超高壓電網二次設備狀態評估方法研究

畢可強

（國家電投集團電站運營技術（北京）有限公司，北京）

引言

在狀態評估發展的初始階段，設備監控系統是分布式的，每個系統只能與一個設備兼容。它們彼此獨立，事實上，有許多信息孤島，沒有交流促進監測狀態的信息[1]。設備管理層應將建議書的結果提交或移交給相關的外部生產管理系統，以便安排設備檢查[2]。電氣系統中二次設備的風險評估是在影響電氣設備可靠性的各種因素的基礎上建立風險評估模型。在評估模型的基礎上，通過為安裝維護機制提供決策支持，從可靠性和經濟性的角度，評估電網系統中安裝缺陷的風險水平[3]。提高電力設備的控制水平和可靠性，降低設施維護成本。在《電力輸送和輸送設備風險評估手冊》中，風險評估將風險定義為意外結果的概率和嚴重程度，表現形式通常為概率和結果的乘積。傳統的風險評估方法應大致歸類為電氣元件在電網上的位置（系統中心的子系統、區域重要子部分、一般子部分），而沒有基于電流的定量計算分析，在不影響組件維護對電網損失的影響的情況下，很難管理電力系統組件的維護決策[4]。針對傳統風險評估方法的不足，提出了一種超高壓電網二次設備狀態評估方法。該方法主要分析電網的穩定性和組件缺點后的負荷減少，并根據指標的每個值計算不同運行模式下二次安裝的風險[5]。風險損失是以貨幣方式擔保的。該方法在評估方面有著較高的應用價值。

1 超高壓電網二次設備狀態評估

1.1 二次設備評估指標體系

合理的二次設備評估系統是狀態評估方法研究中的一項重要工作。二次設備安裝的狀態特性的選擇應決定其是否能準確反映安裝的實際運行狀態。超高壓電網二次設備的系統包括多個設備，因此，可以制定一個科學有效的評估體系[6]。結合實際操作條件表現出不同設備的狀態特性不同。

（1） 設備壽命測量的持續時間與老化程度呈正相關，主要由電子轉換器和耦合單元組成測量回路的評估指標。集成單元還需要確定工作環境的溫度。在電氣特性的情況下，應考慮電阻和泄漏容量。在電磁兼容性方面，測量回路評價指標如圖1 所示。

圖1 測量回路評價指標

（2） 保護裝置評估指標日期與目標方案的評估類似，還應考慮故障的持續時間和平均無故障時間。在數據傳輸方面，傳統的采樣裝置與繼電保護裝置有很大不同，因此應考慮通信系統的操作。鑒于相關保護裝置的重大故障直接影響保護動作能否正確執行，相關的轉換信息和采樣值信息應與特定的網絡報告一起發送，應考慮家族性和自身缺陷[7]。因此，保護裝置的評估指標如圖2 所示。

圖2 保護裝置評估指標

（3） 智能終端評價指標，智能終端負責接收二次設備管理指令和合規性能。該過程中的相關指標在時間、行動時間、報告傳輸時間等方面發揮作用[8]。有必要同時考慮智能終端和屬于工藝層設備且類似于電力指標的測量方案。因此，智能終端的評價指標如圖3 所示。

圖3 智能終端評價指標

1.2 指標體系分類

在上述基礎上，變電站綜合自動化系統在線監測指標構成如圖4 所示。

圖4 變電站綜合自動化系統在線監測指標構成

（1） 設備的性能指標類別應用于監測子系統綜合自動化系統運行條件的變化。該指標系統的選擇可以參考計算機系統的能源監測指標，如溫度、濕度、能源供應質量等[9-10]。特別是，具體到變電站綜合自動化系統，在溫度和濕度較小的環境中，獨立的自動化設備如機柜，甚至CPU 板的表面都位于其中。鑒于無線電保護和其他設備不僅是他們的供電方案，而且也是檢測和釋放供電方案的設備，因此必須對電力質量進行單獨監測。

（2） 以繼電保護為代表的綜合自動化設備應接受微處理器的結構，可行的方法是分析相對保護和后端之間的通信協議，并使用協議中規定的時間線要求，如遙測周期傳輸間隔、SOE 傳輸延遲等，以創建反映安裝性能的指標系統。由于IEC60870-5-103 已成為通用綜合自設備的狀態標準，基于該方法的指標體系已建立了通用水平。

（3） 網絡狀態指示器用于監測站控網絡的狀態，即使在使用RS485、Lonwork 或以太網時，也要考慮，替換自動化站控制通信的綜合網絡通常根據PRC 或HSR 網絡中定義的IED 通信的度量指標來剔除冗余或選定高可用性網絡。

1.3 二次設備狀態評估流程

超高壓電網二次設備狀態評估方法本質意味著訓練上允許二次學習模型學習專家進行評估，并獲得二次評估能力。具體流程如圖5 所示。

圖5 超高壓電網二次設備狀態評估流程

2 實驗論證

2.1 實驗準備

為了驗證本文中提出的算法的有效性，在進行設備狀態評估方法時，使用了省電網管理的智能替代的測量數據，并邀請了六名專家來評估二次安裝的狀態。每個數據對應的二次安裝狀態指標被認為是專家打分。相關模型可以在Python 3.7、Keras 2.2.4和TensorFlow 2.0 beta 領域進行設計和管理。使用平均絕對利率（MAPE）在等式（1）中示出樣本準確度指數。

本文應提前選定六臺學習器，并進行針對其相關性的訓練。三種方法實驗數據評估運行時間結果如表1 所示。

表1 三種方法對比結果

2.2 對比實驗

從表1 中可以看出，使用本文所提方法得到的評估運行時間小于傳統方法的評估運行時間，采用本文方法評估運行時間最短，平均比傳統方法1 和傳統方法2 分別減少1.234 32 s 和1.245 32 s。實驗結果表明，采用本文方法設備狀態評估效率更高。

結束語

為了解決超高壓電網二次設備狀態評估問題，本文根據二次裝備的特點，建立了一個綜合的設備評估指標體系，并提出了一種狀態評估方法。可以更好地實現評估。例如，一項分析表明，與單一模式相比，綜合訓練可以獲得更好的評估能力，加上一種改進的LM 算法，輔助FCC 對中性網絡進行訓練，可以有效地評估二次設備的狀態，指導設備狀態檢修工作。