变电站继电保护装置状态检修实际应用研究

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(1.国网乐山供电公司，四川 乐山 614000；2.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

随着电网规模扩大, 输变电设备的增多，状态检修成为电力系统研究热门课题，而网络通讯技术、传感器技术发展使状态检修成为可能。设备检修体制随着科学发展，由最初的事后检修发展为计划检修，计划检修又经过多年发展成状态检修。状态检修以可靠性为中心，通过状态监测手段, 诊断设备健康状况，从而确定设备是否需要检修或最佳检修时机。相比计划检修，可以减少停运时间, 提高设备可靠性,降低检修费用,提高经济效益。目前,国内对电气一次设备状态检修的研究应用较多, 而二次继电保护状态检修相对较少，与一次设备状态检修主要依赖传感器在线监测相比，继电保护设备状态检修由于缺少预警手段因而更多依靠设备自检报警以及对设备缺陷的综合分析。

1 继电保护设备状态检修基本原理

1.1 设备故障发展过程的研究分析

设备故障有一个发展的过程，不是瞬间出现的，一般可分为3个时期：正常状态、存在异常但不存在功能的状态、功能故障状态。

图1 设备故障发展过程示意图

如图1所示，开始阶段设备状态较平稳，一段时间后到A点状态开始下降，到F点发展为功能故障，F点之前的状态，即为潜在故障状态。Ta为从潜在故障发展到功能故障的间隔期，Tc为检修检测的间隔期。由图1可知，Tc只有小于Ta时才可能在功能故障发生前检测到潜在故障。

1.2 状态检修的定义

状态检修可定义为:在设备状态监测的基础上, 根据监测和分析诊断的结果科学安排检修时间和项目的检修方式。它有3层含义: 设备状态监测、设备诊断、检修决策。状态监测是状态检修的基础，设备诊断是以状态监测为依据。状态检修内容不仅包括在线监测与诊断还包括设备运行维护、带电检测、预防性试验、故障记录、设备管理、设备检修等工作, 最后综合设备信息、运行检修等方面信息作出检修决策。

表1 近5年微机保护缺陷统计表

2 变电站继电保护设备状态检修实现

2.1 继电保护设备状态检修的基本思路

继电保护状态检修策略有3个组成部分：实际状态信息的采集、设备状态诊断方法和状态检修策略应用。采集实际状态信息是整个系统的输入，而输出为检修策略的应用，而状态检修策略的核心内容是状态分析诊断模型的合理确立，即如何科学合理建立继电保护设备状态评估体系。

2.2 继电保护设备状态监测

状态检修的基础是设备状态监测。站内二次设备的状态监测可用直流回路绝缘监测方法对直流回路绝缘进行监测包括直流动力、操作及信号回路绝缘良好、回路完整性；利用TV、TA的断线监测交流测量系统，包括TV、TA二次回路绝缘良好、回路完整等;逻辑判断回路和软件功能监测;二次保险熔断报警等。与一次设备不同的是二次设备的状态监测对象不用过分依靠传感器。因此，电气二次设备的离线检测数据也是状态监测与诊断的依据。

2.3 继电保护设备状态评估体系

继电保护设备状态评估体系需要以下几个关键指标。

(1)设备正确动作率

(1)

其中，m表示保护设备正确动作次数；n表示评价周期内保护动作次数。由于保护不正确动作对于装置运行具有十分重要影响，因此在评估周期内，只要出现一次不正确动作，则设定为

f(a)=0

(2)设备故障率

继电保护设备故障主要包括保护装置故障、外部配套装置故障、自动装置故障、交直流系统以及通讯总控系统故障。对所在班组管辖的保护设备近5年微机保护在运行和定校中发现的缺陷进行统计，所在的班组负责乐山局23座35 kV及以上变电站，其中220 kV变电站5座，110 kV变电站17座，35 kV变电站2座，数量约占全局变电站数量一半。各类设备缺陷统计如表1所示，可得出以下结论。①在微机成套保护上发现的缺陷相对较少，而其辅助装置(包括收发信机、电压切换箱、操作箱等)、其他二次回路及元件上缺陷较多；②在微机保护本体中模拟量、开关量输入及出口部分的缺陷较少，而电源及主机部分的缺陷较多；③微机保护的缺陷次数，并非完全随保护数量的增多而成比例上升，而主要取决于新投产设备的产品质量及安装质量。

根据以上分析，设定保护设备故障率为

(2)

其中，m表示在一个设备评价周期内，保护设备故障即出现缺陷的次数；n表示一个评价周期内的天数，设定n=10。

对于设备缺陷可分为危急、严重、一般3类缺陷，而每一类缺陷，由于重要程度不同权重系数也不同。设定对一般缺陷，出现一次计为1；对严重缺陷，出现一次计为2；对危急缺陷：出现一次计为3。对于在一个评价周期内，同一保护装置累发生2次类似缺陷时，再增加一个2的系数相乘，发生3次，再增加一个3的系数相乘，发生4次后，就直接对保护进行一次检修。

(3)缺陷处理率

缺陷处理率是指一个评价周期内一个设备缺陷处理率。

(3)

其中，m表示在一个设备评价周期内，保护设备处理好的缺陷数；n表示一个评价周期内所有缺陷数。对于不同类别的缺陷，加权系数不同。对一般缺陷，加权系数为1；对严重缺陷，加权系数为1.2；对危急缺陷，加权系数为1.5。

(4)设备运行服役率

根据微机保护设备全寿命管理规定，微机继电保护装置从投运到报废，使用期限一般为10～12年，因此设定为

(4)

其中，m表示在设备服役周期年数，从设备生产日期算起；n为设备服役规定最长周期，设定n=12。

以上4个指标构成了继电保护设备状态评估体系。设某一设备状态评价总分为100分，其中正确动作率分值为30分，设备故障率分值为30分，缺陷处理率为30分，设备运行服役率为10分，则在一个评价周期内的评分公式为

z=30×f(a)+30×(1-f(b))

+30×f(c)+10×f(d)

(5)

通过式(5)计算z最后的分值即为该保护设备状态评价分值。

2.4 检修策略的确定原则

根据分值z将设备分为以下3个状态。

(1)一类状态(正常状态)：z≥90，表示该设备处于正常状态。

(2)二类状态(异常状态)：70

(3)三类状态(临界状态)：z≤70，此类装置一般都是在评价周期内出现了问题，建议此类装置在第2年纳入检修计划，其中分值越低的安排计划检修时间越早。

2.5 状态检修评估周期

根据多年运行检修经验，评估周期可按以下考虑。

(1)220 kV系统保护设备1年1次；

(2)10～110 kV系统保护设备2年1次；

在实际应用中，考虑到电网可靠性，可按电压等级从低到高逐步推广，可先考虑对10 kV、35 kV设备纳入状态检修。

3 状态检修评估系统设计方案

3.1 设备管理模块

设备台帐的滚动修改是试验管理、运行管理、缺陷管理、设备状态分析的基础。设备管理模块进一步规范了设备从变电所、设备间隔、设备组、设备、子设备到相关技术参数之间的层次关系，通过不同权限的设定明确了设备(或部件)新增、更换、调度命名变更等业务职能的分配。设备管理不仅是变电设备状态检修分析系统的基础，同时也为决策层及时把握全局设备分布，适时进行设备技术改造提供了技术支撑。

如图2所示，该图为SG186上的设备管理模块，从图中的信息可以看到设备的型号、生产厂家，投运日期，可以将里面再增设几列内容，包括校验码、软件版本。这些每个班组中的台账信息都有详细记录。

图2 SG186生产管理系统中设备管理部分

3.2 试验管理模块

试验数据是设备状态量信息中的主要数据，试验管理模块实现了设备试验数据信息化管理工作，在整个试验管理中，通过信息系统的管理和约束，形成了从定义、分配、录入到班组、工区、局的三级审核的闭环管理流程，并可以通过流程监控及时把握维护任务的进展情况，及时进行监督和考核。通过试验管理流程的规范化、信息化管理，使乐山供电公司试验管理的透明度得到加强，采集流程周期明显缩短，有效提高了管理效率和管理水平。

3.3 运行管理模块

设备曾经出现的缺陷及目前存在的缺陷是判断设备健康状况的重要判据，缺陷管理模块从变电工区、局生技及调度职能部门、修试厂等各个部门形成闭环管理，具有统计功能(包括同类设备之间的统计)、流程监控及声音提示功能。在SG186系统中分别加入以上几个模块，其中，设备管理和缺陷管理数据用于评估体系计算，而运行管理、试验管理数据用于评估体系参考。

4 继电保护设备状态检修项目

根据以上分析可知自动装置、二次回路缺陷相对较多，而微机保护装置本体缺陷较少。因此实行状态检修后，校验项目重点应从以往保护功能逻辑校验转移至二次回路与辅助设备的检查上。目前乐山供电公司已采用国网四川省电力公司最新的保护年检调试标准卡，如表2所示。从表中可以看出，新的标准卡与以往的标准卡相比，主要是加强对回路(信号回路、保信回路、录波回路、开出量)的检验，而这些检验过去只是在新安装调试时才进行试验。

表2 目前与过去保护年检主要内容比较

5 智能变电站继电保护设备状态检修浅析

5.1 智能变电站的二次设备状态监测

智能变电站因基于强大的网络通信技术使得继电保护设备具有强大的“自检”能力，从而为状态检修的实现提供了良好的基础。智能变电站的继电保护装置二次电流、二次电压输入的方式为光纤以太网传输的数字采样值报文的输入；保护动作出口不再是跳闸、重合闸接点，而是光纤以太网传输的GOOSE开关量信息。装置本身可以对接收的SMV采样值报文进行监视，如有接收中断、丢数据帧、接收数据帧CRC不正确等现象，立即告警SMV采样异常即可；保护投退用软压板控制，不存在传统变电站压板状态监测的困难；由于大量光纤取代电缆，也不再需要回路绝缘状况监测(直流回路除外)。因此二次设备状态监测更为全面、可靠。对智能变电站继电保护装置的状态监测，包括以下方面。

(1)逆变电源监测，包括电源工作环境(温/湿度)、负载情况、工作时间、开关次数、电容曲线等；

(2)以太网通讯口运行情况监测，后台软件用SNMP协议监视各交换机端口状态，包括GOOSE报文和SV报文序号连续性，接收的SMV报文、GOOSE报文速率、误码率统计、是否丢帧丢点、通讯是否中断等；

(3)微机系统自检，如RAM是否出错、看门狗是否动作、装置的重启次数等、装置上电次数统计。

5.2 智能变电站继电保护设备状态检修实现方案

如图3所示，各台继电保护装置的监测信息均汇集到状态监测中心，从而建立起一套继电保护状态检修系统，相关人员在监测中心就能实时监控设备运行状况，并综合分析各项数据监测结果，评估设备健康状况。当设备出现异常信息时候，智能告警决策系统以声光电等多报警形式提示人员制定设备检修方案。

图3 智能变电站状态监测可视系统框架

6 结 论

针对继电保护状态检修工作展开研究，对保护设备缺陷进行分析，建立设备状态检修评估体系，并提出了相应的检修策略，取得了一些创新性成果。最后对智能变电站中二次设备状态检修进行了简要分析。相比传统变电站，智能变电站在实现状态检修方案更有基础以及可操作性，相信随着智能变电站的推广，继电保护设备状态检修将会得到更广泛应用。

[1] 陈钢.变电站电气设备的状态检修和状态监测技术现状及其发展趋势[J].贵州电力，2005(1):15-17.

[2] 黄建华，变电站高压电气设备状态检修的现状及其发展[J].电力系统自动化，2008(2):12-14.

[3] 陈维荣，宋永华，孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状[J].电网技术，2000，24(11):12-17.

[4] 楼凤丹.输变电设备状态检修评估分析软件系统[J].电力设备，2004(2)：10-12.

[5] 郑圣，赵舫.故障信息处理系统中继电保护装置的可靠性研究[J].继电器，2005，33(11):37-39.

[6] 李永丽，李致中，杨维.继电保护装置可靠性及其最佳检修周期的研究[J].中国电机工程学报，2001，21(6):63-65.

[7] 许蜻，王品.电力设各状态检修技术研究综述[J].电网技术，2000(8):48-52.