繼電保護狀態(tài)評價新標準在福建電網(wǎng)的應(yīng)用

黃 烽鄧 勇黃文英吳晨陽林少真

（1. 福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，福州 350108；2. 國網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心，福州 350003；3. 國網(wǎng)福建電力科學(xué)研究院，福州 350007）

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繼電保護狀態(tài)評價新標準在福建電網(wǎng)的應(yīng)用

黃 烽1鄧 勇2黃文英2吳晨陽2林少真3

（1. 福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，福州 350108；2. 國網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心，福州 350003；3. 國網(wǎng)福建電力科學(xué)研究院，福州 350007）

首先介紹了繼電保護狀態(tài)評價標準的組成。然后對比分析了Q/FJG 10097—2011《福建省電力有限公司繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》和Q/GDW 11285—2014《繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》的異同。結(jié)合福建電網(wǎng)繼電保護狀態(tài)檢修實施經(jīng)驗，對《繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》進行了深入分析，說明新標準對實際檢修工作產(chǎn)生的影響。最后通過新標準在福建電網(wǎng)的應(yīng)用，說明新標準改進了現(xiàn)有狀態(tài)檢修評價工作。

繼電保護；狀態(tài)檢修；狀態(tài)評價

繼電保護狀態(tài)檢修是通過對保護設(shè)備狀態(tài)進行評價、制定檢修策略，達到運行安全可靠，檢修成本合理的一種檢修策略［1］。開展繼電保護狀態(tài)檢修可以有效減少保護設(shè)備檢修停電，提高保護裝置可用率和供電可靠性，降低繼電保護檢驗工作量和“三誤”的發(fā)生［2］。

狀態(tài)檢修的主要流程包括：狀態(tài)檢測、狀態(tài)評價、風險評估和檢修策略等。其中狀態(tài)評價是利用保護設(shè)備狀態(tài)信息研判設(shè)備健康程度從而指導(dǎo)檢修計劃制定的十分重要的環(huán)節(jié)。

2009年以來，浙江、安徽、河北、福建、湖南等各省電力公司紛紛進行繼電保護狀態(tài)檢修模式的研究和探索，積極促進規(guī)范化開展繼電保護狀態(tài)檢修工作，并制定了各自的繼電保護狀態(tài)檢修評價標準［3-7］。國網(wǎng)福建公司于2011年制定了Q/FJG 10096 —2011《福建省電力有限公司繼電保護狀態(tài)檢修導(dǎo)則》以及配套的Q/FJG 10097—2011《福建省電力有限公司繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》。經(jīng)過幾年的實踐，國家電網(wǎng)公司總結(jié)了各地開展繼電保護狀態(tài)檢修的經(jīng)驗，于2015年發(fā)布了Q/GDW 11285—2014《繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》。

本文介紹了繼電保護狀態(tài)評價標準組成要素，對比分析了Q/FJG 10097—2011《福建省電力有限公司繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》和Q/GDW 11285—2014《繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》兩個繼電保護狀態(tài)評價的標準，突出其中變化。結(jié)合福建電網(wǎng)繼電保護狀態(tài)檢修實施過程中積累的經(jīng)驗，說明新標準實施對實際檢修工作提出的新要求。最后通過新標準在福建電網(wǎng)的應(yīng)用，說明新標準改進了狀態(tài)檢修評價工作。

1 狀態(tài)評價標準

繼電保護狀態(tài)評價標準以繼電保護單套裝置本體和二次回路為評價對象。一般根據(jù)實際經(jīng)驗選取能表征保護設(shè)備健康狀況的信息作為狀態(tài)量。

狀態(tài)評價的流程如圖1所示。巡視、檢驗獲得的數(shù)據(jù)和保護設(shè)備的基礎(chǔ)資料、運檢信息作為狀態(tài)量采集數(shù)據(jù)，通過標準規(guī)定的方法計算得到狀態(tài)量評分。得到的分數(shù)可以直接反映保護設(shè)備該方面的狀況，最后通過組合計算進一步得到綜合評分來反映保護設(shè)備整體的健康程度。

圖1　狀態(tài)評價流程

2 新舊標準對比分析

Q/FJG 10097—2011《福建省電力有限公司繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》（簡稱舊標準）將繼電保護劃分為裝置本體和二次回路兩個部分。Q/GDW 11285—2014《繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》（簡稱新標準）根據(jù)狀態(tài)量的性質(zhì)和信息采集方法，將狀態(tài)量分成4類：①檢測型狀態(tài)量，反映設(shè)備的運行狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)；②可靠性狀態(tài)量反映同型號設(shè)備存在的問題；③失效風險狀態(tài)量反映設(shè)備缺陷發(fā)生的可能性；④改進型狀態(tài)量則表明保護設(shè)備是否需要進行改進措施。其中后三種不劃分裝置本體和二次回路。

新舊標準都規(guī)定了18個狀態(tài)量。但從狀態(tài)量表征的設(shè)備狀況和使用的狀態(tài)量采集數(shù)據(jù)看，只有裝置運行環(huán)境、裝置絕緣狀況等8個狀態(tài)量較為相似，皆為檢測型狀態(tài)量。

表1列出新舊標準中差異較大的狀態(tài)量。其中部分是舊標準未考察的狀態(tài)量，如裝置紅外測溫；部分是由采集數(shù)據(jù)重新組合得來，如同型號可靠性。

2.1新舊標準相似狀態(tài)量

新標準中部分狀態(tài)量與舊標準相似。其中個別對采集數(shù)據(jù)評分模型做了微調(diào)。

1）裝置運行環(huán)境。新標準依據(jù)DL/T 587—2007將裝置運行環(huán)境溫度的邊界值定為-5℃、5℃、30℃、45℃，將濕度邊界值定為5%、75%、95%。新標準相較舊標準認為設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力更強。

表1　新舊標準不同狀態(tài)量對比

2）裝置、二次回路絕緣狀況。新標準分兩種情況進行評價。當安裝有絕緣檢測裝置時，評價方式與舊標準相同但邊界值依據(jù)DL/ 995—2006將分別定為20MΩ、40MΩ和1MΩ、20MΩ。而未安裝絕緣檢測裝置時，需根據(jù)兩次實測絕緣電阻的變化情況給出評價。相較于舊標準只在新安裝設(shè)備時測量裝置的絕緣電阻，新標準更重視絕緣電阻的狀況。

3）二次回路銹蝕狀況。舊標準中二次回路銹蝕情況由巡視人員主觀給出，而新標準通過總端子數(shù)和銹蝕端子數(shù)統(tǒng)計得到端子的銹蝕百分比，量化了評價的方法。舊標準評價端子箱凝露滲水總體情況，而新標準對凝露現(xiàn)象和滲水現(xiàn)象分別評價。

2.2新標準新增狀態(tài)量

新標準定義了許多新的狀態(tài)量，從不同方面完善了繼電保護狀態(tài)評價標準。

1）裝置、二次回路紅外測溫。新標準新增對裝置紅外測溫的考核，通過裝置本體紅外最大溫度與環(huán)境溫度的差別來評價。新標準詳細要求二次回路紅外溫度的評價中應(yīng)運用紅外測溫裝置測量同一回路不同分段、不同相別的相對溫差，充分考慮操作箱溫度分布。紅外測溫裝置在繼電保護巡視中使用更加規(guī)范，在發(fā)現(xiàn)保護缺陷上發(fā)揮了更大的作用。

2）裝置通道運行情況。舊標準使用通道中斷頻率來反映保護設(shè)備的通道運行情況。而新標準則要求獲取光纖通道丟包率、誤碼率來評價光纖通道運行情況。

3）同型號整體可靠性。新標準將同型號設(shè)備的統(tǒng)計數(shù)據(jù)歸到可靠性狀態(tài)量中。將設(shè)備缺陷按照嚴重程度給予不同權(quán)重，對比評價周期內(nèi)同型號設(shè)備的加權(quán)平均缺陷評分和歷年全部設(shè)備的加權(quán)平均水平得出裝置可靠性評分；利用DL/T 623—2010所述方法統(tǒng)計正確動作率，通過指數(shù)函數(shù)得到評分。

4）裝置本體及其二次回路失效風險。新標準將舊標準中用于計算老化系數(shù)的保護可靠度信息劃分到失效風險狀態(tài)量中，直接表征裝置本體及其二次回路失效風險。新標準更重視裝置的失效風險來表征設(shè)備存在缺陷或者潛在缺陷。

5）運行年限。舊標準的老化系數(shù)考慮了裝置的運行年限。而在新標準中，運行年限被劃分到改進型狀態(tài)量中。新舊標準對運行年限評分的思路相同。但新標準規(guī)定的使用年限下限取值可隨裝置平均運行年限浮動，評價結(jié)果更可信。

6）缺陷和反措。新標準定義了家族性缺陷、非家族性缺陷和反事故措施3個狀態(tài)量。這些狀態(tài)量根據(jù)當前是否存在何種程度的缺陷或反措是否全部完成直接給分，而不是根據(jù)斜率得分。

2.3綜合評分計算方法差異

舊標準將保護裝置本體和二次回路兩部分的狀態(tài)量評分分別求和，評價結(jié)果量化為“正常狀態(tài)”、“注意狀態(tài)”、“異常狀態(tài)”、“嚴重狀態(tài)”四個狀態(tài)。同時舊標準還對每個狀態(tài)量都按照不同的標準進行量化。最后選取其中最差的量化指標作為檢修策略的依據(jù)。檢修人員能夠直接觀察各個狀態(tài)量的狀況來對繼電保護設(shè)備有針對地加強巡視或檢修。但狀態(tài)評價的依據(jù)來源不統(tǒng)一，不利于狀態(tài)評價標準的完善和風險評估、檢修策略的發(fā)展。

新標準綜合所有類型的狀態(tài)量評分，按照式（1）計算得到裝置本體及二次回路整體的評分值。

式中，F(xiàn)為裝置本體及二次回路評分值；I為檢查型狀態(tài)量；M為可靠性狀態(tài)量；P為失效風險狀態(tài)量；Q為改進型狀態(tài)量。

評分值量化為“正常”、“注意”、“異常”、“嚴重異常”4個狀態(tài)。新標準實施后單套裝置本體和二次回路將作為一個整體進行評價，裝置本體及二次回路評分值將作為檢修策略惟一依據(jù)。

從式（1）可看出，若某型號設(shè)備前一次評價周期中加權(quán)平均缺陷評分高于平均水平，如發(fā)現(xiàn)家族性缺陷，評分直接將被扣除12分。相對舊標準，新標準的失效風險狀態(tài)量在總分中占的比重提高很多。

新標準提出改進型狀態(tài)量，直接對評分值產(chǎn)生影響。當保護設(shè)備存在缺陷、反措未全部完成或者設(shè)備運行超過運行年限，將大幅降低評分值。這意味著，新標準意圖將消缺、反措工作和原有狀態(tài)檢修融合在一起，但這就要求狀態(tài)評價工作需由當前實施的定期評價轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)評價，否則評價結(jié)果將不能及時反映新增設(shè)備缺陷及反事故措施。

3 新標準對運維檢修工作的影響

3.1需要更多地利用裝置的狀態(tài)量信息

由新標準的變化可見，檢測設(shè)備的發(fā)展能促進狀態(tài)評價標準的改善。絕緣檢測裝置利用平衡電橋、乒乓電橋等方法可實時監(jiān)視直流回路絕緣電阻下降并能在線測量絕緣電阻值［8］。紅外測溫可找出設(shè)備熱態(tài)異常部位，在檢查電源回路、交流回路和發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷上有良好的表現(xiàn)［9］。微機保護設(shè)備已能提供在線顯示光纖誤碼率和較強的通道檢測功能。這些都能從狀態(tài)評價標準的變化中反映出來。

微機保護和各種檢測設(shè)備為獲取狀態(tài)量提供新的途徑。新“六統(tǒng)一”微機保護還具備溫濕度、工作電壓、一次電壓電流、差流、接收和發(fā)送光功率等數(shù)據(jù)的獲取和上傳，同時裝置本身擁有自檢功能。挖掘這些數(shù)據(jù)反映的保護設(shè)備狀態(tài)信息將為狀態(tài)評價的完善提供巨大推動作用，利用計算機技術(shù)自動記錄和分析信息能有效地減輕人工巡視工作的負擔。

The sigma–delta modulator is realized with CMOS 0.13 μm 1P8M mixed-signal process with a 0.6 V power supply voltage. The die photograph is shown in Fig. 7 whose overall area is 1.32 mm2 and the core area is 0.72 mm2.

3.2需要研究設(shè)備缺陷發(fā)生的規(guī)律

新標準將裝置本體及其二次回路失效風險獨立歸為一類，在狀態(tài)評價中所占比例也較高。可見保護設(shè)備失效特性在描述設(shè)備狀態(tài)中十分重要。

新標準仍假設(shè)設(shè)備故障率恒定，但狀態(tài)量歸類的變化定會促進設(shè)備失效特性的研究。現(xiàn)有的研究一般認為微機保護設(shè)備的失效特性符合“浴盆曲線”。文獻［10］選擇不同的函數(shù)擬合設(shè)備失效分布。文獻［11］則利用平均故障率探討設(shè)備失效特性。這些文獻取得了一定成果，但如何將設(shè)備失效特性加入狀態(tài)評價甚至是用于評估設(shè)備使用壽命還需要深入研究。

3.3需要完善設(shè)備改進措施安排

新標準定義了4個改進型狀態(tài)量，可見新標準對改進措施的重視。但對于這類狀態(tài)量納入狀態(tài)評價標準，筆者認為還有許多限制。

從改進型狀態(tài)量對綜合評分影響來看，假設(shè)當設(shè)備存在CPU插件異常時，即存在危急缺陷，設(shè)備將處于“異常狀態(tài)”。按照Q/GDW 11284—2014《繼電保護狀態(tài)檢修檢驗規(guī)程》規(guī)定原則上應(yīng)執(zhí)行A類檢修。這顯然是不合適的。

現(xiàn)有繼電保護裝置的消缺、反措和技改等設(shè)備改進措施是與狀態(tài)檢修工作并行安排的。改進措施有明確的目的和方法，根據(jù)《國家電網(wǎng)公司繼電保護和安全自動裝置缺陷管理辦法》等規(guī)定嚴格安排；狀態(tài)檢修根據(jù)每年狀態(tài)評價結(jié)果安排。但新標準將保護設(shè)備存在缺陷的情況納入到評價標準是有積極意義的，預(yù)示著將改進措施的開展和狀態(tài)檢修工作逐步融合的發(fā)展趨勢。最終建立完全基于保護狀態(tài)信息的繼電保護狀態(tài)檢修。

4 新標準在福建電網(wǎng)的應(yīng)用

由結(jié)果可以看出本年度評價為正常狀態(tài)的保護設(shè)備，按照新標準評價基本不變。本年度評價為注意狀態(tài)的保護設(shè)備共8臺，按照新標準進行評價均為正常狀態(tài)。

某變電站220kV PSL-603線路保護于2014年檢修后發(fā)生二次缺陷，已通過更換插件消缺。本年度裝置無故障時間評分為 0，由嚴重狀態(tài)人工干預(yù)為注意狀態(tài)。按新標準評分96.2，為正常狀態(tài)。

某變電站110kV WMZ-41A母線保護同型號設(shè)備故障率較高，但該設(shè)備僅發(fā)生過顯示不正常缺陷并于2014年經(jīng)過檢修。本年度家族性無故障率評分為 3.09，由嚴重狀態(tài)人工干預(yù)為注意狀態(tài)。按新標準評分91.7，為正常狀態(tài)。

某變電站110kV 161PSL621C線路保護檢修后發(fā)生二次缺陷，通過重啟裝置已恢復(fù)正常。本年度裝置無故障時間評分為 0，為嚴重狀態(tài)，人工干預(yù)為注意狀態(tài)。照新標準評分96.2，為正常狀態(tài)。

由結(jié)果可以看出，新標準考慮了缺陷被解決的情況，符合檢修實際經(jīng)驗。新標準實施后，單一的非改進型的狀態(tài)量評分下降對保護裝置整體評價的影響不大。

5 結(jié)論

本文重點分析了Q/GDW11285-2014《繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》與 Q/FJG10097-2011《福建省電力有限公司繼電保護狀態(tài)評價導(dǎo)則》不同的內(nèi)容。結(jié)合繼電保護狀態(tài)檢修的發(fā)展和實施的經(jīng)驗分析了新標準的突出變化。

新標準總結(jié)了各地區(qū)繼電保護狀態(tài)檢修工作的經(jīng)驗。其變化反映了繼電保護狀態(tài)檢修工作的發(fā)展成果。保護設(shè)備狀態(tài)量獲取途徑的改進和設(shè)備失效特性的研究都使繼電保護狀態(tài)評價標準發(fā)展得更加全面。但目前仍有許多保護裝置自檢和監(jiān)測信息未能應(yīng)用到狀態(tài)評價中，評價結(jié)果與保護裝置失效率之間的關(guān)系不清晰。如何根據(jù)檢修效果調(diào)整評價方法、將經(jīng)濟效益和狀態(tài)評價結(jié)合，還需要經(jīng)過深入的實踐。

［1］Q/GDW 1806—2013. 繼電保護狀態(tài)檢修導(dǎo)則［S］.

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Application of New Standard for State Assessment of Relay Protection in Fujian Power Grid

Huang Feng1Deng Yong2Huang Wenying2Wu Chenyang2Lin Shaozhen3
（1. College of Electrical Engineering and Automation，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108；2. State Grid Fujian Power-Dispatch & Control Center，F(xiàn)uzhou 350003；3. State Grid Fujian Electric Power Research Institute，F(xiàn)uzhou 350007）

This paper introduced the components of state assessment of relay protection. Then，Q/GDW 11285—2014 was compared with Q/FJG 10097—2011 to show the difference. Combining with implementation of condition-based relay protection maintenance in Fujian power grid，the new standard was analyzed in depth and the influence of it on condition-based maintenance was expounded. Finally，new standard was tentatively implemented in Fujian power grid. The result shows that new standard improves state assessment of relay protection.

relay protection； state assessment； condition-based maintenance