袁成川，屈天龍，郝 暢，孫 超

（大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司，廣東深圳 518124）

繼電保護(hù)設(shè)備是百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠升壓站的重要組成部分，在核電廠與電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中起到至關(guān)重要的作用[1]。近年來(lái)，隨著核電廠的快速發(fā)展，傳統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備檢修模式的效率低下，矛盾日益突出，難以適應(yīng)核電廠升壓站的現(xiàn)代化管理水平要求[2-3]。此外，核電廠積極推出檢修模式的智能化提升，促進(jìn)檢修效率的提高[4]。繼電保護(hù)設(shè)備作為升壓站的第一道防線，在保障設(shè)備正常運(yùn)行的過(guò)程中起到了決定性作用。

繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修是基于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)，通過(guò)分析設(shè)備間的健康狀態(tài)信息，建立標(biāo)準(zhǔn)健康狀況的評(píng)價(jià)模型[5-7]。加權(quán)平均理論是設(shè)備檢修的傳統(tǒng)方法，基于模糊算法對(duì)單一因素進(jìn)行評(píng)估，再進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)備狀態(tài)分析[8]。智能技術(shù)的發(fā)展為設(shè)備檢修提供了較好的工具，在設(shè)備故障信息不完備的情形下，仍能準(zhǔn)確判斷設(shè)備的故障類型以及輔助決策方案，該方法對(duì)測(cè)試精度具有較高的要求[9]。

1 升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)

1.1 二次回路

百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠升壓站的二次回路由繼電保護(hù)設(shè)備及其遠(yuǎn)動(dòng)裝置構(gòu)成，與其他類型發(fā)電廠架構(gòu)類似[10-12]。二次回路可對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，按照電源的種類性質(zhì)劃分，可分為開關(guān)控制、電氣閉鎖、電壓電流回路，且二次回路發(fā)生故障的概率較大，確保二次回路的正常是繼電保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1.2 斷路器回路

升壓站繼電保護(hù)系統(tǒng)的斷路器回路由電壓回路、電流回路、操作信號(hào)回路、電氣閉鎖回路構(gòu)成，共同協(xié)作完成斷路器的切故障命令。

1）電壓回路

電壓回路核心部件為通過(guò)二次側(cè)電路引出的電壓測(cè)量線圈，連接并列裝置與就地端子共線，通過(guò)自動(dòng)切換控制測(cè)量裝置動(dòng)作。電壓回路檢驗(yàn)主要來(lái)自兩個(gè)方面：一是電壓回路的電阻值設(shè)置需要符合設(shè)計(jì)要求；二是電壓降必須大于UN的3%。

2）電流回路

電流回路是通過(guò)二次線圈測(cè)量小電流從而計(jì)算得出大電流，電路從互感器的接線端到斷路器的端子箱，最終到達(dá)繼電保護(hù)設(shè)備的顯示箱，電流回路必須注意接地點(diǎn)接地與繞組接線。此外，在縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中，電流變比必須與壓降一致。

3）操作信號(hào)回路

操作信號(hào)回路需注意三點(diǎn)：①操作信號(hào)回路的斷路器可通過(guò)分合閘保護(hù)電氣設(shè)備，操作系統(tǒng)可發(fā)送指令控制斷路器分合閘，常閉輔助點(diǎn)向斷路器發(fā)送合閘信號(hào)，并與測(cè)控裝置相連；②操作信號(hào)回路可檢測(cè)斷路器本體信號(hào)，發(fā)送“SF6 低壓警告”、“斷路器非全相動(dòng)作”等信號(hào)，當(dāng)壓力值下降后，二次回路對(duì)操作信號(hào)回路發(fā)出閉鎖信號(hào)；③操作信號(hào)回路可對(duì)各回路進(jìn)行檢查，核實(shí)二次回路的正常狀態(tài)[13-14]。

2 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)智能檢修方案

2.1 檢修功能分析

根據(jù)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠升壓站繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修工作涉及的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)部署功能，如圖1所示。

圖1 智能檢修功能

圖1 中，繼電保護(hù)設(shè)備的智能檢修方案共分為8 個(gè)模塊。其中，故障分析在系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行兩次，在檢測(cè)故障分量超出正常值且在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需進(jìn)行故障分析。在工程實(shí)施步驟中，可根據(jù)核電廠繼電保護(hù)設(shè)備檢修的具體要求對(duì)各個(gè)模塊做適當(dāng)調(diào)整或分步實(shí)施。其中，數(shù)據(jù)采集為智能檢修方案的核心模塊。數(shù)據(jù)采集模塊如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊示意圖

2.2 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修

繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)的智能檢修方案流程如圖3所示，詳細(xì)描述從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理到故障診斷的流程，對(duì)所有失效數(shù)據(jù)與誤動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一收集并評(píng)價(jià)。若數(shù)據(jù)正常，則進(jìn)行下一步操作；否則，啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析、預(yù)測(cè)評(píng)判工作，并對(duì)以上操作做出執(zhí)行建議。

圖3 狀態(tài)檢修流程圖

假設(shè)有一臺(tái)繼電保護(hù)設(shè)備，故障數(shù)為J，其為非其次泊松方程且強(qiáng)度參數(shù)為λ(t)，開始檢修時(shí)刻t=0，(0,t)內(nèi)進(jìn)行檢修，設(shè)備檢修后的可靠度R(x/t)為：

核電廠要求設(shè)備的可靠度至少為R0，且檢修費(fèi)用滿足經(jīng)濟(jì)性條件，若c1、c2、c3為檢測(cè)過(guò)程所需費(fèi)用、故障維修費(fèi)用、停電時(shí)段損失費(fèi)用，則在檢修時(shí)段內(nèi)所需的總費(fèi)用可表示為：

若考慮繼電保護(hù)設(shè)備可靠性與經(jīng)濟(jì)性的雙重目標(biāo)，則檢修周期必須滿足以下要求：

3 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的采集與分析是繼電保護(hù)設(shè)備智能檢修的基礎(chǔ)，在核電廠升壓站范圍內(nèi)，繼電保護(hù)設(shè)備制造、運(yùn)行、維護(hù)等全過(guò)程中，采集運(yùn)行前后的數(shù)據(jù)信息、電氣設(shè)備試驗(yàn)信息、檢修報(bào)告信息、檢修狀態(tài)、誤動(dòng)拒動(dòng)信息，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析主要是對(duì)繼電保護(hù)臺(tái)賬數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、繼電保護(hù)設(shè)備檢修數(shù)據(jù)開展采集、分析工作，即分析狀態(tài)數(shù)據(jù)的來(lái)源情況，為建立實(shí)際的檢修工作流程奠定基礎(chǔ)。

3.2 狀態(tài)量的確定

分析繼電保護(hù)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，將評(píng)價(jià)內(nèi)容分為兩部分：二次回路部分與繼電保護(hù)裝置部分。上述兩者可根據(jù)與設(shè)備狀態(tài)關(guān)聯(lián)信息判斷其重要程度，在分析保護(hù)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、二次回路原理、電氣閉鎖回路后，判斷繼電保護(hù)裝置的性質(zhì)以及采取何種應(yīng)對(duì)保護(hù)措施。

3.3 狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

按照評(píng)價(jià)周期的劃分方法，繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修評(píng)價(jià)可分為定期評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。定期評(píng)價(jià)可根據(jù)電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)設(shè)置定時(shí)檢修周期，通常定期單位為年；動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)是對(duì)電氣設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)。在臺(tái)賬分析模型的基礎(chǔ)上，以間隔作為基本評(píng)價(jià)單位，綜合分析電氣閉鎖回路與二次回路。采用扣分制進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)信息的定期或動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，最終的結(jié)果為各單元項(xiàng)的綜合分?jǐn)?shù)。在綜合分?jǐn)?shù)發(fā)生明顯變化時(shí)，提醒檢修人員進(jìn)行電氣設(shè)備檢修。具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 繼電保護(hù)設(shè)備評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.4 狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法是根據(jù)收集設(shè)備或二次回路狀態(tài)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)模型算法綜合評(píng)定設(shè)備間隔得分。但該方法受主觀因素影響較大，即使采用人工智能算法仍存在一定的缺陷[15-16]。文中采用多模型狀態(tài)評(píng)價(jià)體系保障繼電保護(hù)設(shè)備檢修的準(zhǔn)確性，通過(guò)改進(jìn)因子組合、算法對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)檢修方案進(jìn)行靈活配置。其狀態(tài)評(píng)價(jià)體系如圖4所示。

圖4 狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

4 智能檢修方案的設(shè)計(jì)與測(cè)試

4.1 設(shè)計(jì)思想

繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)的檢修手段信息化是降低百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠運(yùn)行成本、合理安排繼電保護(hù)設(shè)備檢修計(jì)劃項(xiàng)目的有效途徑，即通過(guò)構(gòu)建百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠升壓站繼電保護(hù)設(shè)備檢修管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的重要手段。其設(shè)計(jì)與開發(fā)需以設(shè)備檢修為方向，通過(guò)基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能檢修的基本功能。

4.2 測(cè)試效果

以面向?qū)ο蟮腣isual Basic 6.0 為測(cè)試平臺(tái)，設(shè)計(jì)9 種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠升壓站繼電保護(hù)設(shè)備檢修情景，模擬真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)檢修測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

該文對(duì)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電廠升壓站繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)的智能檢修方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了設(shè)備的智能檢修方案，繼電保護(hù)設(shè)備的智能檢修方案共分為8個(gè)模塊，分別為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、故障預(yù)警、故障分析、故障評(píng)價(jià)、分析決策、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、決策建議。對(duì)方案的各個(gè)功能模塊進(jìn)行分析，從數(shù)據(jù)獲取、狀態(tài)評(píng)價(jià)到預(yù)測(cè)評(píng)估，全方位評(píng)估繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該智能檢修方法具備較優(yōu)的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益，可提高升壓站的供電可靠性，降低核電廠的運(yùn)維成本。