湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)研制及應(yīng)用

胡 偉，周虎兵，吳 迪，李 鵬，王 晉，王利敏

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司調(diào)度控制中心，湖北 武漢 430077；3.中國電力科學(xué)研究院繼電保護(hù)研究所，北京 100192）

湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)研制及應(yīng)用

胡 偉1，周虎兵2，吳 迪2，李 鵬1，王 晉1，王利敏2

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司調(diào)度控制中心，湖北 武漢 430077；3.中國電力科學(xué)研究院繼電保護(hù)研究所，北京 100192）

為提高湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價工作效率，提高裝置的利用率與可靠性，全面掌握繼電保護(hù)裝置狀態(tài)，研制了湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用巡視數(shù)據(jù)、繼電保護(hù)統(tǒng)計分析及運行管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)中繼電保護(hù)缺陷及動作數(shù)據(jù)對繼電保護(hù)裝置狀態(tài)進(jìn)行評價，生成班組、工區(qū)、地調(diào)以及省調(diào)繼電保護(hù)狀態(tài)評價報告。省檢修公司、武漢公司、宜昌公司和黃岡公司4個變電站的實例應(yīng)用表明該系統(tǒng)能夠正確評價變電站繼電保護(hù)裝置運行狀態(tài)，評價結(jié)果為運維單位制定繼電保護(hù)檢修決策提供依據(jù)，避免漏檢和過度檢修，提高了系統(tǒng)供電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

狀態(tài)評價；狀態(tài)檢修；評價報告；變電站；繼電保護(hù)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的大力發(fā)展，保護(hù)裝置數(shù)量不斷增加，而由于人才培養(yǎng)周期原因使得繼電保護(hù)檢驗人員難以按照裝置增加的規(guī)律而相應(yīng)增加，加上許多線路停電難、停電時間短，造成繼電保護(hù)裝置檢修完成率相對較低，繼電保護(hù)技術(shù)人員長期處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，既影響了保護(hù)裝置檢修質(zhì)量又增加了發(fā)生誤碰、誤接線、誤整定等事故風(fēng)險[1-3]。

目前保護(hù)裝置基本采用定期檢修的方式，保護(hù)裝置的定期檢修雖然試驗項目齊全，可以在檢修期間全面發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，但定期檢修不是根據(jù)設(shè)備的實際運行狀況、單純按規(guī)定時間間隔進(jìn)行檢修的方式，難以及時分析運行中未到檢修時間的保護(hù)裝置存在潛在安全隱患，影響設(shè)備的安全運行和電網(wǎng)的可靠供電[4-5]。與定期檢修相比，狀態(tài)檢修根據(jù)裝置實際運行情況發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷并及時處理，提高了裝置安全運行的可靠性；延長了裝置檢修周期，減少了設(shè)備停電時間和操作次數(shù)，提高了設(shè)備的可用率[6]；提高了裝置檢修的效率，節(jié)約了大量的人力物力。

繼電保護(hù)裝置狀態(tài)檢修策略的制定依賴于設(shè)備狀態(tài)評價結(jié)果，評價結(jié)果的準(zhǔn)確性和及時性對狀態(tài)檢修工作的開展有重要的指導(dǎo)作用。目前，各省公司都在積極開展繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)建設(shè)工作，各省公司結(jié)合自身系統(tǒng)的特點，依據(jù)國網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用依據(jù)數(shù)據(jù)庫的模型構(gòu)建狀態(tài)評價系統(tǒng)。為了提高湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)檢修工作效率，保證狀態(tài)檢修工作的順利開展，本文針對湖北電網(wǎng)的特點，研制了湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)獲取繼電保護(hù)統(tǒng)計分析及運行管理系統(tǒng)（Relay protection statisticalanalysis and operation management system,RPSAOMS）和生產(chǎn)管理系統(tǒng)（Production Management System，PMS）數(shù)據(jù)庫中繼電保護(hù)裝置基本信息、缺陷信息、動作信息等信息并結(jié)合繼電保護(hù)裝置巡視數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)融合從而有效地評價裝置狀態(tài)，生成狀態(tài)評價報告，有關(guān)結(jié)果可用于電力調(diào)控和運維檢修相關(guān)部分，用以調(diào)度和檢修的輔助決策。該系統(tǒng)在用戶角色定義、流程管控、評價結(jié)果統(tǒng)計和評價報告等方面做了大量優(yōu)化工作，大大提高了系統(tǒng)用戶界面的友好性和評價報告質(zhì)量。

1 系統(tǒng)描述

繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)是基于繼電保護(hù)裝置本體和二次回路運行信息而開發(fā)的一套評估繼電保護(hù)裝置運行狀態(tài)的硬件和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用保護(hù)裝置和二次回路的檢測型狀態(tài)量、可靠性狀態(tài)量、失效風(fēng)險狀態(tài)量和改進(jìn)型狀態(tài)量來評估裝置運行狀態(tài)[7-8]，從而提高裝置技術(shù)狀態(tài)的管理水平。

繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)根據(jù)對應(yīng)裝置的狀態(tài)評估所需關(guān)注項的數(shù)據(jù)項目和試驗內(nèi)容，實現(xiàn)了狀態(tài)評價表的生成功能，能夠輔助設(shè)備評價人員準(zhǔn)確、高效地完成設(shè)備評價工作，極大地提高了檢修人員進(jìn)行設(shè)備評價工作的效率。

系統(tǒng)具有以下性能：(1)可靠性：系統(tǒng)保證長期安全地運行，硬件、軟件及信息資源滿足可靠性設(shè)計要求。(2)安全性：系統(tǒng)具有必要的安全保護(hù)和保密措施，滿足系統(tǒng)及相關(guān)信息的安全保護(hù)和保密性要求。(3)容錯性：系統(tǒng)具有較高的容錯能力，有較強(qiáng)的抗干擾性。(4)可擴(kuò)充性：系統(tǒng)的硬、軟件具有擴(kuò)充升級的余地，不可因擴(kuò)充、升級或改型而使原有系統(tǒng)失去作用。(5)實用性：系統(tǒng)采用成熟而實用的技術(shù)，使建設(shè)的投入產(chǎn)出比最高，能產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。(6)先進(jìn)性：在實用的前提下，系統(tǒng)跟蹤計算機(jī)軟硬件技術(shù)、信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使系統(tǒng)具有較高的性能指標(biāo)。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)原理

繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)實現(xiàn)的核心功能是設(shè)備的狀態(tài)評價和檢修策略的制定。以國家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/GDW11285－2014繼電保護(hù)狀態(tài)評價導(dǎo)則》為評價依據(jù)，將各條評價依據(jù)細(xì)分、量化，建立一套科學(xué)實用的判據(jù)，在系統(tǒng)中形成以具體分值來評價設(shè)備運行狀態(tài)，用戶點擊指定設(shè)備的狀態(tài)評價按鈕，按照設(shè)定表單對設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評價，并得出相應(yīng)分值。狀態(tài)評價結(jié)果可以導(dǎo)出為Excel文件及在線打印，并自動保存至歷史評價庫中。狀態(tài)評價結(jié)果產(chǎn)生的流程圖如圖 1所示。

圖1 繼電保護(hù)狀態(tài)評價流程圖Fig.1 Flow chart of relay protection status evaluation

按照圖1狀態(tài)評價結(jié)果產(chǎn)生流程設(shè)計湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)融合及模型處理層、功能應(yīng)用層和前臺展是層構(gòu)成。湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層包括PMS和SAOMS和巡視信息等數(shù)據(jù)源，其中PMS和SAOMS提供的數(shù)據(jù)包括保護(hù)裝置基本信息、缺陷信息和動作信息數(shù)據(jù)；巡視信息包括月巡視和年巡視數(shù)據(jù)。

2）數(shù)據(jù)融合及模型處理層將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照狀態(tài)評價、狀態(tài)診斷、檢修策略及檢修計劃制定要求融合成所需求的數(shù)據(jù)。

圖2 湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig.2 Function structure of relay protection system in Hubei power grid

3）功能應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)管理模塊、狀態(tài)評價及狀態(tài)診斷模塊、績效考評模塊、檢修決策及檢修計劃模塊、流程管控模塊、查詢統(tǒng)計模塊和系統(tǒng)管理模塊。狀態(tài)評價及狀態(tài)診斷模塊是本系統(tǒng)的核心該模塊依據(jù)國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)繼電保護(hù)狀態(tài)評價導(dǎo)則和繼電保護(hù)狀態(tài)檢修檢驗規(guī)程建立，應(yīng)用融合的數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析計算，從而得到繼電保護(hù)的評價結(jié)果。檢修決策及檢修計劃根據(jù)狀態(tài)評價結(jié)果制定合理的檢修策略，并生成檢修計劃建議。

4）前臺展示層為用戶提供了專業(yè)應(yīng)用界面，方便用戶日常辦公。

3 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理模塊、狀態(tài)評價及狀態(tài)診斷功能模塊、檢修決策及檢修計劃模塊、績效考評模塊、流程管控模塊、查詢統(tǒng)計模塊和系統(tǒng)管理模塊共7個功能應(yīng)用模塊，各模塊詳細(xì)功能如下。

1）數(shù)據(jù)管理模塊

狀態(tài)檢修系統(tǒng)從繼電保護(hù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)等獲取信息，對來源于不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，根據(jù)狀態(tài)檢修業(yè)務(wù)需要進(jìn)行必要的過濾、換算、組合等數(shù)據(jù)加工和處理過程，使其成為反映設(shè)備健康狀態(tài)的狀態(tài)量數(shù)據(jù)，供監(jiān)測預(yù)警和狀態(tài)評價使用。

2）狀態(tài)評價及狀態(tài)診斷功能模塊

該模塊實現(xiàn)三項功能：狀態(tài)預(yù)警、狀態(tài)評價和狀態(tài)診斷。

狀態(tài)預(yù)警：通過實時監(jiān)控狀態(tài)量指標(biāo)變化，對于超出狀態(tài)評價導(dǎo)則和規(guī)程規(guī)定閾值范圍的劣化指標(biāo)，根據(jù)不同的類別和登記及時向各級設(shè)備管理人員發(fā)布預(yù)警信息，同時啟動設(shè)備狀態(tài)診斷模塊，輔助分析故障部位和故障原因，判斷被監(jiān)測設(shè)備的檢驗是否超周期；是否執(zhí)行過相應(yīng)反措；部分部件的輪換或修理是否超周期等。

狀態(tài)評價：依據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)評價體系和狀態(tài)評價相關(guān)導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)，對反映設(shè)備健康狀態(tài)的各指標(biāo)項數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評價，并最終得出設(shè)備總體健康狀態(tài)等級。繼電保護(hù)狀態(tài)評價分為原始資料評價、基礎(chǔ)狀態(tài)評價、運行巡視狀態(tài)評價、專業(yè)巡檢狀態(tài)評價、歷史運行狀態(tài)評價、可靠性評價等各單項評價及所有指標(biāo)的綜合評價。

狀態(tài)診斷：根據(jù)狀態(tài)評價結(jié)果，系統(tǒng)對繼電保護(hù)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，將繼電保護(hù)設(shè)備劃分為正常、告警、異常等不同等級的狀態(tài)，作為檢修決策的依據(jù)。對于健康狀態(tài)明顯下降（可靠性下降狀態(tài)、缺陷狀態(tài)、危急狀態(tài)等）的設(shè)備，進(jìn)行預(yù)警，并采用狀態(tài)診斷方法診斷設(shè)備可能存在的故障原因和故障部位，為故障處理或狀態(tài)恢復(fù)提供參考。對評價結(jié)果為異常的設(shè)備應(yīng)有專題的狀態(tài)評價報告，并提出檢修和診斷性檢驗項目的建議。

3）檢修決策及檢修計劃模塊

檢修策略：繼電保護(hù)狀態(tài)檢修應(yīng)根據(jù)狀態(tài)評價結(jié)果，綜合考慮狀態(tài)診斷的結(jié)果，綜合優(yōu)化保護(hù)設(shè)備檢修次序、檢修時間和檢修等級安排，確定檢修時間、檢修項目等，制定關(guān)于完整的設(shè)備的檢修策略，最終將檢修策略的建議結(jié)果遞交設(shè)備管理人員或傳送到相關(guān)的外部生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行實施安排。

檢修計劃：結(jié)合狀態(tài)評價的結(jié)果，結(jié)合專家經(jīng)驗，形成建議的檢修策略，制定檢修計劃。

4）績效考評模塊

績效考評是指綜合運用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)、方法和程序，對企業(yè)實施繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)檢修的體系運作的有效性、策略的適應(yīng)性以及目標(biāo)實現(xiàn)程度進(jìn)行評價。包括績效考評標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和實施。

5）流程管控模塊

基于信息可視化的流程管控，在數(shù)據(jù)錄入環(huán)節(jié)，執(zhí)行數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)審核的流程；在狀態(tài)評價及風(fēng)險評估環(huán)節(jié)，執(zhí)行繼電保護(hù)自評、班組評價、班組審核、部門審核、局專責(zé)審核（220 kV以上設(shè)備）的流程；對于檢修策略及檢修計劃環(huán)節(jié)，執(zhí)行檢修策略制定、檢修計劃編制、計劃審核、計劃提交、生產(chǎn)部門審核、計劃下達(dá)、計劃執(zhí)行等流程；對績效考評施行考核評價、考核審核、考核確認(rèn)等流程。

6）查詢統(tǒng)計模塊

該模塊實現(xiàn)狀態(tài)檢修相關(guān)數(shù)據(jù)的綜合查詢、統(tǒng)計功能，包括設(shè)備的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)、設(shè)備巡視及巡檢的數(shù)據(jù)、設(shè)備的歷史運行情況數(shù)據(jù)、狀態(tài)評價的詳細(xì)指標(biāo)得分情況及綜合得分情況、檢修策略及檢修計劃的制定及執(zhí)行情況、績效考評的相關(guān)信息等。對所有的信息都提供綜合的查詢手段及多層次、多角度的統(tǒng)計結(jié)果。

7）系統(tǒng)管理模塊

該模塊可提供對各類導(dǎo)則信息的自定義及動態(tài)維護(hù)功能、對用戶權(quán)限管理功能和對任務(wù)及消息隊列的管理功能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實例

按照以上設(shè)計采用Web訪問的方式部署湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)（又稱為繼電保護(hù)狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)），系統(tǒng)訪問界面如圖3所示。

圖3 繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)訪問界面Fig.3 The access interface of relay protection status evaluation system

以省檢修公司、武漢公司、宜昌公司和黃岡公司4個變電站為例，完成了4個變電站116臺保護(hù)裝置（220 kV電壓等級設(shè)備77臺，500 kV電壓等級設(shè)備39臺）狀態(tài)評價，形成了各設(shè)備狀態(tài)評價報告、班組狀態(tài)評價報告、工區(qū)狀態(tài)評價報告、地調(diào)狀態(tài)評價報告和省調(diào)狀態(tài)評價報告，驗證了系統(tǒng)7項性能。其中詳細(xì)評價報告包含每一項扣分項和扣分原因，由于篇幅原因，給出設(shè)備狀態(tài)簡化報告，其中江夏站220 kV母線第一套保護(hù)WMH800A/P的評價得分為79分，評價狀態(tài)為注意狀態(tài)，具體各狀態(tài)量評價結(jié)果如表1所示。班組評價報告如表2所示，工區(qū)評價報告、地調(diào)評價報告和省調(diào)評價報告格式類似，省調(diào)狀態(tài)評價報告如表3所示。

表1 江夏220 kV 3號母線第1套母線保護(hù)狀態(tài)評價報告Tab.1 Evaluation report about the first bus protection of 220 kV No.3 in Jiangxia

5 結(jié)論

本文研制并構(gòu)建了湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用PSM、SAOMS以及巡視數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合可有效評價保護(hù)裝置的狀態(tài)，可自動生成檢修班組、工區(qū)、地調(diào)和省調(diào)狀態(tài)評價報告，評價報告中狀態(tài)評價結(jié)果不僅使得管理部門能夠及時掌握保護(hù)裝置的運行狀態(tài)，而且為繼電保護(hù)狀態(tài)檢修提供了依據(jù)，從而實現(xiàn)了繼電保護(hù)狀態(tài)檢修，有效提高了裝置檢修效率，節(jié)約了大量的人力物力。

表2 江夏變電站繼電保護(hù)班組狀態(tài)評價報告Tab.2 State evaluation report of Jiangxia substation is generated by team

表3 湖北電網(wǎng)繼電保護(hù)省調(diào)評價報告Tab.3 State evaluation report of relay protection in Hubei power grid is generated by team

（References）

[1]徐亮，潘建喬．變電站直流設(shè)備狀態(tài)評價系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J]．電工電氣，2013(12)：30-34．XU Liang,PAN Jianqiao．Development and applica?tion of substation DC equipment state evaluation sys?tem[J]．Electrical and Electronics，2013(12)：30-34．

[2]王躍強(qiáng)，廖華興，袁曉青，等．基于保信系統(tǒng)的繼電保護(hù)狀態(tài)評價系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（8）：134-139．WANG Yueqiang,LIAO Huaxing,YUAN Xiaoqing,et al.Development and application of relay protection condition evaluation system based on fault informa?tion processing system[J]．Power System Protection and Control，2014，42（8）：134-139．

[3]韓平，趙勇，李曉朋，等．繼電保護(hù)狀態(tài)檢修的實用化嘗試[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(19)：92-95.HAN Ping，ZHAOYong，LI Xiaopeng,et al.Instan?tiation sample of relay protectionstate maintenance[J].PowerSystem Protection and Control，2010，38(19)：92-95．

[4]熊小伏，陳星田，鄭昌圣．繼電保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)評價研究綜述[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42(5)：51-58．XIONG Xiaofu，CHEN Xingtian，ZHENG Changsheng.Overview of research on state evaluation of relaying protection system[J].PowerSystem Protection and Control，2014，42(5)：51-58．

[5]吳宏斌，盛繼光．繼電保護(hù)設(shè)備可靠性評估的數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(9)：65-68．WU Hongbin，SHENG Jiguang.Mathematical model and its application of relaying protection device re?liability assessment[J].Power System Protection andControl，2009,37(9):65-68.

[6]陳星田，熊小伏，齊曉光，等．一種用于繼電保護(hù)狀態(tài)評價的大數(shù)據(jù)精簡方法[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報，2015,35(3):538-548.CHEN Xingtian，XIONG Xiaofu，QI Xiaoguang，et al．A big data simplification method for evaluation of relay protection operation state[J]．Proceedings of the CSEE，2015,35(3):538-548.

[7]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 1806-2013繼電保護(hù)狀態(tài)檢修導(dǎo)則[S].北京:國家電網(wǎng)公司,2013.State Grid Corporation of China.Q/GDW 1806-2013 Guide for condition based maintenance strategy of protective relay[S].Beijing:State Grid Corporation of China,2013.

[8]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 11285－2014繼電保護(hù)狀態(tài)評價導(dǎo)則[S].北京:中國電力出版社,2014.State Grid Corporation of China.Q/GDW 11285－2014 Guide for condition based maintenance strategy of protective relay[S].Beijing:China Electric Power Press,2014.

Development and Application of Substation Relay Protection State Evaluation System in Hubei Power Grid

HU Wei1,ZHOU Hubing2,WU Di2,LI Peng1,WANG Jin1,WANG Limin2
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.Dispatching Control Center of State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China;3.Relay Protection Research Department of China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China)

In order to improve the efficiency of relay protection in Hubei province,improve the utilization and reliability of equipments,and comprehensively grasp the status of relay protection devices,the evaluation system of relay protection status of substation in Hubei province is devel?oped.The substation relay protection status is evaluated using the inspection data,defects and ac?tion data of relay protection statistical analysis and operation management system and production management system,and the relay protection status evaluation reports of team,work area,city-level scheduling and provincial dispatch are generated.The system is used in four substations of Wuhan company,Yichang company,Huanggang company and province maintenance company,and the appli?cation results show that the operation status of substation relay protection equipment can be correct?ly evaluated.So the operation and maintenance unit can reasonably develop the maintenance deci?sion of the substation relay protection equipment according to the evaluation report,avoid the missed inspection and overhaul,and improve the power supply economy and reliability.

status evaluation;state maintenance;evaluation report;substation;relay protection

TM77;TM73

A

1006-3986(2016)11-0023-05

10.19308/j.hep.2016.11.005

2016-10-17

胡 偉（1981），女，安徽安慶人，博士，工程師。