基于保信系統的繼電保護評估與應用

陳麗惠 牛小松 王瑞虎 李 昊 景佐文 董治洲 丁嘉熹

云南電網有限責任公司保山供電局（云南 保山 678000）

0 引言

隨著智能化水平的提升，單純依靠人為維護及檢定設備已顯得滯后，從而使現行的維修模式逐步轉變為實際操作中的遠程在線診斷模式，通過遠程診斷判斷設備維護的深度、設備定檢的模式等。文章以保信系統為基礎，探討繼電保護設備狀態評估方案，具有一定的參考價值。

1 狀態維修

狀態維修是在有效監測設備狀態的基礎上，根據監測和分析診斷結果安排維修時間和項目，包括設備狀態監測、設備診斷和維修決策三個環節。狀態監測是狀態維修的基礎，狀態監測設備是診斷和維修決策的基礎，是在線監測與診斷技術的結合，綜合應用設備和系統需求確定具體的維修計劃或策略[1]。長期以來，電力系統實施狀態檢修采取的是以預防性維修計劃為主的維修制度，主要根據維修程序確定維修項目，維修中存在的設備缺陷較多，維修中設備狀況較好，維修條件過多，在一定程度上導致了維修的盲目性，很難真正做到根據設備所處狀態選擇開展強制維修還是基礎維修保養，因此導致了維修保養的盲目性。

2 繼電保護狀態維修評估

電氣設備按功能的不同可分為一次設備和二次設備，二次設備主要包括電氣設備的繼電保護和自動裝置、故障錄波器、現場監控和遠程控制等。基于目前線路停電檢修技術的發展，將面臨設備檢修停電時間越來越短的趨勢，這對電氣二次設備的檢修提出了新的要求。特別是隨著二次設備推廣和變電站無人值班模式的快速增長，傳統繼電保護巡檢工作中存在的問題凸顯，導致盲目維修等情況發生。現有的傳輸和維修模式應逐步轉變為實際運行中的遠程在線診斷，根據設備的健康狀況進行有針對性的檢查和改造。

如何通過技術措施和相應的方法在系統維護、檢修方法、檢修項目和檢修周期中確保保護設備的可靠運行并滿足電網安全運行的要求，實施狀態檢修繼電保護將成為必然[2]。選擇繼電保護狀態維修的評估方法主要有神經網絡評估方法、模糊故障樹分析與評估方法和基于故障熵的狀態估計方法。有效實現繼電保護狀態檢修必須做好三方面的工作：一是獲取足夠的設備狀態信息；二是滿足遠程傳輸的安全性和高速性；三是廣泛收集繼電保護裝置的家族性缺陷信息。

由于主站保信系統和子站保信系統通常運行在安全Ⅱ區，從電網安全的角度來看，不適合直接遠程傳輸，因此需要轉變評估方式，文章主要從兩方面進行闡述：一是基于保信子站狀態的二次設備綜合評價模型對設備進行。實現繼電保護的狀態評估，需要定義設備的正常狀態。根據主站系統的實際情況，可從在線監測和歷史評估兩個方面定義設備的正常狀態，而該模型綜合考慮了二次設備狀態監測信息和歷史數據，可綜合評價設備。二是繼電保護二次系統在線監測與評估。通過在線監測功能可獲得的繼電保護裝置信息包括通信狀態、動作事件、報警信息、定值、壓板、分閘量等，其中一些信息可以直接或間接反映繼電保護裝置的當前狀態[3]。具體信息分類如下。

（1）通信狀態信息。變電站繼電保護裝置由變電站保信子站和地調保信主站進行通信，只有變電站保護設備和變電所通信正常、保信子站和保信主站通信正常，主站側才可以獲取變電站保護裝置的運行狀態和各種監測信息，因此繼電保護在線監測和評估的前提是基于正常保信系統的通信與傳輸[4]。

（2）運行狀態信息。繼電保護裝置在正常運行時，其運行參數應與標準值或正常值一致或在允許范圍內。例如，當設備運行在一定值時，相應的定值、軟板、其他控制字的值應與標準值一致；在正常運行時，繼電保護裝置的實時監測數據應在預定范圍內；繼電保護裝置在正常運行時，應處于不影響設備運行的狀態，如通道故障、PT斷線等；在正常運行時，繼電保護裝置的健康狀態值應在正常范圍內，如溫度、濕度、CPU使用量、內存使用量等。

（3）巡檢狀態信息。該裝置發送的信函除具有激活故障數據功能外，還具有基于主呼操作信息的響應功能，包括定值、呼叫記錄響應列表、呼叫記錄文件呼叫、呼叫狀態模擬量等。

在實際操作過程中，偶爾會出現通信設備正常，主機發出呼叫信息，但沒有收到響應信息的現象，如能及時發現并處理，可以避免未發現任何故障數據的呼叫設備出現故障的情況。為查明保護裝置是否及時響應遠程呼叫功能，主站可定期自動檢測。自動檢測應建立在保護主站和保護裝置正常運行的基礎上，檢測試驗不應過于頻繁，間隔時間可適當延長，如一周自動巡檢一次，或每月自動巡檢兩次等。當繼電保護裝置正常運行時，設備檢查試驗結果應正常。

3 歷史保護裝置運行水平評價

除評估繼電保護裝置的當前運行狀態外，還需要從繼電保護裝置的歷史數據分析歷史運行水平，這樣才能基于保信系統從設備運行年限、長時間運行以來通信可達速率情況等方面形成繼電保護運行狀態的評估規則，從而強化基于保護與故障信息系統的繼電保護的評估和應用。保護裝置歷史運行水平形成依據主要包括以下幾個方面。

（1）通信速率。繼電保護的近期通信速率應達到標準，如果通信條件存在中斷現象，通信不穩定，需要通知維修人員及時處理，確保通信速率達到巡檢要求。

（2）運行壽命。微機繼電保護裝置的使用方式，決定了需要其長時間用電，由于高溫、高濕以及變電站現場粉塵等因素，其內部元件將加速故障概率的發生，隨著運行時間的增加，微機繼電保護裝置的安全可靠性將相應降低。因此，繼電保護裝置有使用期限，國內的繼電保護裝置一般運行不能超過12年，如果延長使用期限，電氣系統運行的安全風險將大大增加。在運行期間，還需要對繼電保護進行檢修，以便及時更換老化元件。

（3）設備缺陷。繼電保護緊急缺陷是指繼電保護和安全自動裝置本身或相關設備和回路的缺陷，可造成主保護功能喪失，直接威脅系統安全運行；繼電保護重大缺陷是指繼電保護和安全自動裝置或相關設備及電路出現問題，導致部分保護功能或性能下降，雖在短時間內仍能堅持運行，但需盡快安排處理的缺陷；繼電保護一般缺陷指除緊急及重大缺陷外，并不直接影響設備和電源的安全運行，關鍵功能、繼電保護和自動安全裝置沒有受到實質性影響，一般性質對安全運行影響較小的缺陷。在主站監視發現中，繼電保護缺陷的產生主要源于報警，包括設備的報警信息和主站的實時診斷。主站實時診斷主要來自二次設備檢測、通信狀態等[5]。當主站與變電站正常通信時，變電站報警受影響程度分為緊急報警、嚴重報警、一般報警。在運行過程中，主站接收保護報警，根據具體報警類型進行診斷。如果接收到的緊急警報或嚴重警報處于缺陷狀態，則在接收到嚴重警報或嚴重警報時，更新缺陷狀態。此外，保護主站還會實時獲取設備的維護狀態，使設備維護在無缺陷診斷的情況下運行。

（4）家族缺陷。運行和使用壽命與繼電保護裝置的工廠設計、制造工藝、軟件版本、元器件采購和選型密切相關，也與運行環境和維護水平有很大關系。往往同一批保護裝置同一型號和軟硬件版本，都存在著家族同一類型的缺陷，如一些保護裝置在液晶顯示器或開關電源運行后的同一時間段內發生設備故障。相關人員可以收集這些缺陷的信息，為設備的運行提供指導。此外，可以通過資產管理業務平臺缺陷維護管理模塊導出二次設備運行缺陷歷史信息，之后將導出的缺陷信息輸入保信系統，成為保護主站、繼電保護所收集到的歷史信息的一部分。這部分缺陷信息包括保護模型出廠批次、電壓等級、運行時間、設備類型、缺陷處理等，可用于開展某一類型設備的狀態評估、保護裝置評估和家族缺陷信息輸出[6]。

4 評價算法

根據評估內容，從兩個方面對非在線繼電保護在線監測的現狀進行綜合評估，如圖1所示。具體而言，一方面，基于非維護設備在線數據的在線監測狀態評估，如警告、特征值、運行值、通信狀態、自動測試、設備當前運行等的評估；另一方面，根據非設備維護歷史信息評估歷史運行水平，如動態記錄、動作正確性、缺陷記錄等數據。最后，結合在線監測狀態評估和歷史運行水平兩個方面，對非維護性二次設備的運行狀態進行綜合評估[7]。

圖1 繼電保護狀態評估示意圖

關于權重的計算方法，在線監測狀態評價得分等于各在線監測條件下評價項目權重之和，具體計算公式如下：

式中：RZ為在線監測狀態評估得分；Zi為在線監測項目數；Qi為在線監測和評估項目在項目i中的權重；m為在線監測和評估總數。

歷史經營水平的評價得分等于各歷史經營水平各項目權重之和，具體計算公式如下：

式中：RL為歷史運行水平；Li為項目i歷史運行水平的評價水平；Qi為歷史運行水平評價水平的權重；n為歷史運行水平評價的總數。

在線監測狀態評估值乘以在線監測狀態評估的權重，加上歷史運行水平評估值乘以歷史運行水平評估的權重，即為對繼電保護設備的綜合評估，具體計算公式如下：

式中：R為對繼電保護設備的評估；QZ為在線監測狀態的評估權重；QL為運行等級的歷史評估權重。

根據評分分為四種狀態：正常（90～100分）、注意（80～90分）、異常（70～80分）、嚴重（0～70分）。

為了滿足不同需求的分析，上述評價項目都涉及權重的評價，可以作出支持靈活配置的權重評價。評估后，自動生成繼電保護狀態評估結果。

5 結論

文章在綜合評估繼電保護裝置的基礎上，從在線監測評估和歷史評估兩個方面對繼電保護裝置的運行水平進行了評估，對繼電保護裝置的狀態檢修具有一定的參考價值，可作為輔助手段，支持二次設備運行維護工作。