繼電保護裝置運行狀態量化評估方法研究

李寧波，徐之文，張映鴻，黃少先

（1.華南理工大學，廣東廣州 510641；2.長沙電業局，湖南長沙 410015）

0 引言

隨著電網規模、電網運行技術的快速發展，未來電網的安全運行將更多地取決于繼電保護等二次設備的安全性、穩定性[1]。如何準確地評價繼電保護等設備的運行狀態，同時根據設備狀態開展及時地校驗維護，都對電力系統的健康運行與發展具有十分重要的現實意義。

目前，繼電保護等二次設備運行狀態的評價方法仍以定性為主，量化評估應用得并不多。定性法對設備投運前的圖紙設計質量、施工質量等定性描述的參量，應采用專家調查的形式，給出評價狀態參量的依據和標準，制作調查表，由專家確定各個狀態參量的劣化度。同時可考慮專家意見以及電網決策和運行人員經驗，將狀態參量信息的優劣等級量化為0～1中的4個數值[2]。

由于在狀態評價中，不同的評價參量反映設備健康狀況的方式和程度存在差別。比如，定性評價參量和定量評價參量的評價方式就有著本質的區別，不同的定量評價參量具有各自的量綱和數量級等，同時各參量的重要性也不盡相同。因此，設備的各類參量信息難以得出直接影響設備狀態評價結果的準確度和可信度。

本文在構建繼電保護裝置狀態評價參量模型的基礎上，利用劣化度模型和層次分析法對參量信息進行統一的量化處理和整合，從而形成一套完整的繼電保護裝置運行狀態的量化評估方法，力求全面、真實地反映繼電保護裝置運行狀態。

1 繼電保護裝置狀態量化評估方法和模型

對繼電保護裝置的運行狀態進行量化評估的主要任務包括：選擇表征設備狀態信息的參量、制定表征參量的評價標準并設計量化方法、整合各參量量化值并計算評估結果等。本文依據以上任務要求，研究并設計了繼電保護裝置狀態量化評估方法，如圖1所示。

圖1 繼電保護裝置狀態量化評估流程和方法

按照全過程、系統性與層次性相結合的原則，結合繼電保護裝置的運行管理特點，主要從投產驗收、設備配置、缺陷情況、故障情況、檢修記錄、試驗記錄等信息中[3-5]，選取能夠全面、合理反映裝置運行狀態的特征參量，建立繼電保護裝置狀態參量模型，如圖2所示。

圖2 繼電保護裝置狀態參量模型

由上文可知，建立狀態參量模型是設備狀態量化評估的核心內容。準確地建立繼電保護裝置狀態參量模型，才能有效地開展狀態參量的量化評估和權重計算等設備量化評估步驟。

2 繼電保護裝置狀態參量的量化評估

繼電保護裝置的狀態參量分為定量評價和定性評價兩類。本文提出利用劣化度計算方法對各類狀態參量進行統一量化評估，使得各參量的信息直觀可比。

2.1 狀態參量的量化評估

相對劣化度是反映設備狀態由良好向故障轉化程度的指標，數值介于[0，1]之間。0表示設備處于完全良好狀態；1 表示設備處于劣化較為嚴重的狀態。

如果狀態參量i 的良好值為C0，Cm（Cmax或Cmin）為注意值，Ci為實測值，則狀態量的相對劣化度定義為：

其中：Ii為狀態參量i 的相對劣化度，F 為劣化函數[6]。

（1）對于數值越小越優型參量如裝置缺陷率、裝置運行時間等，使用公式：

式（2）中k為參量變化對設備狀態的影響程度，為方便計算可取為1。

（2）對于數值越大越優型參量，如裝置正確工作率、家族無故障時間等，使用公式：

具體計算與越小越優型相同。

2.2 繼電保護裝置狀態參量劣化度計算模型

在建立狀態參量模型并提出參量劣化度計算方法的基礎上，本文根據電網二次設備的實際運行考核標準，確定各狀態參量的正常值和注意值，從而固化繼電保護裝置的劣化度計算模型，如表1所示。

表1 繼電保護裝置狀態參量劣化度計算的相關參數

3 繼電保護裝置狀態參量的權重計算

設備各參量在評估過程中所起的作用不同，應根據各自的重要程度客觀、準確地分別賦予權重。本文采用層次分析法，對各參量的重要性進行比較和計算，得出參量的權重值[7]。該方法的基本步驟如下。

（1）建立層次結構模型

首先，定義模型最高層為繼電保護裝置狀態評價結果，中間層為投運前狀況等5 類參量類型，最低層為參量模型中的各狀態參量。

（2）構造判斷矩陣

其次，利用1-9標度法對（1）中確定的同一層元素zn進行兩兩比較評分，即計算兩者比例zij，并建立判斷矩陣：

（3）求取特征向量

利用和積法或方根法，求取判斷矩陣的特征向量，即為該層元素的權重值。式（6）中wi為所求特征向量的近似解：

（4）一致性檢驗

計算結果是否合理，需要檢驗判斷矩陣元素的一致性，判斷方法如下所示：

如果CI值越大表明判斷矩陣偏離完全一致性的程度越大，需重復第2 步，重新進行比較評分，直至通過一致性檢驗。

4 實例分析

應用上述方法，以某220 kV變電站南瑞繼保RCS-931BM線路保護裝置2011年的運行狀態信息為依據，開展繼電保護裝置的狀態量化評估工作。該裝置2011 年度的運行狀態信息主要包括：發生1 次一般缺陷、2 次家族性缺陷、1 次通道異常和1次人為改動。

根據表1 所示繼保裝置狀態參量劣化度計算模型中的正常值、注意值，對該裝置各狀態參量的實際運行信息進行量化評估，確定參量的劣化度；再通過層次分析法確定繼保裝置各層元素的權重；最終加權確定裝置的總劣化度，即裝置狀態量化評估結果。

該裝置2011年度的運行狀態信息、基于層次分析法確定的參量權重以及各參量的劣化度計算值，如表2所示。

由評估結果可以發現該裝置存在以下問題。

（1）總劣化度為0.071，接近0。依此推斷，該繼保裝置處于非常良好的運行狀態。從表2 可以發現包括裝置正確動作率在內的大部分參量劣化度均為0，運行狀態很好。

表2 繼電保護裝置狀態量化評估結果

（2）該裝置的缺陷情況、家族缺陷情況、通道運行情況和人為改動因素的劣化度較大，說明裝置有劣化傾向，需引起注意。

通過咨詢相關實際運行人員，本次量化評估結果與裝置實際運行狀況基本符合。

5 結論

本文通過建立繼電保護裝置狀態參量模型、狀態參量劣化度計算模型，以及狀態參量的權重計算模型，使得繼電保護裝置的運行狀態量化評估模型的客觀性、準確性和操作性均得到了提升，量化評估結果與設備實際運行情況的符合也驗證了該方法的可行性，為繼電保護裝置等二次設備的狀態量化評估提供了新的思路。同時該評價方法中參數的確定存在著很多人為因素，需要根據不同設備的實際運行條件進行調整，使得評估結果更加接近實際情況。

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