智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)檢修方法研究

馬昊

摘要：電力二次設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的二次檢修策略多依賴于工作人員經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論依據(jù)，檢修不足檢修過(guò)剩的問(wèn)題頻繁發(fā)生。狀態(tài)檢修是智能變電站二次設(shè)備檢修方式的必然選擇。論文結(jié)合一次設(shè)備狀態(tài)檢修方法和智能變電站二次設(shè)備的特點(diǎn)，提出了智能變電站二次設(shè)備的狀態(tài)檢修方法，并詳細(xì)分析了狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)、故障診斷和狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的各個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1導(dǎo)言

實(shí)現(xiàn)電氣二次設(shè)備狀態(tài)檢修研究，采取先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行二次設(shè)備管理方法的改進(jìn)，完成二次設(shè)備科學(xué)化、制度化以及程序化的狀態(tài)檢修具有以下幾個(gè)方面的實(shí)際意義：

1）有效減輕對(duì)電網(wǎng)的損害，大大減少盲目停電的幾率，提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益；

2）能夠?qū)ο到y(tǒng)故障及時(shí)診斷，協(xié)助電力人員有針對(duì)性的有效排除故障，大大提升供電系統(tǒng)的可靠性；

3）對(duì)電力設(shè)備準(zhǔn)確地進(jìn)行壽命評(píng)估與安全評(píng)價(jià)，確保系統(tǒng)始終在可控范圍內(nèi)。

2 智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

狀態(tài)檢修就是以利用各種傳感技術(shù)和自檢技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，以對(duì)獲得的狀態(tài)信息進(jìn)行全面采集和綜合分析，并結(jié)合二次設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)、檢修的歷史資料、設(shè)備基礎(chǔ)資料、家族性資料等等信息根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況預(yù)測(cè)設(shè)備狀況發(fā)展趨勢(shì)、預(yù)知設(shè)備故障、發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷為重要手段，以進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，制定更加科學(xué)、更加經(jīng)濟(jì)的檢修策略（檢修時(shí)間和檢修項(xiàng)目）為最終目的。智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)范圍就是站控層、間隔層以及過(guò)程層之間的聯(lián)系，如智能組件輸入一致性信息、雙重化合并單元、保護(hù)電流與測(cè)量電流一致性信息、跳閘回路自檢信息、網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)信息、裝置自檢信息等，從而實(shí)現(xiàn)了智能變電站告警及分析決策，為二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修提供了有力的信息基礎(chǔ)。其中主要監(jiān)測(cè)信息包括以下幾個(gè)方面[3]。

2.1 故障錄波信息

故障錄波系統(tǒng)是進(jìn)行電網(wǎng)故障診斷的“黑厘子”，所采集的信息包括電網(wǎng)的模擬量信息、變電站內(nèi)相關(guān)斷路器的狀態(tài)信息、所有保護(hù)裝置的出口跳鬧信息、各種保護(hù)裝置的定值、保護(hù)動(dòng)作事件等，故障錄波器在系統(tǒng)故障時(shí)根據(jù)所設(shè)定的時(shí)間記錄并生成相應(yīng)的故障文件，一般含故障前、故障時(shí)、故障后重合鬧及重合鬧于故障或重合成功的完整過(guò)程。

2.2 綜合報(bào)警信息

變電站故障診斷重點(diǎn)關(guān)注所設(shè)計(jì)的綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)故障報(bào)警信息，主要是通過(guò)故障特征信息推斷相關(guān)故障設(shè)備及故障原因[33]。故障診斷所需告警主要有保護(hù)裝置異常；合并單元異常；測(cè)控裝置異常；幵關(guān)機(jī)構(gòu)異常信號(hào)；交流電源故障；直流電源故障等。

1）IED裝置異常告警

開(kāi)關(guān)智能組件、測(cè)控裝置、保護(hù)裝置以及合并單元四部分是IED裝置的重要組成部分，其工作狀態(tài)信息在二次系統(tǒng)故障診斷中也是最為重要的。

2）斷路器在線監(jiān)測(cè)告警

針對(duì)斷路器及其操作機(jī)構(gòu)，控制回路的工況和主要運(yùn)行參數(shù)，采用斷路器進(jìn)行監(jiān)視，一旦檢測(cè)到異常信號(hào)便立即發(fā)出告警信號(hào)。

3）電源系統(tǒng)告警

直流系統(tǒng)及交流系統(tǒng)是變電站兩種用電源系統(tǒng)，任何電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障均有可能導(dǎo)致變電站內(nèi)部電力設(shè)備功能失效，這需要對(duì)電源告警信息進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.3通信網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)視信息

通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視分為物理連接監(jiān)視、終端監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)配置監(jiān)測(cè)及邏輯連接監(jiān)視。

（1）物理連接監(jiān)視

物理連接與通信協(xié)議無(wú)關(guān)，是反映通信介質(zhì)（如光纖）和網(wǎng)絡(luò)接口的運(yùn)行狀況。因此物理連接監(jiān)視主要是監(jiān)視物理連接的健康狀況。

（2）終端監(jiān)視

在終端內(nèi)植入“軟件傳感器”，通過(guò)終端的自檢能力實(shí)現(xiàn)對(duì)終端運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視。

（3）網(wǎng)絡(luò)配置監(jiān)視

配置錯(cuò)誤或是物理裝S的加入或退出均可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化。因此，從網(wǎng)絡(luò)的角度對(duì)配置進(jìn)行監(jiān)視，若監(jiān)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，則告警信號(hào)立即被觸發(fā)。

（4）邏輯連接監(jiān)視

網(wǎng)絡(luò)分析主機(jī)需要對(duì)變電站內(nèi)基于IEC 61850協(xié)議的通信全過(guò)程進(jìn)行報(bào)文監(jiān)視及詳細(xì)分析，其主要包括MMS通信、GOOSE通信和SV采樣值通信的記錄報(bào)文分析，并給出相關(guān)的分析結(jié)果。

3 故障診斷方法

故障診斷過(guò)程是二次設(shè)備狀態(tài)檢修當(dāng)中最重要的環(huán)節(jié)，故障診斷技術(shù)通過(guò)結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)當(dāng)中儲(chǔ)存大量相關(guān)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，建立在前述的狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行提取，最后以一定的決策方式判斷、推理信息內(nèi)在意義，判斷故障是否存在，如故障存在，進(jìn)一步確定故障出現(xiàn)的位置、原因及其性質(zhì)，得出正確的結(jié)論，對(duì)檢修計(jì)劃進(jìn)行指導(dǎo)[4]。

3.1處理報(bào)警信息：監(jiān)控主站按照?qǐng)?bào)警信息的類型將實(shí)時(shí)信息、歷史信息以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行分類處理。對(duì)保護(hù)的健康水平進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)報(bào)警信息的綜合分析確認(rèn)設(shè)備的狀態(tài)。

3.2 信息確認(rèn)：為確認(rèn)報(bào)警信息的可信度，采用繼電保護(hù)工程師站的控制功能，下發(fā)控制命令至子站保護(hù)裝置進(jìn)行確認(rèn)。

3.3 專家分析系統(tǒng)的構(gòu)建：根據(jù)接收到的保護(hù)裝置報(bào)警信息及其相關(guān)設(shè)備信息，采用一定的推理規(guī)則推理分析，再結(jié)合工作人員的的經(jīng)驗(yàn)對(duì)診斷保護(hù)裝置的異常進(jìn)行推斷。這種分析過(guò)程采用數(shù)學(xué)表達(dá)式無(wú)法描述，而運(yùn)用計(jì)算機(jī)人工智能能夠?qū)μ幚磉@類問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)行模擬，在融合人的經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)具備一定的學(xué)習(xí)能力。

3.4故障診斷定位

1）對(duì)報(bào)警報(bào)文進(jìn)行分析；

2）二次設(shè)備故障點(diǎn)的定位，采用保護(hù)工程師站對(duì)保護(hù)裝置的硬件、運(yùn)行參數(shù)以及二次回路的狀態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

3）二次設(shè)備故障點(diǎn)性質(zhì)分析，通過(guò)多對(duì)保護(hù)裝置、相關(guān)保護(hù)以及電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)綜合分析故障點(diǎn)性質(zhì)。

3.5知識(shí)庫(kù)建立

3.5.1規(guī)則庫(kù)：規(guī)則庫(kù)是指推理規(guī)則診斷的依據(jù)，如下為幾種類型的規(guī)則：

1）廠站系統(tǒng)的復(fù)位啟動(dòng)

2）廠站報(bào)文的誤發(fā)

3）二次系統(tǒng)交流回路異常

4）直流系統(tǒng)電壓異常

3.5.2資料庫(kù)

1） 靜態(tài)資料庫(kù)：圖紙、說(shuō)明書(shū)及其保護(hù)配置。

2） 動(dòng)態(tài)資料庫(kù)：設(shè)備缺陷、運(yùn)行定值、運(yùn)行狀態(tài)及其相關(guān)的跳閘邏輯。

3） 運(yùn)行資料庫(kù)：保護(hù)裝置動(dòng)作歷史記錄及其行為評(píng)價(jià)，歷史告警信息報(bào)文，設(shè)備故障時(shí)的啟動(dòng)情況。

4） 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：自檢報(bào)警過(guò)程中對(duì)保護(hù)裝置的運(yùn)行情況的影響及其處理方式，對(duì)故障診斷、校核自檢報(bào)文可信度記錄。

4.二次設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

目前已有大量文獻(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究分析，但由于我國(guó)的電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)起步較晚，其研究仍還處于摸索階段。

4.1層次分析法

由于層次分析法具有將定性和定量分析結(jié)合、所需定量數(shù)據(jù)信息較少、便于理解、系統(tǒng)化等優(yōu)點(diǎn)，合適于確定狀態(tài)評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)權(quán)重。

4.2設(shè)備評(píng)分法

國(guó)內(nèi)通過(guò)首先在電網(wǎng)內(nèi)部推行《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》以及主要電氣設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則促進(jìn)狀態(tài)檢修的進(jìn)程推進(jìn)。根據(jù)該導(dǎo)則規(guī)定，由部件評(píng)價(jià)和整體評(píng)價(jià)兩部分組成設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)。

4.3模糊評(píng)價(jià)法

模糊評(píng)價(jià)法是將模糊數(shù)學(xué)以及模糊統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用到設(shè)備的評(píng)價(jià)過(guò)程當(dāng)中，綜合考慮評(píng)價(jià)設(shè)備的各個(gè)影響因素，通過(guò)模糊評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)化處理設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)后，得出隸屬度向量，對(duì)所有的評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度向量進(jìn)行合成，最終得到設(shè)備的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

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