考慮檢修策略的智能變電站保護(hù)系統(tǒng)可用性分析

吳雷雷

摘 要：對智能變電站可靠性進(jìn)行分析可以從兩個方面展開，一是組網(wǎng)方式，二是檢修工作策略?；谥悄茏冸娬净揪S修任務(wù)建立相應(yīng)模型，之后應(yīng)用不同方法對可靠性進(jìn)行檢測。本文就考慮檢修策略的智能變電站保護(hù)系統(tǒng)可用性分析作簡要闡述。

關(guān)鍵詞：智能變電站；保護(hù)系統(tǒng)；可用性分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.184

與一般性變電站相比，智能變電站優(yōu)勢十分明顯，我國應(yīng)用的智能變電站數(shù)量眾多，并且采用了大量新技術(shù)，技術(shù)在應(yīng)用的同時(shí)需要對其可靠性予以關(guān)注。結(jié)合智能變電站管理工作經(jīng)驗(yàn)，從兩個方面對智能變電站可靠性進(jìn)行檢測。檢修策略存在的差異可能會導(dǎo)致系統(tǒng)可用性存在差異，狀態(tài)檢修工作實(shí)踐證明，智能變電站比一般性變電站更加復(fù)雜，對系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生的不利影響也更大，但是相比之下，智能變電站能夠采用更加先進(jìn)的檢修策略，使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜性方面的缺陷得以彌補(bǔ)，可靠性得以提升。

1 智能變電站保護(hù)系統(tǒng)的檢修模型

1.1 保護(hù)系統(tǒng)功能分解

保護(hù)系統(tǒng)的基本功能在于當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出跳閘命令，而在元件運(yùn)行處于非正常狀態(tài)時(shí)發(fā)出警告信號。智能變電站保護(hù)系統(tǒng)基于傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)并有一定創(chuàng)新，由此可以依據(jù)保護(hù)工作基本原理將系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)，并且是相互獨(dú)立的，系統(tǒng)相互配合從而完成工作。對于智能變電電站而言，保護(hù)功能最大的變化在于邏輯系統(tǒng)，智能變電站邏輯系統(tǒng)可以將其分解為分布于不同硬件的互相通信邏輯節(jié)點(diǎn)。當(dāng)其中一個或者是多個節(jié)點(diǎn)無法正常工作時(shí)，功能就可能會出現(xiàn)降級，由此可知，系統(tǒng)保護(hù)功能需要兼顧硬件與邏輯系統(tǒng)對保護(hù)功能產(chǎn)生的影響。

保護(hù)功能分解則是指將整體保護(hù)功能細(xì)化，對應(yīng)具體系統(tǒng)構(gòu)成，如表中所示。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取

對系統(tǒng)可用性進(jìn)行分析，其數(shù)據(jù)包括信息管理系統(tǒng)，維修工作報(bào)告，運(yùn)行報(bào)告，現(xiàn)場運(yùn)行相關(guān)信息，經(jīng)驗(yàn)信息，預(yù)試檢修相關(guān)信息等。隨著監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，信息來源應(yīng)該進(jìn)一步擴(kuò)大，從而使分析工作結(jié)果更加的可靠?？捎眯苑治龌A(chǔ)數(shù)據(jù)獲取，主要是利用系統(tǒng)保護(hù)監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)的，依據(jù)表中流程收集數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)方法相比，數(shù)據(jù)收集效率能夠明顯提升并且數(shù)據(jù)真實(shí)性與可靠性也能得保障。

1.3 檢修策略

長期以來我國電力設(shè)備在檢修工作方面都是以計(jì)劃維修工作為主，定期檢修作為輔助，在線監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用，智能變電站檢修逐漸變?yōu)橐砸暻榫S修為主，輔以故障維修，檢修工作效率與質(zhì)量有了明顯提升。但是由于各區(qū)域?qū)嶋H情況存在差異，因此工作需要結(jié)合到具體情況，靈活開展，如某些地區(qū)檢修工作，每年春防春檢為主，月檢，季檢為輔。

1.4 計(jì)劃停運(yùn)與非計(jì)劃停運(yùn)

計(jì)劃停運(yùn)主要是由視情維修與計(jì)劃維修導(dǎo)致的，非計(jì)劃停運(yùn)則是由故障維修導(dǎo)致的。檢查策略的先進(jìn)性體現(xiàn)在通過對計(jì)劃停運(yùn)進(jìn)行合理安排，從而使非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間減少，對總的停運(yùn)時(shí)間進(jìn)行控制。對于保護(hù)系統(tǒng)而言，還可以對非計(jì)劃停運(yùn)作進(jìn)一步細(xì)分，一是事故已經(jīng)發(fā)生，二是事故還沒有發(fā)生。系統(tǒng)自檢與運(yùn)行巡視能夠?qū)⑹鹿暑惙怯?jì)劃停運(yùn)概率降低。與常規(guī)變電站相比，智能變電站光纖回路的自檢能力良好。

2 智能變電系統(tǒng)可用性分析方法

RBD方法應(yīng)用能夠?qū)μ囟ㄏ到y(tǒng)的元件間邏輯連接進(jìn)行描述，并且通過分析可以得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)。狀態(tài)檢修將設(shè)備延遲時(shí)間作為理論依據(jù)，從設(shè)備投入運(yùn)營時(shí)刻到潛在故障被檢測出，這一時(shí)間稱其為初始時(shí)間，延遲時(shí)間則是潛在故障到功能故障發(fā)生，如果狀態(tài)監(jiān)測其執(zhí)行周期小于延遲時(shí)間，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患的可能性非常大。否則事故可能會導(dǎo)致停運(yùn)，并且是非計(jì)劃停運(yùn)。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間短，關(guān)于延遲時(shí)間先驗(yàn)分布缺乏，考慮到進(jìn)行可用性分析工作的需要，仿真工作進(jìn)行時(shí)不用延遲時(shí)間對狀態(tài)監(jiān)測工作效率進(jìn)行描述，而是利用公式對失效檢測閥值進(jìn)行定義。閥值表示的含義是，元件或者是裝置剩余壽命小于該數(shù)值時(shí)，應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測方式可以有效發(fā)現(xiàn)潛藏故障。當(dāng)該結(jié)果值等于零時(shí)，則表明應(yīng)用此方法無法有效對故障進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)該數(shù)值為0.5時(shí)，則表示設(shè)備壽命剩余50%時(shí)，潛在故障可以被檢測出。鑒于故障發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)變量，因此延遲時(shí)間也是隨機(jī)變量。

蒙特卡洛仿真利用重復(fù)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)對數(shù)學(xué)及物理問題進(jìn)行求解。

3 智能變電系統(tǒng)可用性仿真分析

對于不同組網(wǎng)方式利用不同的檢修策略，結(jié)合到蒙特卡洛仿真計(jì)算其可用性。對于常規(guī)保護(hù)系統(tǒng)，代表的是常規(guī)變電站的不同情形。平均首次故障時(shí)間表示的是系統(tǒng)首次故障修復(fù)所用時(shí)間，不同組網(wǎng)方式下，需要的時(shí)間不同。系統(tǒng)失效產(chǎn)生的損失通過總停運(yùn)時(shí)間來表示，總停運(yùn)時(shí)間組成又包括計(jì)劃與非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，后者產(chǎn)生的后果更嚴(yán)重，因此對電力系統(tǒng)損失進(jìn)行衡量時(shí)通常應(yīng)用的是非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間。

總的停運(yùn)次數(shù)包括了計(jì)劃與非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，其中后者反映的是事故搶修次數(shù)，事故搶修工作特點(diǎn)體現(xiàn)在工作時(shí)間長而準(zhǔn)備工作的時(shí)間短，工作結(jié)束后故障率較高等特點(diǎn)。檢修策略會對系統(tǒng)可用性造成較大影響，如果應(yīng)用傳統(tǒng)檢修策略定期開展檢修工作，智能變電站在組網(wǎng)方式方面可用性會低于常規(guī)方式。而如果應(yīng)用狀態(tài)檢修策略，不同組網(wǎng)方式可用性會優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)。

如果是應(yīng)用定期檢查方式，各種組網(wǎng)方式中，可用性最高的是直采直跳方式，最差的則是網(wǎng)采網(wǎng)跳。應(yīng)用狀態(tài)檢修方式后系統(tǒng)可用性水平都會有相應(yīng)的提升。組網(wǎng)方式不同，可用性方面的差異也會縮小。

狀態(tài)檢修能夠提升系統(tǒng)可用性，主要原因在于非計(jì)劃停運(yùn)出現(xiàn)的概率會明顯降低，從而提升了平均首次故障時(shí)間，應(yīng)用狀態(tài)檢修方法可以在故障發(fā)生前檢測出故障并且采用一定措施解決問題，停運(yùn)概率因此而降低。

應(yīng)用狀態(tài)檢修其效果在一定程度上是由所采用的監(jiān)控手段能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障決定的，由于智能變電站保護(hù)系統(tǒng)可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)，因此仿真工作進(jìn)行時(shí)通常會做一定假設(shè)。元件故障及其修復(fù)工作需要的時(shí)間都服從指數(shù)分布，保護(hù)裝置可靠性需要高于常規(guī)保護(hù)。增加了部分插件但是常規(guī)保護(hù)開關(guān)量與模擬量插件減少，可靠性參數(shù)設(shè)置與常規(guī)保護(hù)非常接近。智能終端，同步時(shí)鐘，合并單元，交換機(jī)等組成部分其可靠性要高于保護(hù)裝置。通信介質(zhì)則包括了光纖接口，光纖，光模塊等。利用交換機(jī)組網(wǎng)時(shí)，考慮到光模塊數(shù)量少，溫升低，丟包率與誤碼率比較低，需要對故障進(jìn)行設(shè)置。電子互感器可靠性比較差，MTTF設(shè)置為保護(hù)裝置的一半，常規(guī)互感器則設(shè)置為一倍。

4 結(jié)束語

智能變電站由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用組件較多，通過狀態(tài)檢修方法解決電力系統(tǒng)中的故障，前提在于對保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測方法與故障特點(diǎn)進(jìn)行分析。智能電網(wǎng)構(gòu)建的關(guān)鍵就在于智能變電站，為確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就需要增強(qiáng)繼電保護(hù)設(shè)備的可靠性，從而為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供正常的電力供應(yīng)。

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