發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備故障自動(dòng)診斷系統(tǒng)

劉明一

(中油電能熱電一公司，黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

對(duì)發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備故障進(jìn)行自動(dòng)診斷有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，維護(hù)電廠繼電保護(hù)設(shè)備。發(fā)電廠繼電設(shè)備自動(dòng)診斷作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，與傳統(tǒng)保護(hù)裝置相比自動(dòng)診斷裝置在設(shè)備結(jié)構(gòu)、傳輸方式、信息共享以及日常運(yùn)行等方面存在著一定差異，但整體設(shè)備可靠性、實(shí)時(shí)性以及準(zhǔn)確性得到了很大提高[1]。發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷對(duì)具體標(biāo)準(zhǔn)提出了較高要求，實(shí)現(xiàn)高度數(shù)據(jù)共享[2]。但由于裝置測(cè)試結(jié)構(gòu)的規(guī)范化，在診斷過程中仍需反復(fù)修改通信配置以及測(cè)試項(xiàng)目參數(shù)，需要投入較大成本，同時(shí)受到人工操作熟練度與速度的限制，其裝置測(cè)試需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，在客觀上造成了測(cè)試周期較長(zhǎng)等問題[3]。

針對(duì)以上問題，不少學(xué)者對(duì)自動(dòng)診斷發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了有關(guān)方面的研究。Kryukov O V[4]為了研究發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備的自動(dòng)診斷，研究了沿線電力線路繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置原理，為該領(lǐng)域做出了一定貢獻(xiàn)。劉琨等[5]通過對(duì)繼電保護(hù)在線監(jiān)測(cè)功能需求進(jìn)行了全面分析，提出了基于智能變電站系統(tǒng)特性的繼電保護(hù)在線監(jiān)測(cè)新方法。對(duì)繼電保護(hù)狀態(tài)信息間的耦合及關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行充分描述，自動(dòng)辨識(shí)繼電保護(hù)關(guān)鍵狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)故障定位。結(jié)果顯示,基于智能變電站故障信息模型的繼電保護(hù)在線監(jiān)測(cè)方法可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的繼電保護(hù)故障定位。徐長(zhǎng)寶等[6]為了研究繼電保護(hù)系統(tǒng)的狀態(tài)對(duì)提高供電可靠性的作用，進(jìn)行了基于信息趨勢(shì)預(yù)測(cè)和組合賦權(quán)的智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)模糊綜合評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可有效地提高狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

盡管以上學(xué)者對(duì)發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷進(jìn)行了相關(guān)研究，但由于種種原因仍然使得人力和時(shí)間成本不能進(jìn)一步降低。為改善這個(gè)問題，提出了發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備故障的自動(dòng)診斷技術(shù)。通過構(gòu)建繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷系統(tǒng)構(gòu)架，并設(shè)計(jì)自動(dòng)診斷流程，通過監(jiān)測(cè)故障信息和自動(dòng)診斷原理，最終完成自動(dòng)診斷。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證自動(dòng)診斷方法的有效性。

1 發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷方法

1.1 繼電保護(hù)設(shè)備組件

繼電保護(hù)設(shè)備的自動(dòng)診斷是通過綜合設(shè)備的各類信息以獲得數(shù)據(jù)，從中提取出具有共性特征的數(shù)據(jù)信息，最后設(shè)備的未來(lái)變化趨勢(shì)通過某一模型來(lái)呈現(xiàn)[7]。因此，裝置繼電器保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)診斷的基礎(chǔ)和重要證據(jù)是數(shù)據(jù)信息分類。合理的設(shè)備數(shù)據(jù)信息分類和正確地提取信息的共同特性，然后找到設(shè)備的預(yù)測(cè)規(guī)則，完成繼電器保護(hù)系統(tǒng)的診斷[8-9]。中繼保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息包括原始數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)、維護(hù)信息、監(jiān)視信息、測(cè)試信息和巡邏信息。不同故障特性的數(shù)據(jù)信息反映不同工作狀態(tài)的組件特性。使用部件故障模型描述了部件的變化趨勢(shì)。如果機(jī)器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，則部件故障主要受材料疲勞、設(shè)備老化以及之前維護(hù)等因素的影響。因此，將影響繼電器保護(hù)系統(tǒng)部件故障的設(shè)備劣化、家族缺陷、維護(hù)等因素分類為長(zhǎng)期影響因素[10]?？梢员碚鹘M件的實(shí)時(shí)特性的檢查數(shù)據(jù)和其他信息被分類為影響組件故障的短期突然變化信息[11-12]。

1.2 繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷系統(tǒng)構(gòu)架

整個(gè)系統(tǒng)由主站系統(tǒng)和站端裝置構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

主站系統(tǒng)配備在地方派遣終端上。鑒于基于現(xiàn)有智能變電站架構(gòu)沒有其他多余設(shè)備并且易于實(shí)現(xiàn)，使用網(wǎng)絡(luò)消息記錄和分析設(shè)備作為數(shù)據(jù)獲取源。為了新的智能站，保護(hù)在線監(jiān)視和診斷裝置直接作為數(shù)據(jù)獲取源使用，并且數(shù)據(jù)通過區(qū)域I的網(wǎng)絡(luò)關(guān)機(jī)從D5000平臺(tái)發(fā)送到區(qū)域II。通信網(wǎng)異常時(shí)，迅速診斷并收集該異常信息，并發(fā)送至發(fā)送源的主站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)在車站端收集由裝置發(fā)送的各種異常信息，進(jìn)行綜合診斷及顯示。

1.3 繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷流程

構(gòu)建繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷流程，如圖2所示，控制管理器在與測(cè)試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的預(yù)定義XML格式參數(shù)文件中調(diào)用DLL的控制接口功能[13-14]，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)測(cè)試儀的輸出控制。

圖2 自動(dòng)診斷流程圖

2 故障監(jiān)測(cè)與自動(dòng)診斷原理

2.1 故障信息的監(jiān)測(cè)

由于網(wǎng)絡(luò)消息記錄/分析裝置收集監(jiān)視信息，所以考慮到處理層和站控制層之間的網(wǎng)絡(luò)消息數(shù)據(jù)的龐大量，冗余且不重要的信息變多，對(duì)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)施加巨大壓力。為了實(shí)現(xiàn)快速有效的在線監(jiān)視和故障診斷，收集數(shù)據(jù)后需要數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，過濾，篩選。根據(jù)系統(tǒng)和研究要求，監(jiān)控信息被劃分為穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和狀態(tài)文件。過渡文件是指通過對(duì)此時(shí)對(duì)應(yīng)于應(yīng)用程序的所有鏈路信息進(jìn)行排序而生成的文件。穩(wěn)定狀態(tài)文件記錄長(zhǎng)期監(jiān)視信息(溫度、光強(qiáng)度、電壓、電流等)，狀態(tài)文件是監(jiān)視鏈路的實(shí)時(shí)接通狀態(tài)的文件[15-16]。在實(shí)際應(yīng)用的處理中，網(wǎng)絡(luò)消息記錄/分析裝置根據(jù)一定的時(shí)間間隔定期發(fā)送狀態(tài)文件和穩(wěn)定狀態(tài)文件。如果站控制層中存在重要的警報(bào)數(shù)據(jù)，則變化量為5%以上，改變分析狀態(tài)并積極發(fā)送瞬態(tài)文件。主站可以實(shí)時(shí)詢問數(shù)據(jù)和二次設(shè)備的狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 故障信息監(jiān)測(cè)流程

繼電器故障信息監(jiān)視、故障診斷系統(tǒng)存儲(chǔ)從站點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷、分析。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)分析了狀態(tài)信息的長(zhǎng)期變化規(guī)則。結(jié)合異常設(shè)備的狀態(tài)特性，對(duì)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行診斷判定。

2.2 故障自動(dòng)診斷原理

當(dāng)接收設(shè)備在一定時(shí)間內(nèi)未接收到有效的GOODS和SV信息時(shí)，處理層GOOSE和SV信號(hào)生成相應(yīng)的警告。例如，當(dāng)中繼保護(hù)設(shè)備的SV鏈路異常時(shí)，中繼保護(hù)設(shè)備不能獲得正常接收數(shù)據(jù)，并且可以向站控制層MMS發(fā)送相應(yīng)的線路斷開警報(bào)消息以獲得這些警報(bào)消息[17-18]。由于在各裝置之間存在統(tǒng)一的系統(tǒng)觀測(cè)源，所以能夠通過比較發(fā)送者與多個(gè)接收機(jī)之間的鏈接狀態(tài)來(lái)進(jìn)行監(jiān)視，根據(jù)各裝置發(fā)送的鏈接警報(bào)消息來(lái)對(duì)應(yīng)可以檢測(cè)出異常。直接挖掘電路與網(wǎng)絡(luò)取得的SV端口不同，難以準(zhǔn)確識(shí)別特定的故障點(diǎn)。但是，所有可能的故障點(diǎn)都可以被前面的配置列出。同時(shí)，通過合成其他二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)路條件，可以提供各種故障點(diǎn)的概率。因?yàn)橹苯佑|發(fā)電路不能獲得相關(guān)的比較信息，所以只能由中繼保護(hù)裝置發(fā)送的警報(bào)來(lái)確定。

對(duì)于中繼AC流的監(jiān)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)消息記錄、分析設(shè)備和中繼保護(hù)設(shè)備收集的AC音量可以用于綜合確定[19-20]。智能站一般采用雙重AD采樣，通過比較兩組保護(hù)的采樣值和通過MMS由繼電器保護(hù)裝置發(fā)送的雙重AD采樣值，具有雙重保護(hù)。在該范圍內(nèi)，如果繼電器保護(hù)裝置不具有不匹配取樣的報(bào)警，則認(rèn)為雙AD采樣是一致的或兩個(gè)保護(hù)的AC二次電路是正常的。當(dāng)相對(duì)誤差超過閾值并且中繼保護(hù)裝置沒有發(fā)出不匹配取樣的警報(bào)時(shí)，至少一組中繼保護(hù)AC電路被確定為異常，并且提供中繼保護(hù)裝置的對(duì)應(yīng)異常二次電路。通過比較網(wǎng)絡(luò)消息記錄、分析裝置的SV和中繼保護(hù)裝置MMS發(fā)送的采樣值，如果兩個(gè)最大誤差在閾值范圍內(nèi)，則在網(wǎng)絡(luò)消息記錄分析裝置和中繼保護(hù)裝置之間沒有SV連鎖中斷警報(bào)。SV二次采樣電路被認(rèn)為是正常狀態(tài)，當(dāng)繼電器保護(hù)裝置的采樣電路正常時(shí)，SV二次采樣電路變?yōu)檎顟B(tài)。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)分支設(shè)備和保護(hù)設(shè)備之間的采樣值誤差超過閾值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)消息記錄/分析設(shè)備的AC采樣電路被確定為異常，并且提供與網(wǎng)絡(luò)消息記錄、分析設(shè)備對(duì)應(yīng)的異常二次電路。

3 試 驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為測(cè)試所提發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷方法實(shí)際應(yīng)用性能，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在仿真平臺(tái)中進(jìn)行，以PCS-943高壓線路保護(hù)裝置為例，對(duì)所研究自動(dòng)診斷方法進(jìn)行包括零序過電流、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)等一系列相關(guān)性能測(cè)試，分析自動(dòng)診斷方法的具體性能。實(shí)驗(yàn)過程中校驗(yàn)診斷的一致性以及正確性，進(jìn)行保護(hù)裝置測(cè)試。掃描待測(cè)保護(hù)裝置標(biāo)簽，獲取裝置功能、型號(hào)等相關(guān)信息，生成測(cè)試項(xiàng)目列表，判斷實(shí)驗(yàn)采樣值與開關(guān)量正常后，發(fā)送信號(hào)投入相應(yīng)軟壓板獲取加載。確認(rèn)保護(hù)裝置動(dòng)作正確后進(jìn)行下一項(xiàng)測(cè)試，若出現(xiàn)動(dòng)作錯(cuò)誤立即進(jìn)行警告后進(jìn)行下一項(xiàng)測(cè)試，最后生成自動(dòng)診斷結(jié)果報(bào)告。實(shí)驗(yàn)中對(duì)保護(hù)裝置投入差動(dòng)保護(hù)，模擬實(shí)際中的對(duì)稱或不對(duì)稱故障，其故障電流分別為設(shè)備的0.95倍、1.05倍以及1.2倍，依此診斷在不同電流值下自動(dòng)診斷方法運(yùn)行狀況。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷方法實(shí)際性能測(cè)試，如表1所示。

表1 試驗(yàn)測(cè)試報(bào)告Table 1 Test report of the experiment

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備自動(dòng)診斷方法在測(cè)試過程中，能夠?qū)^電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行狀況做出較快反應(yīng)，在實(shí)際中得到較好的應(yīng)用效果，證明了研究的有效性。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)目前繼電保護(hù)裝置診斷中存在的人力測(cè)試成本較大、準(zhǔn)確性較差等問題，提出一種繼電保護(hù)設(shè)備故障自動(dòng)診斷的線上診斷方法。分別對(duì)裝置中各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)故障系數(shù)自動(dòng)診斷后，保證診斷信息與裝置信息一致。在提升整體診斷安全性的同時(shí)，避免了以往診斷方式的資源浪費(fèi)，提升在線診斷效率以及調(diào)試效率，增加繼電保護(hù)裝置智能診斷推廣效率。