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繼電保護狀態(tài)檢修實際應(yīng)用的研究

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本文就有關(guān)繼電保護狀態(tài)檢修的實施探索這一話題進行了探討。充分地分析了繼電保護狀態(tài)檢修存在的問題，切實加強繼電保護狀態(tài)安全運行，對維護好繼電保護狀態(tài)檢修管理工作，完善繼電保護狀態(tài)檢修操作的系統(tǒng)監(jiān)管，有著深遠的影響。

繼電保護；狀態(tài)檢修；故障監(jiān)測；備品備件

1.狀態(tài)檢修研究現(xiàn)狀

檢修是為了保證設(shè)備的可靠運行，同時提高運行效率及降低運行成本。所以對保護進行檢修的主要目的是為了提高改善保護的可靠性。狀態(tài)檢修也不例外。談到保護構(gòu)成器件復雜，很難確定保護劣化信息，所以引入一些評估方法來研究繼電保護的狀態(tài)檢修。

可靠性(reliability)是指元件、設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)定時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。保護的可靠性主要指在該保護規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)生了保護應(yīng)該動作的故障時，它應(yīng)該正確動作，而在任何其他的保護不應(yīng)該動作的情況下，則不應(yīng)該誤動作。

由于保護系統(tǒng)由大量電子元器件構(gòu)成，構(gòu)成回路比較復雜，在實際維修過程中不可能全部對元器件損壞進行量化分析，所以繼電保護可靠性研究主要針對保護可靠性的評估指標及計算模型展開，內(nèi)容涉及構(gòu)成環(huán)節(jié)失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和處理，系統(tǒng)可靠性的定量評估，運行維護及可靠性與經(jīng)濟成本參數(shù)的關(guān)系等方面。

但是無論是研究保護的穩(wěn)態(tài)可靠度或者從運行方面來預(yù)測短期內(nèi)保護的實時風險，都需要對保護可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)從故障概率和故障后果兩方面進行定量評估

2.在線監(jiān)測技術(shù)研究

2.1 在線監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀

與電氣一次設(shè)備不同的是電氣二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測對象不是單一的元件，而是一個單元或一個系統(tǒng)。監(jiān)測的是各元件的動態(tài)性能，微機保護和微機自動裝置的自診斷技術(shù)的發(fā)展為保護設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

實施保護設(shè)備狀態(tài)檢修應(yīng)監(jiān)測：交流測量系統(tǒng)，包括CT、PT二次回路絕緣良好、回路完整，測量元件的完好；直流系統(tǒng)，包括直流動力、操作及信號回路絕緣良好、回路完整；邏輯判斷系統(tǒng)：包括硬件邏輯判斷回路和軟件功能。

保護裝置本身容易實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測，但由于電氣二次回路是由若干繼電器和連接各個設(shè)備的電纜所組成，要通過在線監(jiān)測繼電器觸點的狀況回路接線的正確性等則很難，這可能是保護遲遲未能有效地推進狀態(tài)檢修的主要原因之一。

電氣二次操作回路是對電氣一次設(shè)備進行操作控制的電路，是繼電保護的一個重要組成部分。在繼電保護設(shè)備要求進行狀態(tài)檢修的情況下，作為繼電保護出口控制回路操作箱均采用硬件式結(jié)構(gòu)，即由繼電器直接在220V強電回路中通過二次線聯(lián)接而成，接線繁雜，不具備自檢、在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)遠傳等功能。

雖然在綜自站中該回路一部分硬接點可通過綜自設(shè)備（如測控設(shè)計）進行上傳監(jiān)控，但要求二次回路繼電器輸出接點增多使接線復雜化可靠性下降，同時聯(lián)接電纜也增多。

繼電保護設(shè)備狀態(tài)檢修實施的重要基礎(chǔ)就是在設(shè)備狀態(tài)特征量的采集上不能有盲區(qū)，顯然，對保護設(shè)備實行狀態(tài)檢修而言，現(xiàn)有的二次控制回路操作箱達不到要求。

而利用美國SEL提供的數(shù)字仿真式繼電保護平臺可以有效地設(shè)計微機操作箱，成功解決了電氣二次回路狀態(tài)檢修問題，可為實現(xiàn)保護系統(tǒng)完整的狀態(tài)監(jiān)測，為繼電保護實行狀態(tài)檢修創(chuàng)造必要的條件。

2.2 在線監(jiān)測存在的問題

由于目前各地在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用水平參差不齊，給生產(chǎn)運行管理帶來了不少麻煩，尤其是一些不成熟的產(chǎn)品在運行時經(jīng)常誤報故障，成為在線監(jiān)測技術(shù)推廣應(yīng)用的巨大阻礙。這一方面反映了在線監(jiān)測產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用的不規(guī)范，也反映了用戶在線監(jiān)測設(shè)備的運行管理尚無明確的管理要求。

微機保護裝置的性能已非常穩(wěn)定，近幾年在我區(qū)范圍內(nèi)，由于保護裝置性能不穩(wěn)定引起的誤動基本上沒有出現(xiàn)過，所發(fā)生的保護誤動作基本上是保護裝置外部原因引起的。

當前使用的CPU芯片性能已非常穩(wěn)定，因此在我們的檢驗工作中，沒有必要對其CPU的正確性進行很詳細的校驗。而應(yīng)對繼電保護設(shè)備實行狀態(tài)檢修，也就是說只要保護裝置不告警，就不用進行檢修。當然，這要有一個逐步完善的過程，需要大量的配套工程，但這是一種發(fā)展趨勢。

3.狀態(tài)檢修故障監(jiān)測技術(shù)

3.1 狀態(tài)監(jiān)測的方法

數(shù)字式保護裝置本身具備狀態(tài)檢修的實施基礎(chǔ)，狀態(tài)檢修范疇不能僅局限在裝置本身，因為作為電網(wǎng)安全屏障的繼電保護除裝置本身，還包含直流回路、交流回路、操作控制回路等，為了使狀態(tài)檢修比較有可能在實際應(yīng)用中得到推廣，對于保護的狀態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)還應(yīng)包含交流回路、直流回路、操作回路等，保護的狀態(tài)檢修也必須作為一個系統(tǒng)性的問題來考慮。

因此電氣二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測對象主要有：直流操作、信號系統(tǒng)；交流測量系統(tǒng)；通信系統(tǒng)；屏蔽接地系統(tǒng)；邏輯判斷系統(tǒng)等。直流系統(tǒng)包括直流動力、操作及信號回路絕緣良好、回路完整；交流測量系統(tǒng)包括TA、TV二次回路絕緣良好、回路完整，測量元件完好；邏輯判斷系統(tǒng)包括硬件邏輯判斷回路和軟件功能。

可以采用編碼法、校驗法、比較法、特征字法、監(jiān)視定時器法等故障測試的方法，在保護裝置中加載診斷程序，自動地對每一臺設(shè)備和部件進行測試。保護裝置內(nèi)各模塊都具有自診斷功能，對裝置的CPU、電源、A/D轉(zhuǎn)換、I/0接口、存儲器等插件都能進行巡查診斷。

如使用看門狗監(jiān)視軟件或保護裝置在線狀態(tài)的自檢；通過通信等方法在裝置的多個CPU之間實現(xiàn)互相監(jiān)視運行情況；嵌入式操作系統(tǒng)的任務(wù)之間也可以相互監(jiān)視；對監(jiān)視裝置內(nèi)部模擬量回路的通斷與否可通過半周積分傅式算法等不同的算法計算并比較結(jié)果的辦法；裝置主備機之間的互相切換，互相監(jiān)視等都可通過保護裝置的自診斷實現(xiàn)。

3.2 二次設(shè)備的電磁抗干擾監(jiān)測

由于大量高集成電路、微電子元件在電氣二次設(shè)備中的應(yīng)用廣泛，電氣二次設(shè)備對電磁干擾也越來越敏感，極易受到電磁干擾的影響。電磁干擾會造成二次誤動或拒動、甚至元件損壞。在上節(jié)中我們也提到對干擾引起的事故，按常規(guī)試驗方法無法發(fā)現(xiàn)，其正常運行時是毫無征兆，因此必須加強微機保護的抗干擾措施。

國際電工委員會(IEC)及國內(nèi)有關(guān)部門對繼電保護制定了電磁兼容(EMC)標準。但目前，對現(xiàn)場電磁環(huán)境的管理、監(jiān)測沒有合適的監(jiān)測手段，也沒有納入運行檢修范圍。

二次設(shè)備狀態(tài)檢修的一項很重要的工作是對二次設(shè)備進行電磁兼容性考核試驗。包括在微機保護裝置附近不允許使用移動通訊設(shè)備(如手機)的管理；對不同廠站的敏感器件、耦合途徑、干擾源要進行監(jiān)測、管理；對二次設(shè)備屏蔽接地情況的定期進行檢查。

3.3 故障診斷技術(shù)

故障診斷，就是通過設(shè)備運行或檢修時表現(xiàn)出的異?，F(xiàn)象，對設(shè)備異常的程度、原因做出判斷。常見的診斷方法可概括為綜合法和比較法。它包括下列內(nèi)容：

3.3.1 與設(shè)備歷年(次)試驗結(jié)果相比較。因為保護設(shè)備在投產(chǎn)后都進行過校驗，與投產(chǎn)時數(shù)據(jù)，年校時數(shù)據(jù)，上次校驗數(shù)據(jù)相比，如果有顯著性的差異，則常常說明裝置可能有缺陷。

3.3.2 與同類型同廠家設(shè)備試驗結(jié)果相互比較。因為對同一類型及同一廠家的設(shè)備而言其裝置結(jié)構(gòu)相同，在相同的運行和氣候條件下，其測試結(jié)果應(yīng)大致相同。若懸殊很大，則說明裝置有可能有缺陷。

3.3.3 同一設(shè)備各相間的試驗結(jié)果相互比較。因為同一設(shè)備，各相的運行情況應(yīng)當基本一樣，如果有一相試驗結(jié)果與另兩相比較差異明顯，說明該相可能有缺陷。

3.3.4 與檢驗規(guī)程規(guī)定的允許偏差范圍相互比較。對有些試驗項目，檢驗規(guī)程規(guī)定了允許偏差范圍，若測量偏差范圍超過允許值，應(yīng)認真分析，查找原因，或再結(jié)合其它試驗項目來查找缺陷。

3.3.5 不同試驗項目結(jié)果的綜合。只有綜合多參數(shù)判別的結(jié)果，才能得到全面、準確的結(jié)論。

由于設(shè)備故障與征兆之間關(guān)系的復雜性和設(shè)備故障的復雜性，形成了設(shè)備故障診斷是一種探索性的反復試驗的特點。故障診斷過程是復雜的，這些數(shù)學診斷方法又各有優(yōu)缺點，研究故障診斷的方法成為設(shè)備故障診斷技術(shù)這一學科的重點和難點。

故障診斷技術(shù)研究主要沿著兩個方向展開：

(1)建立各種類型的專家系統(tǒng)即基于知識的計算機智能程序系統(tǒng)。人們對基于知識的故障診斷系統(tǒng)進行了大量研究，然而，隨著研究的深入后發(fā)現(xiàn)專家系統(tǒng)的應(yīng)用面臨許多實際困難，存在一些魚需解決的問題。比如缺乏有效的診斷知識表達、不確定性知識的推理以及診斷知識獲取困難等就是較為嚴重的問題。

(2)建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)近年來重新興起的一種人工智能方法是ANN基本理論，它為克服專家系統(tǒng)的缺陷開辟了一條嶄新的途徑。它的并行處理能力、自學習功能倍受大家的青睞，其大規(guī)模并行處理能力可用于提高推理的速度，因而更適合于結(jié)構(gòu)復雜、故障機理不十分明顯的復雜設(shè)備的診斷。

ANN主要用于處理兩類問題：一類是以處理在線信號入手，進行信號的識別和分析；另一類是以離線數(shù)據(jù)為依據(jù)進行分類和診斷。

電氣二次設(shè)備的狀態(tài)檢修的前提條件是在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，只有通過各種手段準確、及時地掌握運行設(shè)備的實際狀況，才能根據(jù)設(shè)備的參數(shù)變化趨勢確定維修策略，確定最佳檢修周期。

4.繼電保護的備品備件管理技術(shù)

合理的備品備件對我們更好地實施狀態(tài)檢修有著很重要的作用。備品備件管理是設(shè)備管理的重要組成部分，科學合理的儲存?zhèn)浼巧a(chǎn)連續(xù)進行的重要保證，合理的庫存儲備能在保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的前提下提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

從現(xiàn)場實際來看，目前我們的備品備件的數(shù)量和類型的確定存在困難，一方面從節(jié)約經(jīng)營成本考慮，需要我們盡量少備備品，另一方面為了有效縮短停電時間，特別是故障造成的停電時間，又要求我們有足夠的備品滿足突發(fā)的各種情況。

目前我們確定備品備件的型號和數(shù)量時，還僅僅只是靠著生產(chǎn)工作經(jīng)驗進行估算。這種管理模式，仍然存在著一些問題：

一是企業(yè)備品備件的儲備要占用大量的資金；二是為保證備品能隨時可靠地投用，需要按特定條件進行倉儲保管，并定期進行試驗和保養(yǎng)；三是許多備品會因存放時間過長而造成老化或技術(shù)性淘汰，導一致報廢損失。

5.結(jié)語

總之，隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展，新的要求會一直推動狀態(tài)檢修領(lǐng)域的持續(xù)進步，狀態(tài)檢修作為一種新型的檢修策略，是企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

[1]蘇松鴻.繼電保護狀態(tài)檢修探討[J].無線互聯(lián)科技,2011(05).