變電站二次設(shè)備檢修及維護(hù)分析

李偉明

（國(guó)網(wǎng)江蘇電力有限公司盱眙供電分公司）

0 引言

在電力工業(yè)發(fā)展之初，繼電器得到了廣泛應(yīng)用，為了在電路基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，20世紀(jì)研發(fā)了定期預(yù)防性維修系統(tǒng)，它的應(yīng)用是由以下幾個(gè)缺點(diǎn)引起的：（1）傳統(tǒng)電力式繼電器的機(jī)械元件需要進(jìn)行不定期清理和調(diào)整； （2）大多數(shù)保護(hù)繼電器和自動(dòng)化設(shè)備很少在正常模式下工作，因此在特定時(shí)刻估計(jì)它們的功能比較困難［1-2］。

1 理論分析

1.1 自動(dòng)化設(shè)備分析

在描述模型之前，我們先通過(guò)檢查所有變電站電路的框圖（如圖1所示）來(lái)分析保護(hù)繼電器和自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行以及整個(gè)二次電路系統(tǒng)［3-4］。

圖1 二次回路框圖

（1）模擬電路-A型故障，它們由以下元件組成：電流互感器（CT）、電壓互感器（VT）、二次電纜、端子鉗和保護(hù)繼電器端子的輸入端。（2）邏輯部分-B類(lèi)故障，基于微處理器設(shè)備的邏輯部分包括一個(gè)微處理器和一個(gè)電路板，它們是在半導(dǎo)體元件上構(gòu)造的。（3）輸出電路-C型故障，輸出電路由微處理器終端的輸出繼電器、連接開(kāi)關(guān)器件的電纜和關(guān)斷螺線管組成。（4）電源，保護(hù)繼電器工作的最重要組成部分是不間斷供電，供電方案由蓄電池、充電器、直流板和電源線組成。

1.2 保護(hù)繼電器分析

在上述保護(hù)繼電器框圖及分析故障檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了設(shè)備工作的概率模型。采用雙組件系統(tǒng)（繼電器、電力線）的二部圖來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的，得到的模型如圖2所示。在圖2中反映了組件和保護(hù)的狀態(tài)，組件的狀態(tài)是指它是否在工作，在“組件上”狀態(tài)下，組件在該狀態(tài)下確保功率傳輸；在“組件下”狀態(tài)下，它對(duì)應(yīng)于短路狀態(tài)；狀態(tài)“保護(hù)上”是指在發(fā)生短路的情況下，生產(chǎn)的可用性得到保護(hù)。

圖2 保護(hù)繼電器電路框圖

圖形上，狀態(tài)被分成四個(gè)正方形。第二個(gè)方格代表狀態(tài)“組件向上”和“保護(hù)向上”；第三個(gè)正方形代表“組件上”和“保護(hù)下”；第一個(gè)正方形代表狀態(tài)“組件下”和“保護(hù)上”；第四個(gè)正方形代表“組件下”和“保護(hù)下”。第一個(gè)和第四個(gè)方格被分成兩部分——左邊和右邊，左邊部分包括只有電路受保護(hù)組件不可用的狀態(tài)，即激活保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)；右半部分包括遠(yuǎn)程備份保護(hù)原理下由激活的備用元件引起的停機(jī)狀態(tài)，即負(fù)載限制值大于被保護(hù)元件轉(zhuǎn)換后的負(fù)載限制值的狀態(tài)。

狀態(tài)1為電路正常狀態(tài)，過(guò)渡到狀態(tài)2表示A型故障，這種故障可以通過(guò)恒控方法檢測(cè)到，狀態(tài)3表示A型故障，可通過(guò)周期控制方法檢測(cè)。從狀態(tài)1到狀態(tài)4的過(guò)渡意味著存在B型故障的可能性，可以通過(guò)自檢方法檢測(cè)到。狀態(tài)5包含了類(lèi)型C故障，過(guò)渡到狀態(tài)6有其他故障或A、B、C類(lèi)故障的可能性，且這些故障無(wú)法通過(guò)上述方法檢測(cè)到。從狀態(tài)2、3、4到狀態(tài)7的過(guò)渡是用過(guò)渡率進(jìn)行的，該過(guò)渡率通過(guò)所述方法與維護(hù)頻率相連接。只有在頻繁維護(hù)的情況下，才有可能從狀態(tài)5和6過(guò)渡到狀態(tài)1，狀態(tài)7表示通過(guò)上述方法檢測(cè)到的故障［5］。然而，保護(hù)繼電器端子的故障并不意味著維修的開(kāi)始：通信系統(tǒng)和中央報(bào)警系統(tǒng)必須啟動(dòng)，或者應(yīng)該對(duì)變電站進(jìn)行檢查，以了解維修情況。過(guò)渡到狀態(tài)1對(duì)應(yīng)于保護(hù)恢復(fù)，狀態(tài)1過(guò)渡到狀態(tài)14表示短路，可以在自動(dòng)重合閘后潛在地清除。從狀態(tài)14到狀態(tài)15的過(guò)渡，對(duì)應(yīng)于激活開(kāi)關(guān)的頻率。

狀態(tài)15表示開(kāi)關(guān)關(guān)閉，狀態(tài)15到狀態(tài)1的過(guò)渡速率與自動(dòng)重合閘時(shí)間相關(guān)。狀態(tài)1過(guò)渡到狀態(tài)16表示不可修復(fù)的短路，在開(kāi)關(guān)（16-17）關(guān)閉后，只能以與一次設(shè)備維修時(shí)間成比例的頻率來(lái)清除短路故障。狀態(tài)10表示由于保護(hù)繼電器失效而導(dǎo)致斷開(kāi)的錯(cuò)誤命令，狀態(tài)11表示開(kāi)關(guān)因錯(cuò)誤原因斷開(kāi)。將元件的恢復(fù)速率和保護(hù)繼電器相加，直接恢復(fù)到狀態(tài)1。被保護(hù)元件的短路概率用繼電器故障時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)2、3、4、5、6、7、9到狀態(tài)12來(lái)描述［6］。元件和保護(hù)同時(shí)失效的情況對(duì)應(yīng)于狀態(tài)1過(guò)渡到狀態(tài)12，狀態(tài)12到狀態(tài)13的過(guò)渡適合備用開(kāi)關(guān)裝置斷開(kāi)的時(shí)間。下表給出了從一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)的描述。

表 設(shè)備可靠性基本參數(shù)

考慮到前文所述內(nèi)容，并使用表中的系數(shù)，可以制作一個(gè)維度為18×18的轉(zhuǎn)換矩陣，由于該矩陣尺寸巨大，因此本文沒(méi)有列出。躍遷率的值等于表中的值，i對(duì)應(yīng)于表中起始節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，j對(duì)應(yīng)于結(jié)束節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，jmax對(duì)應(yīng)于矩陣T的列數(shù)。主對(duì)角線上的矩陣元素按式（1）計(jì)算。

則系統(tǒng)在所有18種狀態(tài)下所需的檢測(cè)概率可由式（2）計(jì)算。

公式（2）表示的系統(tǒng)是奇異的，為了解它，最后一個(gè)方程被求和的條件所取代，在所有狀態(tài)中，概率是1。線性方程組的結(jié)果是P列。

2 模型應(yīng)用分析

對(duì)于推導(dǎo)結(jié)果的分析，合理的做法不是單獨(dú)分析每個(gè)狀態(tài)的概率，而是分析一般系統(tǒng)狀態(tài)的總概率。為此，我們挑選了三個(gè)特征：（1）保護(hù)不可用性。保護(hù)不可用表示保護(hù)繼電器和自動(dòng)化在不可用狀態(tài)下的檢測(cè)概率，即圖2中橫軸以下的狀態(tài)2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、18。 （2）組件不可用性。組件不可用是指受保護(hù)組件切換器和備用切換器斷開(kāi)用戶(hù)連接，即具有相當(dāng)大的負(fù)載限制。 （3）異常不可用性。異常不可用表示受保護(hù)組件切換器斷開(kāi)用戶(hù)連接，即僅受保護(hù)組件的相當(dāng)大的負(fù)載限制。

前面說(shuō)過(guò)，微處理器保護(hù)的優(yōu)勢(shì)在于自檢函數(shù)。它是由依賴(lài)模型發(fā)展而來(lái)的，圖3反映了在允許不同階次設(shè)備覆蓋的情況下，自測(cè)函數(shù)（效率分別為0、50%、90%、100%）對(duì)保護(hù)測(cè)試的依賴(lài)關(guān)系Ppu、Peu、Pau?？梢钥闯?，這三個(gè)函數(shù)對(duì)控制周期的依賴(lài)關(guān)系相似，只是絕對(duì)值不同，這可以用一次設(shè)備斷開(kāi)來(lái)解釋。由圖3可知，自檢算法對(duì)保護(hù)繼電器故障的覆蓋程度越大，維護(hù)的必要性越小。

圖3 自行測(cè)試結(jié)果圖

當(dāng)覆蓋率為100%時(shí)，由于設(shè)備故障的檢測(cè)概率不取決于維護(hù)頻率，因此幾乎不存在維護(hù)的必要性。然而，當(dāng)覆蓋不滿(mǎn)時(shí)，不可能說(shuō)不維護(hù)的操作是最佳的。需要對(duì)選項(xiàng)進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較。

無(wú)固定值守人員的變電站運(yùn)行的一個(gè)重要特點(diǎn)是與控制站的連接規(guī)律，這對(duì)繼電保護(hù)的故障信號(hào)傳遞到控制站并獲得故障信息具有重要意義。如果連接被拒絕，檢測(cè)緊急情況的唯一方法就是進(jìn)行檢查，檢查頻率的度量是兩次檢查之間的間隔時(shí)間。根據(jù)圖3的結(jié)果，具有良好連接和故障率很低的設(shè)備幾乎不依賴(lài)于檢查頻率，這就是圖表線不匹配的原因。在連接可靠性較低的系統(tǒng)模擬過(guò)程中，下一個(gè)依賴(lài)關(guān)系可以在這里看到：檢查越少，保護(hù)繼電器故障的檢測(cè)概率越高。

3 結(jié)束語(yǔ)

在本文的研究過(guò)程中，分析了保護(hù)繼電器可靠性的關(guān)鍵問(wèn)題，特別是其對(duì)校準(zhǔn)間隔的依賴(lài)。同時(shí)也指出了現(xiàn)有模型存在的主要缺點(diǎn)，如接線系統(tǒng)丟失、故障劃分不屬于繼電器的確定單元等。所建立的模型吸收了現(xiàn)有模型的優(yōu)點(diǎn)，部分地解決了上述兩個(gè)問(wèn)題。并根據(jù)該模型在無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)繼電器的完全自檢和自動(dòng)化的情況下，進(jìn)行了可靠性評(píng)估。隨著自檢程度的增加，維護(hù)的必要性變得更加不確定。在確定最佳維修周期時(shí)，必須采用符合系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)的優(yōu)化方法。