周華良,汪世平,宋 斌,鄒志楊,吳 海,張洋洋

(1.南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學研究院),江蘇省南京市 211106;2.國電南瑞科技股份有限公司,江蘇省南京市 211106;3.智能電網(wǎng)保護和運行控制國家重點實驗室,江蘇省南京市 211106;4.河海大學能源與電氣學院,江蘇省南京市 211100)

就地化裝置硬件外特性的在線監(jiān)測與診斷方法

周華良1,2,3,汪世平1,2,宋 斌1,2,3,鄒志楊1,2,吳 海1,2,3,張洋洋2,4

(1.南瑞集團公司(國網(wǎng)電力科學研究院),江蘇省南京市 211106;2.國電南瑞科技股份有限公司,江蘇省南京市 211106;3.智能電網(wǎng)保護和運行控制國家重點實驗室,江蘇省南京市 211106;4.河海大學能源與電氣學院,江蘇省南京市 211100)

針對電力二次就地化裝置運行維護面臨的新要求和挑戰(zhàn),從就地化裝置硬件外特性的角度出發(fā),系統(tǒng)性地分析了典型就地化裝置的交流量輸入接口、供電電源輸入接口、光纖通信通道、開關量輸入回路、工作指示燈,以及裝置外部環(huán)境狀態(tài)等電氣與物理特征,提出了相應的在線監(jiān)測與診斷方法。根據(jù)就地化裝置硬件外特性的診斷結果,構建了硬件接口狀態(tài)判據(jù)矩陣,形成了典型的故障診斷結果。

就地化裝置;硬件外特性;在線監(jiān)測;診斷分析;狀態(tài)矩陣

0 引言

智能變電站二次設備就地化能實現(xiàn)設計建設、安裝調試和運行維護的全過程降本增效,滿足設備小型化、工廠化調試、更換式檢修的技術發(fā)展要求。智能變電站二次設備就地化技術的發(fā)展,即將開啟變電站建設及運行維護的全新模式[1]。

二次設備就地化安裝后,尤其是直接安裝在一次設備場內無防護的就地化裝置,其所處的氣候環(huán)境、電磁環(huán)境[2-5]和機械環(huán)境變得更為復雜和惡劣。裝置出現(xiàn)故障的概率大幅增加,故障形式和成因多樣,故障診斷與定位復雜,運行維護要求更高。這些變化要求就地化裝置自身具備一定的在線監(jiān)測和診斷能力,以便接入站內智能化實時監(jiān)控和遠程診斷決策系統(tǒng),從而方便運行維護的順利開展。

就地化裝置硬件的監(jiān)測與診斷內容復雜,狀態(tài)量種類多,從功能劃分可分為內特性和外特性。內特性監(jiān)測與診斷主要針對裝置內部的狀態(tài)量,如內部溫度、濕度、數(shù)據(jù)鏈路報文、內部電源、內部ADC基準等,這些與常規(guī)裝置的檢測方法和要求基本相同[6-7]。硬件外特性的監(jiān)測與診斷主要是針對裝置外部回路或外部接口而言,常規(guī)裝置的外部回路監(jiān)測與診斷主要采用雙重化配置及相互監(jiān)測邏輯來實現(xiàn)[8],而就地化裝置則需要通過監(jiān)測各個接口的電氣特征或物理特征的變化來實現(xiàn)。

本文通過對就地化裝置的硬件外特性的接口種類、異?，F(xiàn)象的分析入手,針對交流量連接器、裝置外部電源輸入、光纖通信通道、開關量輸入、工作指示燈及外部環(huán)境狀態(tài)等,系統(tǒng)性地提出了具體的監(jiān)測和診斷方法。根據(jù)外特性的監(jiān)測結果,構建狀態(tài)診斷決策矩陣,并通過矩陣運算,得到就地化裝置的硬件外特性故障診斷結果,為運行維護提供決策參考[9-12]。

1 就地化裝置的硬件外特性分析

就地化裝置的硬件外接口主要有:高防護電連接器、高防護光纖連接器、工作指示燈等。圖1所示為典型的就地化線路保護裝置的外接口示意圖。

圖1 典型就地化線路保護裝置的外接口Fig.1 Typical external interface of localized line protection

為了客觀、準確地監(jiān)測就地化裝置對外硬件物理接口的在線狀態(tài),本文從實際運行維護及監(jiān)測實現(xiàn)的方便性角度出發(fā),重點羅列了如表1所示的硬件外特性的主要特征量。

表1 就地化線路保護裝置硬件外特性的主要特征Table 1 Main characteristics of external interfaces of hardware for localized line protection

這些硬件接口的特征狀態(tài)發(fā)生緩慢或突然變化時,表明就地化裝置工作條件發(fā)生了變化,就地化裝置即將或已經(jīng)發(fā)生硬件異常情況。按各回路的工作機理,其典型的異常特征及異常后果如表2所示。

表2 就地化線路保護裝置外接口異常特征及后果Table 2 Abnormal features and consequences of external interfaces of hardware for localized line protection

另外,溫度、濕度、光強等環(huán)境狀態(tài)變惡劣后,尤其是高溫、強太陽光照射,會導致就地化裝置內部溫度升高,影響裝置的使用壽命和可靠性;當就地化裝置箱體氣密性不好時,內部容易產(chǎn)生漏水或凝露,積水覆在內部電路板元器件和連接器上,可能造成元器件參數(shù)變化、電路短路、絕緣性能下降等,從而導致就地化裝置工作異常,出現(xiàn)裝置告警、閉鎖甚至損壞;就地化裝置在運輸、調試、巡檢環(huán)節(jié)也會經(jīng)受頻繁的振動和撞擊等機械擾動,可能造成裝置內部連接松動、接觸不良等現(xiàn)象,也會造成就地化裝置的硬件外特性發(fā)生不可預期的變化,發(fā)生故障的概率增大。

2 在線監(jiān)測技術及診斷

依據(jù)上文對就地化裝置的硬件外特性分析,本文系統(tǒng)性地提出了交流量輸入連接器、供電電源輸入接口、光纖通信通道、開關量輸入回路、工作指示燈,以及裝置外部環(huán)境狀態(tài)等電氣與物理特征的在線監(jiān)測與診斷方法,并給出診斷結果矩陣,為接口狀態(tài)決策系統(tǒng)提供輸入條件。

2.1 交流量輸入連接器的監(jiān)測及診斷

就地化裝置的交流電壓、電流的輸入接口連接器接觸的可靠性受外部氣候環(huán)境或振動環(huán)境影響較大,連接器的導通不良將直接導致采樣信號的失真,給裝置的保護測控主功能帶來隱患。因此,對連接器的接觸性能進行在線監(jiān)測非常必要。

連接器的接觸電阻值變化能比較直觀地反映連接器的接觸狀態(tài),因此,可以通過直接或間接監(jiān)測連接器的接觸電阻變化來判斷連接器是否可靠連接。就地化裝置在工作狀態(tài)下,當因接觸不良導致的連接器接觸電阻增大后,會因損耗增大而產(chǎn)生一定的熱量增加,此處的熱量通過連接器的銅質芯材傳導,帶來溫度的梯度變化。通過檢測溫度分布上某點的溫度,與正常狀態(tài)下的溫度值進行比對,判斷出接觸電阻是否發(fā)生變化,并根據(jù)溫度變化的大小確定接觸故障的嚴重等級。如附錄A圖A1所示,將熱電偶和導線與連接器芯一起壓接,熱電偶將壓接部位的溫度作為監(jiān)測狀態(tài)量傳送至監(jiān)測回路。

在一段連續(xù)的工作時間內,環(huán)境溫度為Ta時測得的溫升為ΔT(Ta),設定兩個參比溫升值分別為ΔT1(Ta)和ΔT2(Ta),且ΔT1(Ta)<ΔT2(Ta),分別是溫升的兩個判據(jù)門檻。ΔT1(Ta)是連接器在Ta環(huán)境溫度下,正常工作時的溫升最大值;ΔT2(Ta)是連接器在Ta環(huán)境溫度下,溫升超出了ΔT1(Ta)一定幅值,表示連接器已經(jīng)處于溫升異常的狀態(tài),該取值可以依據(jù)不同的應用要求設定。依據(jù)溫度監(jiān)測量的相互關系構建狀態(tài)函數(shù)A,A=f(Ta,ΔT),則溫升的綜合診斷結果可以用A的計算結果a表示,不同數(shù)值對應不同的監(jiān)測結果,如附錄A表A1所示。連接器的接觸電阻(主要受材質影響)和工作電流越大,a值越高,連接器的故障嚴酷程度越高。

2.2 裝置供電電源輸入的監(jiān)測及診斷

就地化裝置的供電電源采用高頻開關電源模塊,就地化裝置本身不僅監(jiān)測電源模塊的輸出,還可以監(jiān)測電源模塊的輸入電壓和電流。相比于監(jiān)測電源模塊內部單一元器件的狀態(tài),如功率器件的溫升變化、電解電容的容值和等效串聯(lián)電阻(ESR)[13],采用監(jiān)測電源模塊的輸入電流和電壓的方法更具有靈活性和實用性。通過采集電壓、電流的信號量,計算出電源模塊的輸入功率,根據(jù)功率的變化,可以判斷是否有功率器件發(fā)熱量增加;通過輸入電流的紋波變化,可以判斷內部濾波元器件性能是否有下降。

由于就地化裝置的強弱電隔離要求和抗電磁干擾要求比常規(guī)二次裝置的要求更高:絕緣電壓AC 3 000 V、沖擊電壓7 500 V、浪涌干擾電壓6 000 V。這對輸入電壓、電流的采集及監(jiān)測電路的設計提出了挑戰(zhàn)。本文提出了如附錄A圖A2所示的采集回路。線性運放的隔離電壓高達10 kV,其原副邊供電電源從電源模塊主變壓器原邊供電繞組上獲取,副邊供電電源從電源輸出直接獲取。

在一段連續(xù)的工作時間內,檢測就地化裝置電源輸入電壓uin、輸入電流iin和輸入功率pin,并分別給三個狀態(tài)量設定一個參比范圍(u1,u2),(i1,i2)和(p1,p2),這些參數(shù)的取值可以依據(jù)相關技術標準或工程經(jīng)驗設定。例如:一般技術標準要求輸入電壓的波動范圍在0.8un～1.2un,因此,電壓的參比范圍可以取(0.75un,1.25un),根據(jù)開關電源的效率特性,輸入功率的參比范圍取(pn,1.1pn),則電流的參比范圍為(0.8in,1.46in),其中un,in,pn分別為額定電壓、額定電流和額定功率。當uin的監(jiān)測值超出該范圍時,表明輸入電壓異常;輸入電流iin有效值的波動和紋波大小的波動,也可以與設定的參比范圍進行比較,并給出對應的監(jiān)測結果;輸入功率pin的監(jiān)測則可以根據(jù)uin和iin監(jiān)測值進行相關的計算和判斷。根據(jù)三者之間的相互關系構建狀態(tài)函數(shù)B,B=f(uin,iin,pin),則裝置供電電源輸入的綜合診斷結果可以用B的計算結果b表示,對應不同的監(jiān)測結果,如附錄A表A2所示。uin,iin,pin的波動均在設定的參比范圍內,b的取值為0。當uin,iin,pin的波動偏離參比范圍越大,b值越高,輸入電源的故障嚴酷程度越高。

2.3 光纖通信通道的監(jiān)測及診斷

就地化裝置的光纖通道狀態(tài)監(jiān)測比常規(guī)裝置的監(jiān)測量更多,除了監(jiān)視光模塊的收發(fā)功率與誤碼率[14],還應能監(jiān)視光模塊的供電電源、溫升、光模塊有無發(fā)光等信息。通過相關的硬件電路,將這些信息實時送入狀態(tài)監(jiān)測決策系統(tǒng),根據(jù)決策機制,輸出光纖通道的狀態(tài)。

在附錄A圖A3中,光纖接口模塊采用I/O信號來監(jiān)視光纖接收通道的光輸入是否有效。當對側發(fā)送端有效接入本側接收端時,I/O信號指示高電平;當對側發(fā)送端未接入或發(fā)送端發(fā)送功率異常時,I/O信號則指示低電平。監(jiān)測系統(tǒng)通過I2C總線接口讀取光纖通信模塊的內部溫度、工作電壓、發(fā)送和接收光功率等狀態(tài)信息。監(jiān)測系統(tǒng)將讀取到的各狀態(tài)信息與設定的定值進行比對,并給出狀態(tài)指示信息。

監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的光纖通道各個狀態(tài)量對光纖通道診斷的影響,構建狀態(tài)函數(shù)C,C=f(OTX,ORX,OEX,OPWR,OTMP),其中OTX,ORX,OEX,OPWR,OTMP分別表示光模塊的發(fā)送光功率、接收光功率、有光、電源、溫度等狀態(tài)量。在就地化裝置應用中,光纖模塊的發(fā)送光功率正常范圍為(-21 dBm,-13 dBm),而接收光功率正常范圍為(-13 dBm,-32 dBm),狀態(tài)量OTX和ORX可以以此為參比范圍進行判斷;而電源和溫度的監(jiān)測門檻,可以根據(jù)實際使用需求確定。就地化裝置光纖通道狀態(tài)的綜合診斷結果可以用狀態(tài)函數(shù)C的計算結果c表示,對應不同的監(jiān)測結果,如附錄A表A3所示。c的取值大小與光纖通道的光功率、溫升、電源紋波成比例關系,具體取值可以依據(jù)相關的技術標準或者實驗數(shù)據(jù)。

2.4 開關量輸入回路的監(jiān)測及診斷

國家電網(wǎng)公司對電力二次設備的開關量輸入動作門檻有著明確的要求,開關量輸入動作電壓門檻必須滿足55%～70%的額定電源電壓,同時在相關就地化設備標準中,要求DC 110 V和DC 220 V不同電壓等級的開入能夠做到自適應響應。因此,開關量分、合狀態(tài)的準確判斷必須同時參考外部開關量工作的直流電源工作電壓。

就地化裝置的開關量信號輸入回路與傳統(tǒng)的開關量信號輸入回路有所不同,傳統(tǒng)開關量輸入回路當有開關量輸入且輸入電壓達到開關量動作門檻電壓值時,光耦呈飽和導通狀態(tài)。而本系統(tǒng)中的開關量光耦在全工作電壓范圍內呈放大態(tài),光耦的輸出值隨著開關量信號輸入回路的輸入電壓變化而變化。開關量采集回路如附錄A圖A4所示,選擇光耦傳輸比(CTR)范圍為100%～200%。但光耦的CTR會隨著溫度變化波動,因此,實時監(jiān)測光耦附近的環(huán)境溫度,依據(jù)溫度值對光耦的CTR進行溫度修正,以提高數(shù)據(jù)采集的準確度。同時對開關量直流電源進行監(jiān)視,開關量直流電源的采樣值與溫度無關,實現(xiàn)了電壓判據(jù)的獨立性。

當監(jiān)測到開入量變位異常時,可以先檢查開關直流電源工作電壓信號的情況,以確定開關量變位的起因并給出相應的告警信號。

根據(jù)監(jiān)測到的直流電壓和開入異常變位的狀態(tài),構建狀態(tài)函數(shù)D,D=f(udc,Bi),如附錄A表A4所示。對于直流電壓udc的波動,也設定一個參比范圍(u1,u2),u1和u2的取值可以根據(jù)技術標準或者實驗數(shù)據(jù)設定;對于異常變位狀態(tài)Bi,只要有一個開入異常變位,則認為裝置開入變位異常。就地化裝置的開關量輸入回路狀態(tài)的綜合診斷結果可以用狀態(tài)函數(shù)D的計算結果d表示,對應不同的監(jiān)測結果,如附錄A表A4所示。

2.5 工作指示燈的監(jiān)測及診斷

就地化線路保護裝置配有運行、報警和跳閘共三個指示燈,是采用ALGaInP材料制成的高亮LED,配置的指示燈方便了就地化裝置在現(xiàn)場的調試和運檢工作,但其硬件質量的好壞對運行維護有直接影響。

本文設計的LED指示燈的監(jiān)測回路如附錄A圖A5所示。Ta環(huán)境溫度下,在有亮燈驅動信號下,直接采集指示燈LED1的端電壓VF,并通過電阻R1取樣流過指示燈LED1的電流IF,采樣到的VF和IF送至采樣模塊,經(jīng)溫度系數(shù)修正后,與器件手冊提供的曲線進行比對,從而判斷出LED指示燈的亮燈邏輯是否正常,燈的亮度是否正常。

根據(jù)監(jiān)測到的LED端電壓和電流的狀態(tài),構建指示燈工作狀態(tài)函數(shù)E,E=f(e1,e2),其中e1表示亮燈的邏輯狀態(tài),e2表示亮燈的亮度狀態(tài)。就地化裝置的工作指示燈狀態(tài)的綜合診斷結果可以用狀態(tài)函數(shù)E的計算結果e表示,對應不同的監(jiān)測結果如附錄A表A5所示。亮燈的邏輯判據(jù)是LED燈的輸出邏輯與回采邏輯進行對比:二者邏輯一致,則對e的取值沒有影響;二者邏輯相反,則e直接取值為1。亮度狀態(tài)的判據(jù)則依據(jù)LED的廠家數(shù)據(jù)手冊和亮度目視效果進行取值。

2.6 就地化裝置外部環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測及診斷

中國幅員遼闊,氣候差異顯著,高低溫工作環(huán)境差異極大,同時自然環(huán)境復雜多樣,在沿海地區(qū)空氣濕度大,腐蝕性的鹽霧含量高;而在內陸高海拔地區(qū),低氣壓、高太陽輻射也是嚴峻的氣候考驗。

為了更全面地監(jiān)測就地化保護裝置外部的環(huán)境狀態(tài)(溫度、濕度、光強、大氣壓等),本文通過在現(xiàn)場安裝的就地化支架上設置一套小型氣象站,內置單片機通信模塊采集環(huán)境中的溫度、氣壓、風力風向及雨量等信號,經(jīng)RS-485通信鏈路送至就地化通信管理單元進行數(shù)據(jù)處理、繪圖及運算,結合就地化裝置內部監(jiān)測到的溫度、濕度、氣壓等數(shù)據(jù),進行環(huán)境綜合決策預警,整體如附錄A圖A6所示。

根據(jù)所監(jiān)測到的溫度、濕度、雨量、風力和氣壓等狀態(tài),構建狀態(tài)函數(shù)F,F=f(f11,f12,f13,f14,f15),其中f11,f12,f13,f14,f15分別對應溫度、濕度、雨量、風力和氣壓等5個狀態(tài)量。狀態(tài)的判據(jù)可以依據(jù)當?shù)鼐偷鼗b置工作環(huán)境條件的實際要求與規(guī)范來確定。其工作環(huán)境狀態(tài)的綜合診斷結果可以用狀態(tài)函數(shù)F的計算結果f表示,對應不同的監(jiān)測結果如附錄A表A6所示。f取值的判據(jù)可以根據(jù)溫度、濕度、雨量、風力和氣壓的大小成比例關系,具體數(shù)值可以依據(jù)模擬試驗結果或者經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

2.7 就地化裝置箱體密封及漏水的監(jiān)測及診斷

直接安裝在戶外的無防護的就地化裝置密封是提高裝置IP防護等級最重要的措施,殼體的密封技術主要采用橡膠材料制成的密封條、密封墊及密封圈等方式進行密封處理。隨著就地化裝置在環(huán)境惡劣的戶外長時間運行,將使得密封材料發(fā)生降解、斷裂等失效變化,從而導致箱體密封性能發(fā)生劣化,引起箱體密封泄露,進而可能引發(fā)箱體內部進水,將直接造成裝置內部部件的腐蝕、短路甚至損壞,嚴重時甚至可能導致保護裝置誤動作,影響電力系統(tǒng)的安全運行。

如何監(jiān)測及診斷就地化裝置密封狀態(tài)及在線監(jiān)測箱體內部漏水情況,是提升就地化保護裝置硬件可靠性的一個重要方面。本文通過在就地化保護裝置內部設置一個氣壓傳感器,檢測裝置密封時向箱體內充入一定壓力的氣體,根據(jù)氣壓傳感器氣壓范圍和保壓時間,判斷就地化箱體是否有泄露,同時在就地化裝置底部設置液體傳感器,當就地化裝置因泄露出現(xiàn)漏水時,經(jīng)液體傳感器采集數(shù)據(jù)并監(jiān)測裝置漏水情況。實現(xiàn)就地化裝置密封和在線監(jiān)測箱體漏水狀態(tài)方法如附錄A圖A7所示。

根據(jù)監(jiān)測就地化裝置內部氣壓、積水的狀態(tài),構建狀態(tài)函數(shù)G,G=g(g11,g12),其中g11和g12分別對應氣壓和積水的狀態(tài)。就地化裝置漏水狀態(tài)的綜合診斷結果可以用狀態(tài)函數(shù)G的計算結果g表示,對應不同的診斷結果,如附錄A表A7所示。g取值的判據(jù)可以依據(jù)氣壓大小和積水嚴重程度設定,具體數(shù)值可以依據(jù)模擬試驗結果或者經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

2.8 就地化裝置振動擾動情況的監(jiān)測及診斷

就地化裝置在運輸過程中,可能會受到強振動或沖擊導致裝置外殼變形,引發(fā)內部器件脫落、損壞,在裝置運行并受到劇烈撞擊時,還可能會造成裝置誤動作,加強裝置機械結構與內部器件緊固度是提高裝置抗振動能力的基本措施。雖然就地化裝置已將振動試驗等級提高到2級,基本可抵御外界機械力引起的裝置故障,但是裝置在使用全壽命過程中,可能遭受到不可預知的振動、沖擊、碰撞等。通過監(jiān)測及記錄裝置振動與內部擾動情況,可實現(xiàn)對裝置運行狀態(tài)進行振動預警評估,彌補裝置失效時裝置振動與內部狀態(tài)數(shù)據(jù)缺失問題。

本文通過在就地化裝置內部設置“黑匣子”電路模塊來進行振動與內部擾動的監(jiān)測及記錄。如附錄A圖A8所示,“黑匣子”模塊電路包括了低功耗CPU、三軸加速度傳感器和聲音傳感器,通過低功耗CPU對X,Y,Z軸加速度和音頻信號進行采集及存儲,可以在設備不上電情況下對運輸過程三軸振動加速度及音頻數(shù)據(jù)進行存儲與分析。裝置現(xiàn)場運行過程可實時對裝置振動加速度及音頻信號數(shù)據(jù)進行采集及上送。

根據(jù)監(jiān)測到的機械環(huán)境狀態(tài),構建狀態(tài)函數(shù)H,H=f(h11,h12,h13),其中h11,h12,h13分別對應就地化裝置在運輸和工作時的振動、碰撞和沖擊等狀態(tài)。就地化裝置振動的綜合診斷結果可以用狀態(tài)函數(shù)H的計算結果h表示,對應不同的診斷結果如附錄A表A8所示。h取值的判據(jù)由振動、碰撞和沖擊的強度(振幅和頻率)及發(fā)生的次數(shù)組成,具體的取值可以依據(jù)相關的技術標準或者試驗模擬數(shù)據(jù)設定。

3 狀態(tài)知識庫與決策

根據(jù)上文構建的8個典型就地化裝置硬件外接口狀態(tài)函數(shù)的計算結果,即a,b,c,d,e,f,g,h生成一個多維矩陣X:

(1)

當矩陣X中元素值為0時,說明對應的就地化裝置對應外接口的狀態(tài)正常;元素值為1時,說明就地化裝置對應外接口的狀態(tài)異常,需要做進一步運檢處理;元素值在(0,1)之間時,具體的取值則由實際的評判標準及狀態(tài)量對裝置后續(xù)行為的影響大小而定。

狀態(tài)量取值對就地化裝置正常運行的影響大小,可以用一個權重矩陣Y來表示:

(2)

權重矩陣Y中的元素值的大小表明對裝置正常運行的影響不同,進行歸一化處理后,數(shù)值均在[0,1]。數(shù)值越大,表明對應元素對裝置異常的影響越大,反之則影響越小。不同狀態(tài)量之間也存在影響。權重矩陣Y中元素的取值,可以依據(jù)運行規(guī)范要求、運行經(jīng)驗等確定。

根據(jù)狀態(tài)診斷結果矩陣X、權重矩陣Y,可以生成一個就地化裝置硬件外接口特性的狀態(tài)矩陣Z,Z=YX,即狀態(tài)知識庫。

(3)

本文提出的各個狀態(tài)監(jiān)視回路具有一定的解耦性,權重矩陣Y中只有對角元素取值可能不為零,其他元素取值均為零。則Z矩陣可簡化為:

Z=

[ayaabybbcyccdyddeyeefyffgygghyyy]T

(4)

為了更好地表征裝置外特性狀態(tài)的實際狀況和運行維護的可識別性,本文采用了一個權重矩陣Q與狀態(tài)結果矩陣Z的乘積進行量化,其中Q的元素取值范圍為[0,1],即

(5)

則量化結果S為:

S=QZ=ayaaqa+bybbqb+cyccqc+dyddqd+

eyeeqe+fyffqf+gyggqg+hyhhqh

(6)

根據(jù)S的數(shù)值大小可以考慮劃分為4檔,并采用不同的顏色加以區(qū)分標識,如表3所示。

表3 不同數(shù)值對應的顏色Table 3 Different values for corresponding colors

按此種方法標識后,狀態(tài)矩陣就是一張顏色鮮明的狀態(tài)圖,可以很直觀地看出哪些狀態(tài)量影響了就地化裝置的正常運行及實際影響的程度。

運行維護最終的決策結果可以根據(jù)表3中的4種顏色來確定,分別代表不同的預警信息。對應表4,運行維護人員可根據(jù)不同顏色的預警,制定具體的運行維護決策方案。

表4 典型運行維護決策建議Table 4 Decision suggestions of operation and maintenance

4 實驗驗證

由于就地化裝置目前處于掛網(wǎng)運行的階段,基本上沒有現(xiàn)場運行狀況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析,本文研究只能采用實驗室綜合模擬試驗驗證就地化裝置硬件外特性的在線監(jiān)測與診斷方法的有效性。綜合模擬試驗的試驗項目有:大電流試驗、電源影響試驗、高低溫試驗、濕熱試驗、淋雨試驗、振動試驗,分別模擬交流量端口、電源端口、開入端口發(fā)生故障及環(huán)境變化,就地化裝置硬件外接口特性的狀態(tài)矩陣Z中的元素值發(fā)生變化,并根據(jù)上述矩陣計算方法,求出最終S取值的變化。例如:當試驗模擬輸入電源電壓跌至額定電壓的60%時,就地化裝置通過狀態(tài)函數(shù)B=f(uin,iin,pin),采用既定的求值算法,獲得b的取值為0.7,權重矩陣元素ybb取值為1,其他元素均為0。則通過矩陣運算得到:

(7)

權重元素qb的取值為1,則S的計算結果為0.7。從表3的對比可見,在就地化裝置電源輸入端口異常時,量化的結果對應為橙色預警,給出相應的運行維護建議是準備檢修更換。

5 結語

電力二次設備就地化裝置相關的研究工作尚處于起步階段,國家電網(wǎng)公司提出的接口標準化的就地化裝置研究也剛剛開始。本文主要立足于就地化裝置本身的檢測實現(xiàn)方法,對幾個典型的硬件接口特性進行了探究,并提出了具體的在線監(jiān)測和診斷方法。但就地化裝置其他重要外特性如接地電阻、電纜屏蔽效能等的研究尚未展開論述,這也是后續(xù)研究工作的重要方向。同時結合就地化裝置的工程應用推廣,需要進一步調研現(xiàn)場的運行狀況,深入分析現(xiàn)場瞬態(tài)操作時的狀態(tài)監(jiān)測,積累更多的監(jiān)測與診斷的數(shù)據(jù)與案例,提高模型的準確度,以提升就地化裝置在線監(jiān)測的成效。

附錄見本刊網(wǎng)絡版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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On-lineMonitoringandDiagnosisMethodforHardwareExternalCharacteristicsofLocalizedEquipments

ZHOUHualiang1,2,3,WANGShiping1,2,SONGBin1,2,3,ZOUZhiyang1,2,WUHai1,2,3,ZHANGYangyang2,4

(1.NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute),Nanjing 211106,China;2.NARI Technology Co.Ltd.,Nanjing 211106,China;3.State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control,Nanjing 211106,China;4.College of Energy and Electrical Engineering,Hohai University,Nanjing 211100,China)

According to the new challenges for the operation and maintenance of secondary localized equipment in power system,from the view of its external characteristics of hardware,the electrical and physical characteristics of the AC input connectors,power input interfaces,fiber channels,binary input circuits,operating indicators and external environment conditions are analyzed.Meanwhile,the on-line monitoring and diagnosis methods are also presented.According to the diagnosis of hardware external characteristic,the hardware interface state matrix is built and the typical fault diagnosis result is produced.

localized equipment;external characteristics of hardware;on-line monitoring;diagnosis and analysis;matrix of state

2017-02-04;

2017-08-25。

上網(wǎng)日期:2017-10-09。

已申請國家發(fā)明專利(申請?zhí)?201611057300.9,201610587496.6)。

周華良(1980—),男,通信作者,碩士,高級工程師,主要研究方向:電力二次設備控制保護共性平臺技術。E-mail： zhouhualiang@sgepri.sgcc.com.cn

汪世平(1980—),男,碩士,高級工程師,主要研究方向:電力電子與電力傳動。

宋 斌(1968—),男,碩士,研究員級高級工程師,主要研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護。

(編輯章黎)