變電站繼電保護(hù)裝置狀態(tài)檢修實(shí)際應(yīng)用研究

， ，

(1.國網(wǎng)樂山供電公司，四川 樂山 614000；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大, 輸變電設(shè)備的增多，狀態(tài)檢修成為電力系統(tǒng)研究熱門課題，而網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)發(fā)展使?fàn)顟B(tài)檢修成為可能。設(shè)備檢修體制隨著科學(xué)發(fā)展，由最初的事后檢修發(fā)展為計(jì)劃檢修，計(jì)劃檢修又經(jīng)過多年發(fā)展成狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修以可靠性為中心，通過狀態(tài)監(jiān)測手段, 診斷設(shè)備健康狀況，從而確定設(shè)備是否需要檢修或最佳檢修時(shí)機(jī)。相比計(jì)劃檢修，可以減少停運(yùn)時(shí)間, 提高設(shè)備可靠性,降低檢修費(fèi)用,提高經(jīng)濟(jì)效益。目前,國內(nèi)對電氣一次設(shè)備狀態(tài)檢修的研究應(yīng)用較多, 而二次繼電保護(hù)狀態(tài)檢修相對較少，與一次設(shè)備狀態(tài)檢修主要依賴傳感器在線監(jiān)測相比，繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修由于缺少預(yù)警手段因而更多依靠設(shè)備自檢報(bào)警以及對設(shè)備缺陷的綜合分析。

1 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修基本原理

1.1 設(shè)備故障發(fā)展過程的研究分析

設(shè)備故障有一個(gè)發(fā)展的過程，不是瞬間出現(xiàn)的，一般可分為3個(gè)時(shí)期：正常狀態(tài)、存在異常但不存在功能的狀態(tài)、功能故障狀態(tài)。

圖1 設(shè)備故障發(fā)展過程示意圖

如圖1所示，開始階段設(shè)備狀態(tài)較平穩(wěn)，一段時(shí)間后到A點(diǎn)狀態(tài)開始下降，到F點(diǎn)發(fā)展為功能故障，F(xiàn)點(diǎn)之前的狀態(tài)，即為潛在故障狀態(tài)。Ta為從潛在故障發(fā)展到功能故障的間隔期，Tc為檢修檢測的間隔期。由圖1可知，Tc只有小于Ta時(shí)才可能在功能故障發(fā)生前檢測到潛在故障。

1.2 狀態(tài)檢修的定義

狀態(tài)檢修可定義為:在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上, 根據(jù)監(jiān)測和分析診斷的結(jié)果科學(xué)安排檢修時(shí)間和項(xiàng)目的檢修方式。它有3層含義: 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備診斷、檢修決策。狀態(tài)監(jiān)測是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，設(shè)備診斷是以狀態(tài)監(jiān)測為依據(jù)。狀態(tài)檢修內(nèi)容不僅包括在線監(jiān)測與診斷還包括設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、帶電檢測、預(yù)防性試驗(yàn)、故障記錄、設(shè)備管理、設(shè)備檢修等工作, 最后綜合設(shè)備信息、運(yùn)行檢修等方面信息作出檢修決策。

表1 近5年微機(jī)保護(hù)缺陷統(tǒng)計(jì)表

2 變電站繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修實(shí)現(xiàn)

2.1 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的基本思路

繼電保護(hù)狀態(tài)檢修策略有3個(gè)組成部分：實(shí)際狀態(tài)信息的采集、設(shè)備狀態(tài)診斷方法和狀態(tài)檢修策略應(yīng)用。采集實(shí)際狀態(tài)信息是整個(gè)系統(tǒng)的輸入，而輸出為檢修策略的應(yīng)用，而狀態(tài)檢修策略的核心內(nèi)容是狀態(tài)分析診斷模型的合理確立，即如何科學(xué)合理建立繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評估體系。

2.2 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。站內(nèi)二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測可用直流回路絕緣監(jiān)測方法對直流回路絕緣進(jìn)行監(jiān)測包括直流動(dòng)力、操作及信號回路絕緣良好、回路完整性；利用TV、TA的斷線監(jiān)測交流測量系統(tǒng)，包括TV、TA二次回路絕緣良好、回路完整等;邏輯判斷回路和軟件功能監(jiān)測;二次保險(xiǎn)熔斷報(bào)警等。與一次設(shè)備不同的是二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測對象不用過分依靠傳感器。因此，電氣二次設(shè)備的離線檢測數(shù)據(jù)也是狀態(tài)監(jiān)測與診斷的依據(jù)。

2.3 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評估體系

繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評估體系需要以下幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

(1)設(shè)備正確動(dòng)作率

(1)

其中，m表示保護(hù)設(shè)備正確動(dòng)作次數(shù)；n表示評價(jià)周期內(nèi)保護(hù)動(dòng)作次數(shù)。由于保護(hù)不正確動(dòng)作對于裝置運(yùn)行具有十分重要影響，因此在評估周期內(nèi)，只要出現(xiàn)一次不正確動(dòng)作，則設(shè)定為

f(a)=0

(2)設(shè)備故障率

繼電保護(hù)設(shè)備故障主要包括保護(hù)裝置故障、外部配套裝置故障、自動(dòng)裝置故障、交直流系統(tǒng)以及通訊總控系統(tǒng)故障。對所在班組管轄的保護(hù)設(shè)備近5年微機(jī)保護(hù)在運(yùn)行和定校中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所在的班組負(fù)責(zé)樂山局23座35 kV及以上變電站，其中220 kV變電站5座，110 kV變電站17座，35 kV變電站2座，數(shù)量約占全局變電站數(shù)量一半。各類設(shè)備缺陷統(tǒng)計(jì)如表1所示，可得出以下結(jié)論。①在微機(jī)成套保護(hù)上發(fā)現(xiàn)的缺陷相對較少，而其輔助裝置(包括收發(fā)信機(jī)、電壓切換箱、操作箱等)、其他二次回路及元件上缺陷較多；②在微機(jī)保護(hù)本體中模擬量、開關(guān)量輸入及出口部分的缺陷較少，而電源及主機(jī)部分的缺陷較多；③微機(jī)保護(hù)的缺陷次數(shù)，并非完全隨保護(hù)數(shù)量的增多而成比例上升，而主要取決于新投產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量及安裝質(zhì)量。

根據(jù)以上分析，設(shè)定保護(hù)設(shè)備故障率為

(2)

其中，m表示在一個(gè)設(shè)備評價(jià)周期內(nèi)，保護(hù)設(shè)備故障即出現(xiàn)缺陷的次數(shù)；n表示一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)的天數(shù)，設(shè)定n=10。

對于設(shè)備缺陷可分為危急、嚴(yán)重、一般3類缺陷，而每一類缺陷，由于重要程度不同權(quán)重系數(shù)也不同。設(shè)定對一般缺陷，出現(xiàn)一次計(jì)為1；對嚴(yán)重缺陷，出現(xiàn)一次計(jì)為2；對危急缺陷：出現(xiàn)一次計(jì)為3。對于在一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)，同一保護(hù)裝置累發(fā)生2次類似缺陷時(shí)，再增加一個(gè)2的系數(shù)相乘，發(fā)生3次，再增加一個(gè)3的系數(shù)相乘，發(fā)生4次后，就直接對保護(hù)進(jìn)行一次檢修。

(3)缺陷處理率

缺陷處理率是指一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)一個(gè)設(shè)備缺陷處理率。

(3)

其中，m表示在一個(gè)設(shè)備評價(jià)周期內(nèi)，保護(hù)設(shè)備處理好的缺陷數(shù)；n表示一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)所有缺陷數(shù)。對于不同類別的缺陷，加權(quán)系數(shù)不同。對一般缺陷，加權(quán)系數(shù)為1；對嚴(yán)重缺陷，加權(quán)系數(shù)為1.2；對危急缺陷，加權(quán)系數(shù)為1.5。

(4)設(shè)備運(yùn)行服役率

根據(jù)微機(jī)保護(hù)設(shè)備全壽命管理規(guī)定，微機(jī)繼電保護(hù)裝置從投運(yùn)到報(bào)廢，使用期限一般為10～12年，因此設(shè)定為

(4)

其中，m表示在設(shè)備服役周期年數(shù)，從設(shè)備生產(chǎn)日期算起；n為設(shè)備服役規(guī)定最長周期，設(shè)定n=12。

以上4個(gè)指標(biāo)構(gòu)成了繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評估體系。設(shè)某一設(shè)備狀態(tài)評價(jià)總分為100分，其中正確動(dòng)作率分值為30分，設(shè)備故障率分值為30分，缺陷處理率為30分，設(shè)備運(yùn)行服役率為10分，則在一個(gè)評價(jià)周期內(nèi)的評分公式為

z=30×f(a)+30×(1-f(b))

+30×f(c)+10×f(d)

(5)

通過式(5)計(jì)算z最后的分值即為該保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評價(jià)分值。

2.4 檢修策略的確定原則

根據(jù)分值z將設(shè)備分為以下3個(gè)狀態(tài)。

(1)一類狀態(tài)(正常狀態(tài))：z≥90，表示該設(shè)備處于正常狀態(tài)。

(2)二類狀態(tài)(異常狀態(tài))：70

(3)三類狀態(tài)(臨界狀態(tài))：z≤70，此類裝置一般都是在評價(jià)周期內(nèi)出現(xiàn)了問題，建議此類裝置在第2年納入檢修計(jì)劃，其中分值越低的安排計(jì)劃檢修時(shí)間越早。

2.5 狀態(tài)檢修評估周期

根據(jù)多年運(yùn)行檢修經(jīng)驗(yàn)，評估周期可按以下考慮。

(1)220 kV系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備1年1次；

(2)10～110 kV系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備2年1次；

在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到電網(wǎng)可靠性，可按電壓等級從低到高逐步推廣，可先考慮對10 kV、35 kV設(shè)備納入狀態(tài)檢修。

3 狀態(tài)檢修評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)備管理模塊

設(shè)備臺(tái)帳的滾動(dòng)修改是試驗(yàn)管理、運(yùn)行管理、缺陷管理、設(shè)備狀態(tài)分析的基礎(chǔ)。設(shè)備管理模塊進(jìn)一步規(guī)范了設(shè)備從變電所、設(shè)備間隔、設(shè)備組、設(shè)備、子設(shè)備到相關(guān)技術(shù)參數(shù)之間的層次關(guān)系，通過不同權(quán)限的設(shè)定明確了設(shè)備(或部件)新增、更換、調(diào)度命名變更等業(yè)務(wù)職能的分配。設(shè)備管理不僅是變電設(shè)備狀態(tài)檢修分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為決策層及時(shí)把握全局設(shè)備分布，適時(shí)進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造提供了技術(shù)支撐。

如圖2所示，該圖為SG186上的設(shè)備管理模塊，從圖中的信息可以看到設(shè)備的型號、生產(chǎn)廠家，投運(yùn)日期，可以將里面再增設(shè)幾列內(nèi)容，包括校驗(yàn)碼、軟件版本。這些每個(gè)班組中的臺(tái)賬信息都有詳細(xì)記錄。

圖2 SG186生產(chǎn)管理系統(tǒng)中設(shè)備管理部分

3.2 試驗(yàn)管理模塊

試驗(yàn)數(shù)據(jù)是設(shè)備狀態(tài)量信息中的主要數(shù)據(jù)，試驗(yàn)管理模塊實(shí)現(xiàn)了設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息化管理工作，在整個(gè)試驗(yàn)管理中，通過信息系統(tǒng)的管理和約束，形成了從定義、分配、錄入到班組、工區(qū)、局的三級審核的閉環(huán)管理流程，并可以通過流程監(jiān)控及時(shí)把握維護(hù)任務(wù)的進(jìn)展情況，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)督和考核。通過試驗(yàn)管理流程的規(guī)范化、信息化管理，使樂山供電公司試驗(yàn)管理的透明度得到加強(qiáng)，采集流程周期明顯縮短，有效提高了管理效率和管理水平。

3.3 運(yùn)行管理模塊

設(shè)備曾經(jīng)出現(xiàn)的缺陷及目前存在的缺陷是判斷設(shè)備健康狀況的重要判據(jù)，缺陷管理模塊從變電工區(qū)、局生技及調(diào)度職能部門、修試廠等各個(gè)部門形成閉環(huán)管理，具有統(tǒng)計(jì)功能(包括同類設(shè)備之間的統(tǒng)計(jì))、流程監(jiān)控及聲音提示功能。在SG186系統(tǒng)中分別加入以上幾個(gè)模塊，其中，設(shè)備管理和缺陷管理數(shù)據(jù)用于評估體系計(jì)算，而運(yùn)行管理、試驗(yàn)管理數(shù)據(jù)用于評估體系參考。

4 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修項(xiàng)目

根據(jù)以上分析可知自動(dòng)裝置、二次回路缺陷相對較多，而微機(jī)保護(hù)裝置本體缺陷較少。因此實(shí)行狀態(tài)檢修后，校驗(yàn)項(xiàng)目重點(diǎn)應(yīng)從以往保護(hù)功能邏輯校驗(yàn)轉(zhuǎn)移至二次回路與輔助設(shè)備的檢查上。目前樂山供電公司已采用國網(wǎng)四川省電力公司最新的保護(hù)年檢調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)卡，如表2所示。從表中可以看出，新的標(biāo)準(zhǔn)卡與以往的標(biāo)準(zhǔn)卡相比，主要是加強(qiáng)對回路(信號回路、保信回路、錄波回路、開出量)的檢驗(yàn)，而這些檢驗(yàn)過去只是在新安裝調(diào)試時(shí)才進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 目前與過去保護(hù)年檢主要內(nèi)容比較

5 智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修淺析

5.1 智能變電站的二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

智能變電站因基于強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使得繼電保護(hù)設(shè)備具有強(qiáng)大的“自檢”能力，從而為狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)。智能變電站的繼電保護(hù)裝置二次電流、二次電壓輸入的方式為光纖以太網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)字采樣值報(bào)文的輸入；保護(hù)動(dòng)作出口不再是跳閘、重合閘接點(diǎn)，而是光纖以太網(wǎng)傳輸?shù)腉OOSE開關(guān)量信息。裝置本身可以對接收的SMV采樣值報(bào)文進(jìn)行監(jiān)視，如有接收中斷、丟數(shù)據(jù)幀、接收數(shù)據(jù)幀CRC不正確等現(xiàn)象，立即告警SMV采樣異常即可；保護(hù)投退用軟壓板控制，不存在傳統(tǒng)變電站壓板狀態(tài)監(jiān)測的困難；由于大量光纖取代電纜，也不再需要回路絕緣狀況監(jiān)測(直流回路除外)。因此二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測更為全面、可靠。對智能變電站繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)監(jiān)測，包括以下方面。

(1)逆變電源監(jiān)測，包括電源工作環(huán)境(溫/濕度)、負(fù)載情況、工作時(shí)間、開關(guān)次數(shù)、電容曲線等；

(2)以太網(wǎng)通訊口運(yùn)行情況監(jiān)測，后臺(tái)軟件用SNMP協(xié)議監(jiān)視各交換機(jī)端口狀態(tài)，包括GOOSE報(bào)文和SV報(bào)文序號連續(xù)性，接收的SMV報(bào)文、GOOSE報(bào)文速率、誤碼率統(tǒng)計(jì)、是否丟幀丟點(diǎn)、通訊是否中斷等；

(3)微機(jī)系統(tǒng)自檢，如RAM是否出錯(cuò)、看門狗是否動(dòng)作、裝置的重啟次數(shù)等、裝置上電次數(shù)統(tǒng)計(jì)。

5.2 智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修實(shí)現(xiàn)方案

如圖3所示，各臺(tái)繼電保護(hù)裝置的監(jiān)測信息均匯集到狀態(tài)監(jiān)測中心，從而建立起一套繼電保護(hù)狀態(tài)檢修系統(tǒng)，相關(guān)人員在監(jiān)測中心就能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況，并綜合分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果，評估設(shè)備健康狀況。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常信息時(shí)候，智能告警決策系統(tǒng)以聲光電等多報(bào)警形式提示人員制定設(shè)備檢修方案。

圖3 智能變電站狀態(tài)監(jiān)測可視系統(tǒng)框架

6 結(jié) 論

針對繼電保護(hù)狀態(tài)檢修工作展開研究，對保護(hù)設(shè)備缺陷進(jìn)行分析，建立設(shè)備狀態(tài)檢修評估體系，并提出了相應(yīng)的檢修策略，取得了一些創(chuàng)新性成果。最后對智能變電站中二次設(shè)備狀態(tài)檢修進(jìn)行了簡要分析。相比傳統(tǒng)變電站，智能變電站在實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修方案更有基礎(chǔ)以及可操作性，相信隨著智能變電站的推廣，繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修將會(huì)得到更廣泛應(yīng)用。

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