繼電保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)量化評估方法研究

李寧波，徐之文，張映鴻，黃少先

（1.華南理工大學(xué)，廣東廣州 510641；2.長沙電業(yè)局，湖南長沙 410015）

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)的快速發(fā)展，未來電網(wǎng)的安全運(yùn)行將更多地取決于繼電保護(hù)等二次設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性[1]。如何準(zhǔn)確地評價(jià)繼電保護(hù)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)開展及時(shí)地校驗(yàn)維護(hù)，都對電力系統(tǒng)的健康運(yùn)行與發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，繼電保護(hù)等二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)方法仍以定性為主，量化評估應(yīng)用得并不多。定性法對設(shè)備投運(yùn)前的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)質(zhì)量、施工質(zhì)量等定性描述的參量，應(yīng)采用專家調(diào)查的形式，給出評價(jià)狀態(tài)參量的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，制作調(diào)查表，由專家確定各個(gè)狀態(tài)參量的劣化度。同時(shí)可考慮專家意見以及電網(wǎng)決策和運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)，將狀態(tài)參量信息的優(yōu)劣等級(jí)量化為0～1中的4個(gè)數(shù)值[2]。

由于在狀態(tài)評價(jià)中，不同的評價(jià)參量反映設(shè)備健康狀況的方式和程度存在差別。比如，定性評價(jià)參量和定量評價(jià)參量的評價(jià)方式就有著本質(zhì)的區(qū)別，不同的定量評價(jià)參量具有各自的量綱和數(shù)量級(jí)等，同時(shí)各參量的重要性也不盡相同。因此，設(shè)備的各類參量信息難以得出直接影響設(shè)備狀態(tài)評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。

本文在構(gòu)建繼電保護(hù)裝置狀態(tài)評價(jià)參量模型的基礎(chǔ)上，利用劣化度模型和層次分析法對參量信息進(jìn)行統(tǒng)一的量化處理和整合，從而形成一套完整的繼電保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)的量化評估方法，力求全面、真實(shí)地反映繼電保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)。

1 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)量化評估方法和模型

對繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行量化評估的主要任務(wù)包括：選擇表征設(shè)備狀態(tài)信息的參量、制定表征參量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并設(shè)計(jì)量化方法、整合各參量量化值并計(jì)算評估結(jié)果等。本文依據(jù)以上任務(wù)要求，研究并設(shè)計(jì)了繼電保護(hù)裝置狀態(tài)量化評估方法，如圖1所示。

圖1 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)量化評估流程和方法

按照全過程、系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合的原則，結(jié)合繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行管理特點(diǎn)，主要從投產(chǎn)驗(yàn)收、設(shè)備配置、缺陷情況、故障情況、檢修記錄、試驗(yàn)記錄等信息中[3-5]，選取能夠全面、合理反映裝置運(yùn)行狀態(tài)的特征參量，建立繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量模型，如圖2所示。

圖2 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量模型

由上文可知，建立狀態(tài)參量模型是設(shè)備狀態(tài)量化評估的核心內(nèi)容。準(zhǔn)確地建立繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量模型，才能有效地開展?fàn)顟B(tài)參量的量化評估和權(quán)重計(jì)算等設(shè)備量化評估步驟。

2 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量的量化評估

繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)參量分為定量評價(jià)和定性評價(jià)兩類。本文提出利用劣化度計(jì)算方法對各類狀態(tài)參量進(jìn)行統(tǒng)一量化評估，使得各參量的信息直觀可比。

2.1 狀態(tài)參量的量化評估

相對劣化度是反映設(shè)備狀態(tài)由良好向故障轉(zhuǎn)化程度的指標(biāo)，數(shù)值介于[0，1]之間。0表示設(shè)備處于完全良好狀態(tài)；1 表示設(shè)備處于劣化較為嚴(yán)重的狀態(tài)。

如果狀態(tài)參量i 的良好值為C0，Cm（Cmax或Cmin）為注意值，Ci為實(shí)測值，則狀態(tài)量的相對劣化度定義為：

其中：Ii為狀態(tài)參量i 的相對劣化度，F(xiàn) 為劣化函數(shù)[6]。

（1）對于數(shù)值越小越優(yōu)型參量如裝置缺陷率、裝置運(yùn)行時(shí)間等，使用公式：

式（2）中k為參量變化對設(shè)備狀態(tài)的影響程度，為方便計(jì)算可取為1。

（2）對于數(shù)值越大越優(yōu)型參量，如裝置正確工作率、家族無故障時(shí)間等，使用公式：

具體計(jì)算與越小越優(yōu)型相同。

2.2 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量劣化度計(jì)算模型

在建立狀態(tài)參量模型并提出參量劣化度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，本文根據(jù)電網(wǎng)二次設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行考核標(biāo)準(zhǔn)，確定各狀態(tài)參量的正常值和注意值，從而固化繼電保護(hù)裝置的劣化度計(jì)算模型，如表1所示。

表1 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量劣化度計(jì)算的相關(guān)參數(shù)

3 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量的權(quán)重計(jì)算

設(shè)備各參量在評估過程中所起的作用不同，應(yīng)根據(jù)各自的重要程度客觀、準(zhǔn)確地分別賦予權(quán)重。本文采用層次分析法，對各參量的重要性進(jìn)行比較和計(jì)算，得出參量的權(quán)重值[7]。該方法的基本步驟如下。

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型

首先，定義模型最高層為繼電保護(hù)裝置狀態(tài)評價(jià)結(jié)果，中間層為投運(yùn)前狀況等5 類參量類型，最低層為參量模型中的各狀態(tài)參量。

（2）構(gòu)造判斷矩陣

其次，利用1-9標(biāo)度法對（1）中確定的同一層元素zn進(jìn)行兩兩比較評分，即計(jì)算兩者比例zij，并建立判斷矩陣：

（3）求取特征向量

利用和積法或方根法，求取判斷矩陣的特征向量，即為該層元素的權(quán)重值。式（6）中wi為所求特征向量的近似解：

（4）一致性檢驗(yàn)

計(jì)算結(jié)果是否合理，需要檢驗(yàn)判斷矩陣元素的一致性，判斷方法如下所示：

如果CI值越大表明判斷矩陣偏離完全一致性的程度越大，需重復(fù)第2 步，重新進(jìn)行比較評分，直至通過一致性檢驗(yàn)。

4 實(shí)例分析

應(yīng)用上述方法，以某220 kV變電站南瑞繼保RCS-931BM線路保護(hù)裝置2011年的運(yùn)行狀態(tài)信息為依據(jù)，開展繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)量化評估工作。該裝置2011 年度的運(yùn)行狀態(tài)信息主要包括：發(fā)生1 次一般缺陷、2 次家族性缺陷、1 次通道異常和1次人為改動(dòng)。

根據(jù)表1 所示繼保裝置狀態(tài)參量劣化度計(jì)算模型中的正常值、注意值，對該裝置各狀態(tài)參量的實(shí)際運(yùn)行信息進(jìn)行量化評估，確定參量的劣化度；再通過層次分析法確定繼保裝置各層元素的權(quán)重；最終加權(quán)確定裝置的總劣化度，即裝置狀態(tài)量化評估結(jié)果。

該裝置2011年度的運(yùn)行狀態(tài)信息、基于層次分析法確定的參量權(quán)重以及各參量的劣化度計(jì)算值，如表2所示。

由評估結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)該裝置存在以下問題。

（1）總劣化度為0.071，接近0。依此推斷，該繼保裝置處于非常良好的運(yùn)行狀態(tài)。從表2 可以發(fā)現(xiàn)包括裝置正確動(dòng)作率在內(nèi)的大部分參量劣化度均為0，運(yùn)行狀態(tài)很好。

表2 繼電保護(hù)裝置狀態(tài)量化評估結(jié)果

（2）該裝置的缺陷情況、家族缺陷情況、通道運(yùn)行情況和人為改動(dòng)因素的劣化度較大，說明裝置有劣化傾向，需引起注意。

通過咨詢相關(guān)實(shí)際運(yùn)行人員，本次量化評估結(jié)果與裝置實(shí)際運(yùn)行狀況基本符合。

5 結(jié)論

本文通過建立繼電保護(hù)裝置狀態(tài)參量模型、狀態(tài)參量劣化度計(jì)算模型，以及狀態(tài)參量的權(quán)重計(jì)算模型，使得繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)量化評估模型的客觀性、準(zhǔn)確性和操作性均得到了提升，量化評估結(jié)果與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的符合也驗(yàn)證了該方法的可行性，為繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備的狀態(tài)量化評估提供了新的思路。同時(shí)該評價(jià)方法中參數(shù)的確定存在著很多人為因素，需要根據(jù)不同設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行條件進(jìn)行調(diào)整，使得評估結(jié)果更加接近實(shí)際情況。

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