推行狀態(tài)檢修實(shí)施首先要在現(xiàn)有組織機(jī)構(gòu)上進(jìn)行,明確決策、管理、執(zhí)行各層的責(zé)任。對應(yīng)三個(gè)小組。
(1)領(lǐng)導(dǎo)小組:全面負(fù)責(zé)保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的組織、計(jì)劃、決策、落實(shí)、指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和檢查。
(2)工作小組:根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)、報(bào)文等信息決定設(shè)備檢修的具體準(zhǔn)確時(shí)間點(diǎn)、檢修項(xiàng)目及工期。
(3)診斷小組:承擔(dān)設(shè)備狀態(tài)檢修的日常工作,對設(shè)備進(jìn)行分析、診斷。
在狀態(tài)檢修工作中發(fā)現(xiàn)問題,診斷小組必須立即進(jìn)行相關(guān)設(shè)備異常分析,提交設(shè)備狀態(tài)報(bào)告和初步檢修建議,工作小組匯總初步信息和建議后,進(jìn)行綜合分析,同時(shí)參考專家系統(tǒng)的建議,將得出的綜合檢修方案報(bào)領(lǐng)導(dǎo)小組進(jìn)行檢修決策,隨著技術(shù)的逐步發(fā)展,工作小組和診斷小組的工作大部分可由計(jì)算機(jī)完成。
3.7 狀態(tài)檢修必須關(guān)注的問題
保護(hù)實(shí)施狀態(tài)檢修必須重點(diǎn)關(guān)注以下問題。
(1)建立基于狀態(tài)檢修的數(shù)據(jù)庫,分析保護(hù)設(shè)備的可靠性、可用率、生命周期等關(guān)鍵指標(biāo)。
(2)廣泛運(yùn)用各種在線監(jiān)測系統(tǒng)、在線溫度監(jiān)測技術(shù)、智能操作回路等,劃分保護(hù)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié),確保被監(jiān)測設(shè)備不存在“盲點(diǎn)”。
(3)建立基于設(shè)備狀態(tài)檢修的缺陷分析庫、事故分析案例庫等,必要時(shí)采用分類、分層、分區(qū)等方法總結(jié)同類設(shè)備長期存在的隱患重點(diǎn)區(qū)域。
(4)通過對采用智能存在板、程序化功能自動測試手段將保護(hù)的檢驗(yàn)盡量配合斷路器檢修時(shí)進(jìn)行,減少人為因素對設(shè)備校驗(yàn)影響。
(5)將對于保護(hù)的檢驗(yàn)重點(diǎn)從定值復(fù)核、保護(hù)功能邏輯的確認(rèn)上轉(zhuǎn)移到回路與輔助設(shè)備的檢查。
(6)要特別關(guān)注微機(jī)保護(hù)的干擾問題,尤其是開關(guān)站的就地保護(hù)。
4 結(jié)語
傳統(tǒng)的保護(hù)計(jì)劃檢修逐步向狀態(tài)檢修方式過度,是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。保護(hù)狀態(tài)檢修的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,也就是整個(gè)系統(tǒng)的輸入,系統(tǒng)的輸出則是狀態(tài)檢修決策,兩者之間始終由保護(hù)設(shè)備分析診斷子系統(tǒng)貫穿,是狀態(tài)檢修的核心。如何科學(xué)安排最優(yōu)檢修的準(zhǔn)入時(shí)間點(diǎn)、檢修項(xiàng)目及工期成為長期困擾實(shí)際應(yīng)用的難點(diǎn)。隨著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展,如數(shù)字化變電站技術(shù)應(yīng)用,新的要求將持續(xù)推動繼電保護(hù)狀態(tài)檢修的進(jìn)步。目前繼電保護(hù)狀態(tài)檢修還存在許多困難,存在許多不足之處,整個(gè)工作需要進(jìn)行完善。
(1)監(jiān)測手段和監(jiān)測裝置需要不斷完善,目前實(shí)施狀態(tài)檢修的設(shè)備還未真正獲取設(shè)備狀態(tài)的信息,必須有待加強(qiáng)。
(2)處于核心地位的分析診斷子系統(tǒng)還比較簡單,存在大部分工作需要人工判斷,判斷的結(jié)果顯然存在不準(zhǔn)確情況,導(dǎo)致設(shè)備最佳檢修時(shí)間點(diǎn)不理想。該子系統(tǒng)必須綜合輔助系統(tǒng),如專家分析系統(tǒng)等進(jìn)行判斷,需要逐步分階段完善。
(3)目前大多數(shù)變電站還采用常規(guī)的二次設(shè)備,設(shè)備需要進(jìn)行模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)處理設(shè)計(jì)和制造,如保護(hù)裝置、故障錄波裝置等,設(shè)備之間的聯(lián)系需要使用高速網(wǎng)絡(luò)通信。將常規(guī)的二次設(shè)備轉(zhuǎn)變成具有邏輯功能的模塊化以及高速通信網(wǎng)絡(luò)化也需要一定時(shí)間才能完善。
(4)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修作為一種新型的檢修機(jī)制,是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。該工作涉及到管理的各方面,需要從設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、驗(yàn)收、檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程的管理,做好設(shè)備初始狀態(tài)數(shù)據(jù)管理,該管理工作各環(huán)節(jié)需要長時(shí)間宣貫。
參考文獻(xiàn)
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