繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修系統(tǒng)構(gòu)建

摘 要： 隨著電力企業(yè)向市場(chǎng)化邁進(jìn)，設(shè)備狀態(tài)檢修已成為電力企業(yè)實(shí)行的一種先進(jìn)的設(shè)備檢修管理方式。為進(jìn)一步提升設(shè)備狀態(tài)檢修為企業(yè)所帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。在此以信息技術(shù)為支撐，構(gòu)建一套能夠全面支撐電力企業(yè)開展二次設(shè)備狀態(tài)檢修工作的狀態(tài)檢修管理系統(tǒng)。利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，對(duì)設(shè)備做出全面的狀態(tài)評(píng)價(jià)，得出設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)，保證生產(chǎn)運(yùn)行需要，提高設(shè)備的安全性和可用性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)約維護(hù)資金，從而為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)收益。

關(guān)鍵詞： 繼電保護(hù)設(shè)備； 二次回路； 狀態(tài)檢修； 數(shù)據(jù)挖掘

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）14?0152?04

Fabrication of relay protection equipment and secondary loop condition?based maintenance system

QU Yan1， WANG Chunguang2， MEI Yao2， GONG Hui2， ZHANG Tao3

（1. Shenyang Power Supply Company， Shenyang 110003， China；

2.Gansu Electric Power Corporation， Lanzhou 730050， China； 3.Merit Technology Co.， Ltd， Xi’an 710075， China）

Abstract： With marketization of electric power enterprises， maintenance of the equipment condition has become an advanced equipment maintenance management approach. In order to further enhance the economic benefits from equipment condition maintenance， supported by information technology， a condition maintenance management system which can provide comprehensive support for secondary equipment condition maintenance of electric power enterprises was built. The comprehensive analysis of equipment conditions is performed with the advanced data mining technology. A comprehensive evaluation of the equipment condition is make to get real?time operation status of equipment. It provided a decision basis for condition maintenance of relay protection equipment to ensure production and operation of the equipment， improved the security and availability of the equipment， prolonged equipment life， and saved maintenance cost.

Keywords： relay protection equipment； secondary loop； condition?based maintenance； data mining

繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修系統(tǒng)旨在通過(guò)建立完善的保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修體系，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，以保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、預(yù)警及故障診斷的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化為手段，根據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)、預(yù)警及狀態(tài)診斷結(jié)果合理安排生產(chǎn)和檢修，做到該修必修，修必修好，達(dá)到延長(zhǎng)定期檢修試驗(yàn)周期、減少總檢修試驗(yàn)時(shí)間的目的，從而節(jié)約人力、物力、財(cái)力，使得現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備能夠創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 現(xiàn)狀分析

建國(guó)以來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)長(zhǎng)期實(shí)行以預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修為主的檢修體制。這種檢修體制主要依靠檢修規(guī)程來(lái)確定檢修項(xiàng)目，存在盲目性和眾多的不足，造成企業(yè)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[1]。因此，自2009年以來(lái)國(guó)家電網(wǎng)開始自上而下的推廣狀態(tài)檢修系統(tǒng)的建設(shè)工作。隨著近幾年的建設(shè)，電力一次設(shè)備的狀態(tài)檢修工作已經(jīng)逐步完善起來(lái)，電力系統(tǒng)作為一個(gè)整體，需要一、二次設(shè)備的協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)才能有整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)二次設(shè)備開展?fàn)顟B(tài)檢修成了必然[2]。

繼電保護(hù)裝置作為二次設(shè)備中的重要組成，通過(guò)開展繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路的狀態(tài)檢修，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的發(fā)展性缺陷，防止突發(fā)性事故的發(fā)生[3]；從而降低輸變電設(shè)備的事故率，減少繼電保護(hù)設(shè)備試驗(yàn)和維修的盲目性，降低繼電保護(hù)設(shè)備因檢修而引發(fā)故障的可能性；從而延長(zhǎng)繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行壽命，能夠有效地提高電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，降低檢修成本和檢修風(fēng)險(xiǎn)，提高繼電保護(hù)運(yùn)行管理水平和設(shè)備全壽命周期的運(yùn)行管理水平。

目前繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)檢修信息化系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)落后，繼電保護(hù)設(shè)備的狀態(tài)檢修仍然是以人工的方式收集記錄設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于評(píng)價(jià)過(guò)程也是人工進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)[4]。這樣一來(lái)所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)性，完整性以及數(shù)據(jù)的規(guī)范化存在嚴(yán)重的不足，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的有效性和準(zhǔn)確率無(wú)法保證，并且需要消耗大量的勞動(dòng)力為企業(yè)帶來(lái)了高昂的人力成本。

為此迫切需要構(gòu)建一套完整信息化系統(tǒng)，用于支撐繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路的狀態(tài)評(píng)價(jià)，能夠全面掌握繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行歷史和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，及時(shí)性，完整性以及數(shù)據(jù)的規(guī)范化，并通過(guò)信息化系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)高效的是運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)評(píng)價(jià)，從而效地提高電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，降低檢修成本和檢修風(fēng)險(xiǎn)，提高繼電保護(hù)運(yùn)行管理水平和設(shè)備全壽命周期的運(yùn)行管理水平。

2 系統(tǒng)構(gòu)建

本系統(tǒng)是在國(guó)家電網(wǎng)公司廣泛開展繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修工作的大環(huán)境下，經(jīng)過(guò)多年的研究，以國(guó)家電網(wǎng)公司的各個(gè)導(dǎo)則文件為方向的指導(dǎo)下進(jìn)行建設(shè)的繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修管理系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用分析

繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路設(shè)備狀態(tài)檢修的關(guān)鍵在于把握設(shè)備當(dāng)前所處的狀態(tài)（即設(shè)備當(dāng)前的健康狀況和運(yùn)行可靠程度），其難點(diǎn)在于用什么樣的概念定義設(shè)備的狀態(tài)[5]。當(dāng)前，我國(guó)現(xiàn)行的檢修體制中也對(duì)設(shè)備的評(píng)價(jià)指標(biāo)做了相應(yīng)的規(guī)定，但這些指標(biāo)不能夠合理完善的反應(yīng)設(shè)備真正的健康狀況，需要我們?cè)诂F(xiàn)有條件下提出更全面、合理的方法體系。

本質(zhì)來(lái)講，繼電保護(hù)狀態(tài)檢修就是在電氣二次設(shè)備的設(shè)備臺(tái)帳、運(yùn)行檢修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)量監(jiān)測(cè)和分析診斷的結(jié)果，科學(xué)地安排檢修間隔時(shí)間和檢修項(xiàng)目的檢修方式，它包括三層含義[6]：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，設(shè)備狀態(tài)診斷和設(shè)備檢修決策。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)施狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，它負(fù)責(zé)收集與設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的各類因素資料，為設(shè)備狀態(tài)的評(píng)價(jià)診斷提供數(shù)據(jù)支持；設(shè)備狀態(tài)診斷則以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，綜合設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的各類歷史與當(dāng)前信息，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家診斷系統(tǒng)等技術(shù)建立起合理的狀態(tài)評(píng)價(jià)與狀態(tài)診斷模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的健康狀況正確合理判斷；設(shè)備檢修策略是在對(duì)設(shè)備健康狀況有了正確合理的判斷的基礎(chǔ)上，對(duì)如何進(jìn)行設(shè)備檢修、使檢修真正實(shí)現(xiàn)“應(yīng)修必修，修必修好”做出合理的決策建議、指導(dǎo)檢修試驗(yàn)工作的開展。整個(gè)狀態(tài)評(píng)價(jià)系如圖1所示。

圖1 狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

整個(gè)狀態(tài)檢修體系是一個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)的過(guò)程，在設(shè)備運(yùn)行檢修過(guò)程中產(chǎn)生能夠表征設(shè)備健康狀況的各類狀態(tài)因素信息，采用合適的方法對(duì)這些信息進(jìn)行綜合分析能夠更好的指導(dǎo)設(shè)備的運(yùn)行檢修試驗(yàn)工作。這個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程中，核心與難點(diǎn)在于對(duì)信息的搜集整理與綜合分析。目前，對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息整理最常見的方法是對(duì)設(shè)備信息分析提取抽象出標(biāo)準(zhǔn)化的表征設(shè)備健康狀態(tài)的狀態(tài)量。狀態(tài)量的提取抽象必須建立在經(jīng)過(guò)了專家論證、參考了大量的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢修經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，才能夠包含能夠表征設(shè)備健康狀況的各類因素。在此基礎(chǔ)上，還必須對(duì)狀態(tài)量進(jìn)行綜合分析最終建立合理的算法模型來(lái)掌握設(shè)備的健康狀態(tài)。目前，比較通用的算法模型主要有決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊評(píng)價(jià)等。各類模型方法各有特點(diǎn)與不足，從實(shí)用性的角度考慮，決策樹母性符合實(shí)際應(yīng)用：通過(guò)專家意見，綜合分析出各個(gè)狀態(tài)量的指標(biāo)權(quán)重，按照加權(quán)評(píng)分的方式為設(shè)備健康狀態(tài)做出量化的評(píng)價(jià)。當(dāng)然，從準(zhǔn)確性的角度考慮，應(yīng)該采用多種方法配合的建模方式，以彌補(bǔ)單一算法的個(gè)別不足之處。

2.2 系統(tǒng)建設(shè)功能介紹

繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修系統(tǒng)的主要功能定義為：獲取并處理繼電保護(hù)設(shè)備相關(guān)基礎(chǔ)資料、設(shè)備實(shí)時(shí)/歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等反映設(shè)備健康狀態(tài)的特征參數(shù)，評(píng)價(jià)設(shè)備當(dāng)前健康狀況。對(duì)狀態(tài)劣化和趨勢(shì)不良的設(shè)備及時(shí)發(fā)布狀態(tài)告警消息，并進(jìn)行有效的故障模式和原因的分析。最終通過(guò)綜合優(yōu)化檢修策略模型分析，提出檢修決策建議。

系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上，將繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路的狀態(tài)檢修過(guò)程劃分為七大業(yè)務(wù)模塊，包括：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)管理、設(shè)備管理、監(jiān)測(cè)告警、運(yùn)行管理、狀態(tài)檢修檢修管理，檢修管理，決策分析。

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)狀態(tài)檢修工作涉及到的各類基本項(xiàng)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，是整個(gè)狀態(tài)檢修工作標(biāo)準(zhǔn)化、高效化進(jìn)行的基礎(chǔ)。

設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)了設(shè)備基本信息和設(shè)備技術(shù)參數(shù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理，建立了繼電保護(hù)設(shè)備的主題數(shù)據(jù)庫(kù)，為統(tǒng)一設(shè)備管理提供便利和促進(jìn)設(shè)備管理規(guī)范性，是設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)管理的基礎(chǔ)及管理的對(duì)象。

監(jiān)測(cè)告警實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程，根據(jù)狀態(tài)量指標(biāo)變化，實(shí)時(shí)收集設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，為狀體評(píng)價(jià)及設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

運(yùn)行管理實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)校驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理維護(hù)功能，按照數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)特性不同，分為運(yùn)行異常記錄信息、缺陷記錄、在線監(jiān)測(cè)信息、不良工況信息和家族性缺陷信息全面收集設(shè)備的各項(xiàng)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為全面評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)提供有力數(shù)據(jù)保障。

狀態(tài)評(píng)價(jià)，系統(tǒng)依據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)特征量和狀態(tài)評(píng)價(jià)相關(guān)導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)，基于反應(yīng)繼電保護(hù)設(shè)備或二次回路運(yùn)行狀態(tài)的各指標(biāo)項(xiàng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)狀態(tài)評(píng)價(jià)模型分析或人工干預(yù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并最終得出設(shè)備總體健康狀態(tài)等級(jí)。繼電保護(hù)設(shè)備由許多零部件、回路構(gòu)成，考慮到繼電保護(hù)設(shè)備由于數(shù)據(jù)較為分散，所以評(píng)價(jià)以間隔為分析單元從而得出保護(hù)間隔運(yùn)行狀態(tài)等級(jí)。

設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)利用了先進(jìn)的優(yōu)化算法模型，利用關(guān)系運(yùn)算庫(kù)，將設(shè)備信息基本信息、設(shè)備參數(shù)信息、設(shè)備運(yùn)行信息和狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)全面、有效而且靈活建立關(guān)系模型，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算得出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)算法模型如圖2所示。

圖2 設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)算法模圖

模型中狀態(tài)量定義過(guò)程中采用樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義，由頂層向底層逐次進(jìn)行定義，進(jìn)行狀態(tài)分析時(shí)則是從樹的底層向頂層進(jìn)行判斷分析，最終得出設(shè)備綜合狀態(tài)；

模型中M，N為設(shè)備狀態(tài)；M1，M2，M3，M4，M5分別代表狀態(tài)分析結(jié)論為良好、正常、注意、異常、嚴(yán)重；M，N代表狀態(tài)分析時(shí)的中間狀態(tài)。符號(hào)“||”為“或”關(guān)系；符號(hào)“”為“與”關(guān)系。A，B，C分別代表設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)。

檢修管理主要包括：

（1）故障診斷，根據(jù)狀態(tài)評(píng)價(jià)得出不良狀態(tài)（注意狀態(tài)、異常狀態(tài)、嚴(yán)重狀態(tài)）的設(shè)備，采用狀態(tài)診斷方法診斷設(shè)備可能存在的故障原因和故障部位，為故障處理或狀態(tài)恢復(fù)提供參考。

（2）檢修策略，系統(tǒng)以設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論，建立設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)度二維關(guān)系模型，綜合優(yōu)化保護(hù)設(shè)備檢修次序、檢修時(shí)間和檢修等級(jí)安排。

（3）檢修計(jì)劃，系統(tǒng)基于檢修策略的信息，結(jié)合相關(guān)一次設(shè)備的檢修計(jì)劃，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，自動(dòng)生成保護(hù)設(shè)備的檢修計(jì)劃。

決策分析，基于大量有關(guān)設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時(shí)間與狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，自學(xué)習(xí)總結(jié)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展規(guī)律，對(duì)設(shè)備未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)以及未來(lái)某一時(shí)間點(diǎn)上設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)做出預(yù)測(cè)，為設(shè)備檢修人員和運(yùn)行人員提供具有前瞻性意義的參考。設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)模型如圖3所示。

圖3 設(shè)備狀態(tài)預(yù)測(cè)模型圖

模型中λ（t）是指設(shè)備的不良運(yùn)行狀態(tài)；t是指時(shí)間序列。模型中Ⅰ，Ⅱ表示設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)間區(qū)間，Ⅲ標(biāo)示設(shè)備預(yù)測(cè)時(shí)間區(qū)間。

模型曲線（實(shí)）是指設(shè)備分別在Ⅰ，Ⅱ兩個(gè)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間區(qū)間的不良運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)和預(yù)測(cè)時(shí)間區(qū)間的不良運(yùn)行狀態(tài)，即預(yù)測(cè)出的設(shè)備未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）J2EE開發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)開發(fā)要采用J2EE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，B/S架構(gòu)，支持Linux，Windows操作系統(tǒng)的跨系統(tǒng)平臺(tái)部署，支持BEA Weblogic中間件，采用Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

（2）SOA軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)和方法

系統(tǒng)在進(jìn)行構(gòu)建時(shí)采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想，充分利用SOA軟件設(shè)計(jì)方法。基于業(yè)務(wù)服務(wù)提供多種訪問(wèn)方式，包括本地調(diào)用，基于SOAP和WSDL的Web Service訪問(wèn)。

（3）利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

本項(xiàng)目主要采用數(shù)據(jù)挖掘的關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類、預(yù)測(cè)、時(shí)序模式和偏差分析算法，進(jìn)行設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析和研究，找出其內(nèi)部的關(guān)聯(lián)關(guān)系和規(guī)則，從而進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和分析。

4 結(jié) 語(yǔ)

繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修系統(tǒng)將有效提高設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，對(duì)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，為設(shè)備管理人員的分析決策提供有力支撐，對(duì)合理安排檢修工作，提高檢修針對(duì)性起到很強(qiáng)的指導(dǎo)作用，為設(shè)備故障、缺陷的預(yù)測(cè)和精確定位提供了實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的依據(jù)，減少了故障、缺陷原因判斷和分析的周期，極大的降低了檢修成本，提高了檢修效率，滿足了電網(wǎng)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及管理層高效開展設(shè)備狀態(tài)檢修，快速?zèng)Q策和分析的目的。檢修模式的改變結(jié)合信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路狀態(tài)檢修系統(tǒng)有效的幫助電力企業(yè)降低了誤操作的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，還起到了減員增效的作用，符合電力工業(yè)資源節(jié)約型發(fā)展要求，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

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