繼電保護(hù)狀態(tài)檢修信息系統(tǒng)構(gòu)建

摘 要：隨著電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)運行技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)安全運行將更多取決于保護(hù)及二次回路控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。同時由于眾多二次設(shè)備需要檢修，原來的計劃檢修機(jī)制已經(jīng)不適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展要求，就需要一種新的設(shè)備檢修機(jī)制，即設(shè)備狀態(tài)檢修機(jī)制。本文根據(jù)設(shè)備狀態(tài)檢修機(jī)制發(fā)展歷程，以及原繼電保護(hù)計劃檢修存在的弊端進(jìn)行歸納，提出一種繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)從狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷、檢修決策、專家輔助等子系統(tǒng)進(jìn)行分析。同時本文也對狀態(tài)檢修目前存在關(guān)鍵注意點總結(jié)，在繼電保護(hù)狀態(tài)檢修未來的前景在技術(shù)上作一些展望。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)檢修 計劃檢修 狀態(tài)監(jiān)測 分析診斷 檢修決策

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0008-02

隨著電網(wǎng)容量的不斷增大和用戶對供電可靠性要求的日益提高，電力設(shè)施檢修管理的重要性日益突出。如何采用合理的檢修策略，運用高科技手段，采取最佳檢修方式，抓住最佳檢修時機(jī)，保證設(shè)備安全運行，提高設(shè)備運行的可靠性，成為電力行業(yè)越來越重視的問題。

1970年美國杜邦公司首先提出了“在普遍掌握設(shè)備概況的基礎(chǔ)上，確定極少數(shù)狀況不好的設(shè)備實施檢修”的狀態(tài)檢修基本思想。其基本思想是以設(shè)備的狀態(tài)響應(yīng)為基礎(chǔ)，通過對設(shè)備的連續(xù)性觀測并綜合其它因素，識別設(shè)備已有的或正在發(fā)生的或潛在的的設(shè)備性能劣化現(xiàn)象，對設(shè)備狀態(tài)做出合理的評估，確定設(shè)備最佳檢修時機(jī)。狀態(tài)檢修的目的是減少設(shè)備停運時間，提高設(shè)備可靠性和可用系數(shù)，延長設(shè)備壽命，降低運行檢修費用，改善設(shè)備運行性能，提高經(jīng)濟(jì)效益。

為了推進(jìn)我國設(shè)備狀態(tài)檢修工作的開展，1987年國務(wù)院頒發(fā)了《全民所有制工業(yè)交通企業(yè)設(shè)備管理條例》，指出“企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采用先進(jìn)的設(shè)備管理方法和維修技術(shù)，采用以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的設(shè)備維修方法，不斷提高設(shè)備管理和維護(hù)技術(shù)現(xiàn)代化水平”等。隨后各電力公司相繼頒發(fā)設(shè)備狀態(tài)檢修條例、制度、規(guī)程等，如2001年國家電力公司頒發(fā)《火力發(fā)電廠實施設(shè)備狀態(tài)檢修的指導(dǎo)意見》等。

1 傳統(tǒng)計劃檢修體制弊端

根據(jù)DL/T995-2006《繼電器保護(hù)和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程》的規(guī)定，微機(jī)保護(hù)部分檢驗周期為2～3年，全部檢驗周期為6年，這說明目前保護(hù)定期檢修體制主要實行以預(yù)防性檢修為主的計劃檢修體制。長期以來該定期檢修方式為供電可靠性做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，并且從維護(hù)設(shè)備的正常運行角度看，有利于消除設(shè)備的隱含故障或缺陷。

不難看出，這種該體制一般采取定期維護(hù)形式，檢修項目、工期安排、檢修周期均由管理部門根據(jù)相應(yīng)的規(guī)程或經(jīng)驗確定，而不管設(shè)備的實際運行狀況，都必須一律“到期必檢”。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)備劇增，該定期計劃檢修體制呈現(xiàn)出弊端，主要表現(xiàn)在如下方面。

（1）計劃檢修必須有大量的人力、物力投入。到目前，我局110kV以上的變電站有170于座，平均每座變電站按照10套計算，共有1700套保護(hù)需要定檢。根據(jù)規(guī)程，微機(jī)保護(hù)部分檢驗周期2～3年。按照每年需要部分檢驗的微機(jī)保護(hù)數(shù)量500于套/年。這類工作必須要3人，每年必須6以上人員每天進(jìn)行常規(guī)的保護(hù)檢驗，同時必須要求一次設(shè)備停電配合，也需要運行人員倒閘操作配合。因此，按照規(guī)定的檢驗周期要求完成保護(hù)檢驗是極其困難的。

（2）計劃檢修必然導(dǎo)致部分運行狀況較好的設(shè)備周期性停運，降低了設(shè)備利用率和增加不必要的檢修費用，而對一些存在缺陷、需要及時檢修的設(shè)備得不到檢修，降低了設(shè)備運行的安全可靠性，甚至到事故發(fā)生后才得到檢修，擴(kuò)大了經(jīng)濟(jì)損失。

（3）頻繁的停送電操作，客觀上增加了誤操作的機(jī)率。同樣，經(jīng)常性的檢修工作，使檢修人員人身安全的壓力無形增大，不良現(xiàn)場檢修條件和落后的檢修工藝導(dǎo)致設(shè)備損壞的概率加大，增加了檢修過程中產(chǎn)生新的設(shè)備隱患的可能性。甚至有時會把好的設(shè)備檢修壞，變成“勞而無功，勞而有過”的局面。

（4）大量設(shè)備的定期檢修，已不可能使每項作業(yè)安排在合適的自然環(huán)境期間內(nèi)進(jìn)行，而不良環(huán)境對設(shè)備檢修的影響，會使檢修質(zhì)量達(dá)不到應(yīng)有的效果。顯然計劃檢修實際上具有一定程度上的“盲目性”，使得計劃檢修效率不高，反而降低勞動生產(chǎn)率。

（5）如果在某一時期有為數(shù)較多的設(shè)備同時投運，在今后的計劃檢修中將導(dǎo)致一定時間內(nèi)檢修工作量劇增，按照設(shè)備檢修規(guī)程要求去執(zhí)行每項工作，將使設(shè)備所需要停電時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)調(diào)度所能安排的停電時間，此矛盾造成很多檢修內(nèi)容難以執(zhí)行，影響檢修質(zhì)量。

2 狀態(tài)檢修的優(yōu)點

繼電保護(hù)狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)的設(shè)備檢修管理機(jī)制，是電力系統(tǒng)日益發(fā)展在繼電保護(hù)日常維護(hù)領(lǐng)域的表現(xiàn)。狀態(tài)檢修可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，依據(jù)設(shè)備故障的程度而采取不同的檢修方案，并合理安排時間及項目檢修工期，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。繼電保護(hù)狀態(tài)檢修具有如下優(yōu)點。

（1）有利于及時發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的故障，并能準(zhǔn)確地定位故障點，為檢修工作提供明確的目標(biāo)。

（2）延長了傳統(tǒng)的機(jī)械的定檢周期，減少過度檢修或不恰當(dāng)檢修造成的裝置損壞以及檢修期間人為造成的保護(hù)誤動事故。

（3）提高繼電保護(hù)裝置投入使用率，減少不必要的停電，節(jié)省大量的人力和物力。

（4）提高電力系統(tǒng)調(diào)度和運行管理水平，提高處理電力系統(tǒng)事故的快速反應(yīng)能力，提高電力的供電可靠性。

（5）適應(yīng)電網(wǎng)一次設(shè)備狀態(tài)檢修體系推廣。

3 狀態(tài)檢修的基本思想

狀態(tài)檢修是以設(shè)備當(dāng)前的實際工作狀況為依據(jù)，通過高科技狀態(tài)監(jiān)測手段，識別故障的早期征兆，對故障部位、故障嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢做出合理判斷，從而確定設(shè)備部件的最佳檢修時機(jī)，其決策流程如下。

步驟1：在線監(jiān)測觀察記錄設(shè)備的狀態(tài)。

步驟2：對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷、預(yù)測，確定設(shè)備有無故障及缺陷。若無故障轉(zhuǎn)到步驟1，有繼續(xù)下一步。

步驟3：將預(yù)測的設(shè)備故障個數(shù)、設(shè)備的可靠性，以及故障發(fā)生可能的損失等數(shù)據(jù)作為依據(jù)，判斷故障設(shè)備的嚴(yán)重程度，確定設(shè)備是否需要檢修。如需要則制定檢修方案，若不需要轉(zhuǎn)到步驟2。

步驟4：根據(jù)設(shè)備故障的程度大小，制定設(shè)備狀態(tài)檢修方案，決定最優(yōu)檢修時間點檢修項目及工期。

從上述設(shè)備狀態(tài)檢修的基本思想流程和決策流程可知，狀態(tài)檢修的本質(zhì)就是在電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷，并按最終結(jié)果科學(xué)安排最優(yōu)檢修時間點、檢修項目及工期，從而構(gòu)成保護(hù)狀態(tài)檢修系統(tǒng)?？梢钥闯觯瑺顟B(tài)檢修主要包括三方面子系統(tǒng)。

（1）保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)。

（2）保護(hù)設(shè)備分析診斷子系統(tǒng)。

（3）保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修決策子系統(tǒng)。

狀態(tài)監(jiān)測是設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)；設(shè)備診斷是以狀態(tài)監(jiān)測為依據(jù)，綜合設(shè)備歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合專家分析系統(tǒng)、風(fēng)險度評估系統(tǒng)等輔助方法來判斷設(shè)備的健康狀況；設(shè)備檢修決策建立在兩者的基礎(chǔ)上，通過不斷的比較、優(yōu)化，使設(shè)備的檢修具有最大的可靠性和最低成本消耗。

3.1 保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)

狀態(tài)監(jiān)測是保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。為此必須建立保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能。

（1）實時對保護(hù)設(shè)備及相關(guān)回路環(huán)節(jié)的接口監(jiān)測、信息采集。主要實現(xiàn)裝置、相關(guān)二次回路、跳合閘等關(guān)鍵信息的采集，如保護(hù)的電流、電壓大小及相角、功率方向、差動保護(hù)各側(cè)電流相位及差流等，這是繼電保護(hù)實現(xiàn)狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。

（2）及時完成各接口設(shè)備之間信息傳輸。主要采用抗干擾的光纖作為媒介進(jìn)行傳輸。

（3）準(zhǔn)確對監(jiān)測信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成分析、管理。主要應(yīng)用在保護(hù)連接片變位時產(chǎn)生報文管理；實時對保護(hù)運行定值進(jìn)行核對；保護(hù)裝置自檢及硬件異常報警管理；及時準(zhǔn)確完成在系統(tǒng)有故障時將故障時間、故障類型、故障相別、測距等自動上傳管理；操作回路異常告警管理等。

3.2 保護(hù)設(shè)備分析診斷子系統(tǒng)

要對保護(hù)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，必須具備如下條件。

（1）數(shù)據(jù)庫的建立。該庫的數(shù)據(jù)主要來源于3.1保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

（2）知識庫的建立。該庫的知識具有對設(shè)備運行狀態(tài)分析與預(yù)測故障的作用，如保護(hù)設(shè)備的有關(guān)配置標(biāo)準(zhǔn)、檢驗規(guī)程、技術(shù)導(dǎo)則、保護(hù)設(shè)備在歷年來呈現(xiàn)的故障概率、平時收集的相關(guān)專家分析的文獻(xiàn)及經(jīng)驗。保證生產(chǎn)管理系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)管理等、參數(shù)、試驗數(shù)據(jù)正確。

（3）保護(hù)預(yù)警功能?？梢詫崿F(xiàn)保護(hù)及二次回路報警，如核對保護(hù)運行定值發(fā)現(xiàn)錯誤及時報警、保護(hù)裝置自檢及硬件異常報警、操作回路異常告警等。

（4）繼電保護(hù)現(xiàn)場缺陷分析庫建立。如類似設(shè)備平時出現(xiàn)缺陷要進(jìn)行總結(jié)分類，建立缺陷分析庫為設(shè)備分析診斷作參考。

3.3 保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修決策子系統(tǒng)

保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修決策子系統(tǒng)是在上述分析診斷子系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備檢修決策，查找故障點，確定設(shè)備檢修的時間、檢修工期。故障點的確定可以由以下步驟進(jìn)行。

（1）分析數(shù)據(jù)及異常報警報文。

（2）根據(jù)監(jiān)測到保護(hù)裝置硬件、運行定值、二次回路、設(shè)備運行參數(shù)的變化，查找故障點的位置。

（3）再根據(jù)保護(hù)運行狀況結(jié)合電網(wǎng)的運行相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步分析故障點的性質(zhì)。

確定了故障點及性質(zhì)后把需要進(jìn)行檢修的保護(hù)等情況制定檢修方案、填寫檢修申請單，向生產(chǎn)管理系統(tǒng)送到相關(guān)部門審核批復(fù)后，立即根據(jù)批復(fù)方案進(jìn)行檢修。

3.4 保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修輔助決策子系統(tǒng)

檢修輔助決策子系統(tǒng)由專家分析系統(tǒng)、風(fēng)險度評估系統(tǒng)等多系統(tǒng)組成。根據(jù)保護(hù)裝置及二次回路的報文信息，利用推理規(guī)則進(jìn)行推理分析，同時結(jié)合經(jīng)驗進(jìn)行推斷來確定設(shè)備可能出現(xiàn)的故障部位。如以下依據(jù)可以作為診斷設(shè)備參考[1]。

（1）同一變電站大部分設(shè)備及不同類型報文產(chǎn)生時間小于100ms為復(fù)位啟動。

（2）同一變電站的同一保護(hù)裝置II、III段、重合閘等動作時間小于10ms為保護(hù)誤發(fā)報文。

（3）同一變電站的同一保護(hù)裝置自檢報文兩個以上動作或復(fù)歸時間小于10ms為保護(hù)誤發(fā)報文。

（4）同一變電站的同一電壓等級的保護(hù)裝置兩個及以上裝置報PT短線大于100ms為系統(tǒng)交流回路異常等等。

建立一個專家推理規(guī)則系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，為了充分發(fā)揮檢修輔助決策子系統(tǒng)，還需要建立推理所需要的知識規(guī)則庫，并具有自學(xué)完善等人工智能功能，這方面的工作需有待于繼續(xù)開發(fā)和探索。

3.5 處理好狀態(tài)檢修與計劃檢修的關(guān)系

推行狀態(tài)檢修并不是否定原來的計劃檢修作用。面對眾多設(shè)備需要檢修，就有一種適應(yīng)該形式的檢修機(jī)制，而狀態(tài)檢修是對設(shè)備在受控狀態(tài)下進(jìn)行的有計劃的檢修，只不過它“計劃”的依據(jù)不是時間而是所掌握的對象設(shè)備的狀態(tài)。一方面從定期檢修轉(zhuǎn)變到狀態(tài)檢修要有一個循序漸進(jìn)的過程；另一方面對那些在現(xiàn)有條件下無法準(zhǔn)確預(yù)知設(shè)備狀態(tài)或者要付出高額代價的項目，一般仍宜采用傳統(tǒng)的定期檢修和故障檢修方式。

3.6 狀態(tài)檢修組織機(jī)構(gòu)的建立

推行狀態(tài)檢修實施首先要在現(xiàn)有組織機(jī)構(gòu)上進(jìn)行，明確決策、管理、執(zhí)行各層的責(zé)任。對應(yīng)三個小組。

（1）領(lǐng)導(dǎo)小組：全面負(fù)責(zé)保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的組織、計劃、決策、落實、指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和檢查。

（2）工作小組：根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)、報文等信息決定設(shè)備檢修的具體準(zhǔn)確時間點、檢修項目及工期。

（3）診斷小組：承擔(dān)設(shè)備狀態(tài)檢修的日常工作，對設(shè)備進(jìn)行分析、診斷。

在狀態(tài)檢修工作中發(fā)現(xiàn)問題，診斷小組必須立即進(jìn)行相關(guān)設(shè)備異常分析，提交設(shè)備狀態(tài)報告和初步檢修建議，工作小組匯總初步信息和建議后，進(jìn)行綜合分析，同時參考專家系統(tǒng)的建議，將得出的綜合檢修方案報領(lǐng)導(dǎo)小組進(jìn)行檢修決策，隨著技術(shù)的逐步發(fā)展，工作小組和診斷小組的工作大部分可由計算機(jī)完成。

3.7 狀態(tài)檢修必須關(guān)注的問題

保護(hù)實施狀態(tài)檢修必須重點關(guān)注以下問題。

（1）建立基于狀態(tài)檢修的數(shù)據(jù)庫，分析保護(hù)設(shè)備的可靠性、可用率、生命周期等關(guān)鍵指標(biāo)。

（2）廣泛運用各種在線監(jiān)測系統(tǒng)、在線溫度監(jiān)測技術(shù)、智能操作回路等，劃分保護(hù)系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)，確保被監(jiān)測設(shè)備不存在“盲點”。

（3）建立基于設(shè)備狀態(tài)檢修的缺陷分析庫、事故分析案例庫等，必要時采用分類、分層、分區(qū)等方法總結(jié)同類設(shè)備長期存在的隱患重點區(qū)域。

（4）通過對采用智能存在板、程序化功能自動測試手段將保護(hù)的檢驗盡量配合斷路器檢修時進(jìn)行，減少人為因素對設(shè)備校驗影響。

（5）將對于保護(hù)的檢驗重點從定值復(fù)核、保護(hù)功能邏輯的確認(rèn)上轉(zhuǎn)移到回路與輔助設(shè)備的檢查。

（6）要特別關(guān)注微機(jī)保護(hù)的干擾問題，尤其是開關(guān)站的就地保護(hù)。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的保護(hù)計劃檢修逐步向狀態(tài)檢修方式過度，是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。保護(hù)狀態(tài)檢修的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的實時采集，也就是整個系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)的輸出則是狀態(tài)檢修決策，兩者之間始終由保護(hù)設(shè)備分析診斷子系統(tǒng)貫穿，是狀態(tài)檢修的核心。如何科學(xué)安排最優(yōu)檢修的準(zhǔn)入時間點、檢修項目及工期成為長期困擾實際應(yīng)用的難點。隨著繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，如數(shù)字化變電站技術(shù)應(yīng)用，新的要求將持續(xù)推動繼電保護(hù)狀態(tài)檢修的進(jìn)步。目前繼電保護(hù)狀態(tài)檢修還存在許多困難，存在許多不足之處，整個工作需要進(jìn)行完善。

（1）監(jiān)測手段和監(jiān)測裝置需要不斷完善，目前實施狀態(tài)檢修的設(shè)備還未真正獲取設(shè)備狀態(tài)的信息，必須有待加強(qiáng)。

（2）處于核心地位的分析診斷子系統(tǒng)還比較簡單，存在大部分工作需要人工判斷，判斷的結(jié)果顯然存在不準(zhǔn)確情況，導(dǎo)致設(shè)備最佳檢修時間點不理想。該子系統(tǒng)必須綜合輔助系統(tǒng)，如專家分析系統(tǒng)等進(jìn)行判斷，需要逐步分階段完善。

（3）目前大多數(shù)變電站還采用常規(guī)的二次設(shè)備，設(shè)備需要進(jìn)行模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的微機(jī)處理設(shè)計和制造，如保護(hù)裝置、故障錄波裝置等，設(shè)備之間的聯(lián)系需要使用高速網(wǎng)絡(luò)通信。將常規(guī)的二次設(shè)備轉(zhuǎn)變成具有邏輯功能的模塊化以及高速通信網(wǎng)絡(luò)化也需要一定時間才能完善。

（4）繼電保護(hù)狀態(tài)檢修作為一種新型的檢修機(jī)制，是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。該工作涉及到管理的各方面，需要從設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、驗收、檢修等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程的管理，做好設(shè)備初始狀態(tài)數(shù)據(jù)管理，該管理工作各環(huán)節(jié)需要長時間宣貫。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實用技術(shù)問答[M].中國電力出版社，1999.

[2]State power Dispatch Communication Center of China.The Applied Technology of Power System Relay Protection [M].Beijing：China Electric Power Press，1999.