考慮檢修策略的智能變電站保護系統可用性分析

吳雷雷

摘 要：對智能變電站可靠性進行分析可以從兩個方面展開，一是組網方式，二是檢修工作策略。基于智能變電站基本維修任務建立相應模型，之后應用不同方法對可靠性進行檢測。本文就考慮檢修策略的智能變電站保護系統可用性分析作簡要闡述。

關鍵詞：智能變電站；保護系統；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，智能變電站優勢十分明顯，我國應用的智能變電站數量眾多，并且采用了大量新技術，技術在應用的同時需要對其可靠性予以關注。結合智能變電站管理工作經驗，從兩個方面對智能變電站可靠性進行檢測。檢修策略存在的差異可能會導致系統可用性存在差異，狀態檢修工作實踐證明，智能變電站比一般性變電站更加復雜，對系統可靠性產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的檢修策略，使得結構復雜性方面的缺陷得以彌補，可靠性得以提升。

1 智能變電站保護系統的檢修模型

1.1 保護系統功能分解

保護系統的基本功能在于當電力系統出現故障時能夠及時發出跳閘命令，而在元件運行處于非正常狀態時發出警告信號。智能變電站保護系統基于傳統保護系統并有一定創新，由此可以依據保護工作基本原理將系統分為三個子系統，并且是相互獨立的，系統相互配合從而完成工作。對于智能變電電站而言，保護功能最大的變化在于邏輯系統，智能變電站邏輯系統可以將其分解為分布于不同硬件的互相通信邏輯節點。當其中一個或者是多個節點無法正常工作時，功能就可能會出現降級，由此可知，系統保護功能需要兼顧硬件與邏輯系統對保護功能產生的影響。

保護功能分解則是指將整體保護功能細化，對應具體系統構成，如表中所示。

1.2 系統數據獲取

對系統可用性進行分析，其數據包括信息管理系統，維修工作報告，運行報告，現場運行相關信息，經驗信息，預試檢修相關信息等。隨著監測技術的應用，信息來源應該進一步擴大，從而使分析工作結果更加的可靠。可用性分析基礎數據獲取，主要是利用系統保護監測功能實現的，依據表中流程收集數據。與傳統方法相比，數據收集效率能夠明顯提升并且數據真實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備在檢修工作方面都是以計劃維修工作為主，定期檢修作為輔助，在線監視系統應用，智能變電站檢修逐漸變為以視情維修為主，輔以故障維修，檢修工作效率與質量有了明顯提升。但是由于各區域實際情況存在差異，因此工作需要結合到具體情況，靈活開展，如某些地區檢修工作，每年春防春檢為主，月檢，季檢為輔。

1.4 計劃停運與非計劃停運

計劃停運主要是由視情維修與計劃維修導致的，非計劃停運則是由故障維修導致的。檢查策略的先進性體現在通過對計劃停運進行合理安排，從而使非計劃停運時間減少，對總的停運時間進行控制。對于保護系統而言，還可以對非計劃停運作進一步細分，一是事故已經發生，二是事故還沒有發生。系統自檢與運行巡視能夠將事故類非計劃停運概率降低。與常規變電站相比，智能變電站光纖回路的自檢能力良好。

2 智能變電系統可用性分析方法

RBD方法應用能夠對特定系統的元件間邏輯連接進行描述，并且通過分析可以得到系統結構函數。狀態檢修將設備延遲時間作為理論依據，從設備投入運營時刻到潛在故障被檢測出，這一時間稱其為初始時間，延遲時間則是潛在故障到功能故障發生，如果狀態監測其執行周期小于延遲時間，及時發現隱患的可能性非常大。否則事故可能會導致停運，并且是非計劃停運。由于系統運行時間短，關于延遲時間先驗分布缺乏，考慮到進行可用性分析工作的需要，仿真工作進行時不用延遲時間對狀態監測工作效率進行描述，而是利用公式對失效檢測閥值進行定義。閥值表示的含義是，元件或者是裝置剩余壽命小于該數值時，應用狀態監測方式可以有效發現潛藏故障。當該結果值等于零時，則表明應用此方法無法有效對故障進行預測。當該數值為0.5時，則表示設備壽命剩余50%時，潛在故障可以被檢測出。鑒于故障發生的時間是隨機變量，因此延遲時間也是隨機變量。

蒙特卡洛仿真利用重復統計實驗對數學及物理問題進行求解。

3 智能變電系統可用性仿真分析

對于不同組網方式利用不同的檢修策略，結合到蒙特卡洛仿真計算其可用性。對于常規保護系統，代表的是常規變電站的不同情形。平均首次故障時間表示的是系統首次故障修復所用時間，不同組網方式下，需要的時間不同。系統失效產生的損失通過總停運時間來表示，總停運時間組成又包括計劃與非計劃停運時間，后者產生的后果更嚴重，因此對電力系統損失進行衡量時通常應用的是非計劃停運時間。

總的停運次數包括了計劃與非計劃停運次數，其中后者反映的是事故搶修次數，事故搶修工作特點體現在工作時間長而準備工作的時間短，工作結束后故障率較高等特點。檢修策略會對系統可用性造成較大影響，如果應用傳統檢修策略定期開展檢修工作，智能變電站在組網方式方面可用性會低于常規方式。而如果應用狀態檢修策略，不同組網方式可用性會優于常規系統。

如果是應用定期檢查方式，各種組網方式中，可用性最高的是直采直跳方式，最差的則是網采網跳。應用狀態檢修方式后系統可用性水平都會有相應的提升。組網方式不同，可用性方面的差異也會縮小。

狀態檢修能夠提升系統可用性，主要原因在于非計劃停運出現的概率會明顯降低，從而提升了平均首次故障時間，應用狀態檢修方法可以在故障發生前檢測出故障并且采用一定措施解決問題，停運概率因此而降低。

應用狀態檢修其效果在一定程度上是由所采用的監控手段能否及時發現故障決定的，由于智能變電站保護系統可靠性參數統計，因此仿真工作進行時通常會做一定假設。元件故障及其修復工作需要的時間都服從指數分布，保護裝置可靠性需要高于常規保護。增加了部分插件但是常規保護開關量與模擬量插件減少，可靠性參數設置與常規保護非常接近。智能終端，同步時鐘，合并單元，交換機等組成部分其可靠性要高于保護裝置。通信介質則包括了光纖接口，光纖，光模塊等。利用交換機組網時，考慮到光模塊數量少，溫升低，丟包率與誤碼率比較低，需要對故障進行設置。電子互感器可靠性比較差，MTTF設置為保護裝置的一半，常規互感器則設置為一倍。

4 結束語

智能變電站由于系統結構復雜，應用組件較多，通過狀態檢修方法解決電力系統中的故障，前提在于對保護系統監測方法與故障特點進行分析。智能電網構建的關鍵就在于智能變電站，為確保電力系統的穩定性，就需要增強繼電保護設備的可靠性，從而為社會經濟發展提供正常的電力供應。

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