智能變電站二次設備狀態檢修方法研究

馬昊

摘要：電力二次設備的穩定運行是確保電力系統安全穩定運行的基礎。傳統的二次檢修策略多依賴于工作人員經驗，缺乏理論依據，檢修不足檢修過剩的問題頻繁發生。狀態檢修是智能變電站二次設備檢修方式的必然選擇。論文結合一次設備狀態檢修方法和智能變電站二次設備的特點，提出了智能變電站二次設備的狀態檢修方法，并詳細分析了狀態信息監測、故障診斷和狀態評價方法的各個環節。

1.1導言

實現電氣二次設備狀態檢修研究，采取先進的技術手段進行二次設備管理方法的改進，完成二次設備科學化、制度化以及程序化的狀態檢修具有以下幾個方面的實際意義：

1）有效減輕對電網的損害，大大減少盲目停電的幾率，提高電力企業經濟效益；

2）能夠對系統故障及時診斷，協助電力人員有針對性的有效排除故障，大大提升供電系統的可靠性；

3）對電力設備準確地進行壽命評估與安全評價，確保系統始終在可控范圍內。

2 智能變電站二次設備狀態監測

狀態檢修就是以利用各種傳感技術和自檢技術對設備進行狀態監測為基礎，以對獲得的狀態信息進行全面采集和綜合分析，并結合二次設備運行、試驗、檢修的歷史資料、設備基礎資料、家族性資料等等信息根據設備的運行狀況預測設備狀況發展趨勢、預知設備故障、發現設備缺陷為重要手段，以進行設備狀態評估、風險評估，制定更加科學、更加經濟的檢修策略（檢修時間和檢修項目）為最終目的。智能變電站二次設備系統的狀態監測范圍就是站控層、間隔層以及過程層之間的聯系，如智能組件輸入一致性信息、雙重化合并單元、保護電流與測量電流一致性信息、跳閘回路自檢信息、網絡工作狀態信息、裝置自檢信息等，從而實現了智能變電站告警及分析決策，為二次系統狀態檢修提供了有力的信息基礎。其中主要監測信息包括以下幾個方面[3]。

2.1 故障錄波信息

故障錄波系統是進行電網故障診斷的“黑厘子”，所采集的信息包括電網的模擬量信息、變電站內相關斷路器的狀態信息、所有保護裝置的出口跳鬧信息、各種保護裝置的定值、保護動作事件等，故障錄波器在系統故障時根據所設定的時間記錄并生成相應的故障文件，一般含故障前、故障時、故障后重合鬧及重合鬧于故障或重合成功的完整過程。

2.2 綜合報警信息

變電站故障診斷重點關注所設計的綜合性自動化系統的相關故障報警信息，主要是通過故障特征信息推斷相關故障設備及故障原因[33]。故障診斷所需告警主要有保護裝置異常；合并單元異常；測控裝置異常；幵關機構異常信號；交流電源故障；直流電源故障等。

1）IED裝置異常告警

開關智能組件、測控裝置、保護裝置以及合并單元四部分是IED裝置的重要組成部分，其工作狀態信息在二次系統故障診斷中也是最為重要的。

2）斷路器在線監測告警

針對斷路器及其操作機構，控制回路的工況和主要運行參數，采用斷路器進行監視，一旦檢測到異常信號便立即發出告警信號。

3）電源系統告警

直流系統及交流系統是變電站兩種用電源系統，任何電源系統出現故障均有可能導致變電站內部電力設備功能失效，這需要對電源告警信息進行詳細分析。

2.3通信網絡在線監視信息

通信網絡監視分為物理連接監視、終端監視、網絡配置監測及邏輯連接監視。

（1）物理連接監視

物理連接與通信協議無關，是反映通信介質（如光纖）和網絡接口的運行狀況。因此物理連接監視主要是監視物理連接的健康狀況。

（2）終端監視

在終端內植入“軟件傳感器”，通過終端的自檢能力實現對終端運行情況進行監視。

（3）網絡配置監視

配置錯誤或是物理裝S的加入或退出均可能導致網絡拓撲結構發生較大的變化。因此，從網絡的角度對配置進行監視，若監測到網絡拓撲結構發生變化，則告警信號立即被觸發。

（4）邏輯連接監視

網絡分析主機需要對變電站內基于IEC 61850協議的通信全過程進行報文監視及詳細分析，其主要包括MMS通信、GOOSE通信和SV采樣值通信的記錄報文分析，并給出相關的分析結果。

3 故障診斷方法

故障診斷過程是二次設備狀態檢修當中最重要的環節，故障診斷技術通過結合專家知識庫當中儲存大量相關領域經驗與知識，建立在前述的狀態信息監測的基礎上，對二次設備運行狀態信息進行提取，最后以一定的決策方式判斷、推理信息內在意義，判斷故障是否存在，如故障存在，進一步確定故障出現的位置、原因及其性質，得出正確的結論，對檢修計劃進行指導[4]。

3.1處理報警信息：監控主站按照報警信息的類型將實時信息、歷史信息以及設備運行狀態信息進行分類處理。對保護的健康水平進行分析，通過對實時報警信息的綜合分析確認設備的狀態。

3.2 信息確認：為確認報警信息的可信度，采用繼電保護工程師站的控制功能，下發控制命令至子站保護裝置進行確認。

3.3 專家分析系統的構建：根據接收到的保護裝置報警信息及其相關設備信息，采用一定的推理規則推理分析，再結合工作人員的的經驗對診斷保護裝置的異常進行推斷。這種分析過程采用數學表達式無法描述，而運用計算機人工智能能夠對處理這類問題的過程進行模擬，在融合人的經驗的同時具備一定的學習能力。

3.4故障診斷定位

1）對報警報文進行分析；

2）二次設備故障點的定位，采用保護工程師站對保護裝置的硬件、運行參數以及二次回路的狀態變化進行監測；

3）二次設備故障點性質分析，通過多對保護裝置、相關保護以及電網的運行參數的運行狀態綜合分析故障點性質。

3.5知識庫建立

3.5.1規則庫：規則庫是指推理規則診斷的依據，如下為幾種類型的規則：

1）廠站系統的復位啟動

2）廠站報文的誤發

3）二次系統交流回路異常

4）直流系統電壓異常

3.5.2資料庫

1） 靜態資料庫：圖紙、說明書及其保護配置。

2） 動態資料庫：設備缺陷、運行定值、運行狀態及其相關的跳閘邏輯。

3） 運行資料庫：保護裝置動作歷史記錄及其行為評價，歷史告警信息報文，設備故障時的啟動情況。

4） 運行經驗：自檢報警過程中對保護裝置的運行情況的影響及其處理方式，對故障診斷、校核自檢報文可信度記錄。

4.二次設備狀態評價方法

目前已有大量文獻對電氣設備狀態評價進行了研究分析，但由于我國的電氣設備狀態評價技術起步較晚，其研究仍還處于摸索階段。

4.1層次分析法

由于層次分析法具有將定性和定量分析結合、所需定量數據信息較少、便于理解、系統化等優點，合適于確定狀態評價體系的指標權重。

4.2設備評分法

國內通過首先在電網內部推行《輸變電設備狀態檢修試驗規程》以及主要電氣設備的狀態評價導則促進狀態檢修的進程推進。根據該導則規定，由部件評價和整體評價兩部分組成設備的狀態評價。

4.3模糊評價法

模糊評價法是將模糊數學以及模糊統計方法應用到設備的評價過程當中，綜合考慮評價設備的各個影響因素，通過模糊評判的標準化處理設備的狀態評價指標后，得出隸屬度向量，對所有的評價指標的隸屬度向量進行合成，最終得到設備的綜合評價結果。

參考文獻

[1]高翔.智能變電站技術[M].北京：中國電力出版社，2012.4

[2]伍軼君.談繼電保護可靠性與檢修[J].中國科技財富，2009， 33（2）：11-14.

[3]康曉.淺談電力設備的狀態檢修[J].科技咨詢導報2007， 24（3）：1-4.

[4]余國平.電力設備狀態檢修技術的應用[J].四川建材，2006， （7）：11-13