變電站二次設備檢修及維護分析

李偉明

（國網江蘇電力有限公司盱眙供電分公司）

0 引言

在電力工業發展之初，繼電器得到了廣泛應用，為了在電路基礎上對設備進行維修，20世紀研發了定期預防性維修系統，它的應用是由以下幾個缺點引起的：（1）傳統電力式繼電器的機械元件需要進行不定期清理和調整； （2）大多數保護繼電器和自動化設備很少在正常模式下工作，因此在特定時刻估計它們的功能比較困難［1-2］。

1 理論分析

1.1 自動化設備分析

在描述模型之前，我們先通過檢查所有變電站電路的框圖（如圖1所示）來分析保護繼電器和自動化設備的運行以及整個二次電路系統［3-4］。

圖1 二次回路框圖

（1）模擬電路-A型故障，它們由以下元件組成：電流互感器（CT）、電壓互感器（VT）、二次電纜、端子鉗和保護繼電器端子的輸入端。（2）邏輯部分-B類故障，基于微處理器設備的邏輯部分包括一個微處理器和一個電路板，它們是在半導體元件上構造的。（3）輸出電路-C型故障，輸出電路由微處理器終端的輸出繼電器、連接開關器件的電纜和關斷螺線管組成。（4）電源，保護繼電器工作的最重要組成部分是不間斷供電，供電方案由蓄電池、充電器、直流板和電源線組成。

1.2 保護繼電器分析

在上述保護繼電器框圖及分析故障檢測方法的基礎上，設計了設備工作的概率模型。采用雙組件系統（繼電器、電力線）的二部圖來實現此目的，得到的模型如圖2所示。在圖2中反映了組件和保護的狀態，組件的狀態是指它是否在工作，在“組件上”狀態下，組件在該狀態下確保功率傳輸；在“組件下”狀態下，它對應于短路狀態；狀態“保護上”是指在發生短路的情況下，生產的可用性得到保護。

圖2 保護繼電器電路框圖

圖形上，狀態被分成四個正方形。第二個方格代表狀態“組件向上”和“保護向上”；第三個正方形代表“組件上”和“保護下”；第一個正方形代表狀態“組件下”和“保護上”；第四個正方形代表“組件下”和“保護下”。第一個和第四個方格被分成兩部分——左邊和右邊，左邊部分包括只有電路受保護組件不可用的狀態，即激活保護系統的狀態；右半部分包括遠程備份保護原理下由激活的備用元件引起的停機狀態，即負載限制值大于被保護元件轉換后的負載限制值的狀態。

狀態1為電路正常狀態，過渡到狀態2表示A型故障，這種故障可以通過恒控方法檢測到，狀態3表示A型故障，可通過周期控制方法檢測。從狀態1到狀態4的過渡意味著存在B型故障的可能性，可以通過自檢方法檢測到。狀態5包含了類型C故障，過渡到狀態6有其他故障或A、B、C類故障的可能性，且這些故障無法通過上述方法檢測到。從狀態2、3、4到狀態7的過渡是用過渡率進行的，該過渡率通過所述方法與維護頻率相連接。只有在頻繁維護的情況下，才有可能從狀態5和6過渡到狀態1，狀態7表示通過上述方法檢測到的故障［5］。然而，保護繼電器端子的故障并不意味著維修的開始：通信系統和中央報警系統必須啟動，或者應該對變電站進行檢查，以了解維修情況。過渡到狀態1對應于保護恢復，狀態1過渡到狀態14表示短路，可以在自動重合閘后潛在地清除。從狀態14到狀態15的過渡，對應于激活開關的頻率。

狀態15表示開關關閉，狀態15到狀態1的過渡速率與自動重合閘時間相關。狀態1過渡到狀態16表示不可修復的短路，在開關（16-17）關閉后，只能以與一次設備維修時間成比例的頻率來清除短路故障。狀態10表示由于保護繼電器失效而導致斷開的錯誤命令，狀態11表示開關因錯誤原因斷開。將元件的恢復速率和保護繼電器相加，直接恢復到狀態1。被保護元件的短路概率用繼電器故障時的過渡狀態2、3、4、5、6、7、9到狀態12來描述［6］。元件和保護同時失效的情況對應于狀態1過渡到狀態12，狀態12到狀態13的過渡適合備用開關裝置斷開的時間。下表給出了從一種狀態過渡到另一種狀態的描述。

表 設備可靠性基本參數

考慮到前文所述內容，并使用表中的系數，可以制作一個維度為18×18的轉換矩陣，由于該矩陣尺寸巨大，因此本文沒有列出。躍遷率的值等于表中的值，i對應于表中起始節點的個數，j對應于結束節點的個數，jmax對應于矩陣T的列數。主對角線上的矩陣元素按式（1）計算。

則系統在所有18種狀態下所需的檢測概率可由式（2）計算。

公式（2）表示的系統是奇異的，為了解它，最后一個方程被求和的條件所取代，在所有狀態中，概率是1。線性方程組的結果是P列。

2 模型應用分析

對于推導結果的分析，合理的做法不是單獨分析每個狀態的概率，而是分析一般系統狀態的總概率。為此，我們挑選了三個特征：（1）保護不可用性。保護不可用表示保護繼電器和自動化在不可用狀態下的檢測概率，即圖2中橫軸以下的狀態2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、18。 （2）組件不可用性。組件不可用是指受保護組件切換器和備用切換器斷開用戶連接，即具有相當大的負載限制。 （3）異常不可用性。異常不可用表示受保護組件切換器斷開用戶連接，即僅受保護組件的相當大的負載限制。

前面說過，微處理器保護的優勢在于自檢函數。它是由依賴模型發展而來的，圖3反映了在允許不同階次設備覆蓋的情況下，自測函數（效率分別為0、50%、90%、100%）對保護測試的依賴關系Ppu、Peu、Pau?？梢钥闯?，這三個函數對控制周期的依賴關系相似，只是絕對值不同，這可以用一次設備斷開來解釋。由圖3可知，自檢算法對保護繼電器故障的覆蓋程度越大，維護的必要性越小。

圖3 自行測試結果圖

當覆蓋率為100%時，由于設備故障的檢測概率不取決于維護頻率，因此幾乎不存在維護的必要性。然而，當覆蓋不滿時，不可能說不維護的操作是最佳的。需要對選項進行進一步的技術和經濟比較。

無固定值守人員的變電站運行的一個重要特點是與控制站的連接規律，這對繼電保護的故障信號傳遞到控制站并獲得故障信息具有重要意義。如果連接被拒絕，檢測緊急情況的唯一方法就是進行檢查，檢查頻率的度量是兩次檢查之間的間隔時間。根據圖3的結果，具有良好連接和故障率很低的設備幾乎不依賴于檢查頻率，這就是圖表線不匹配的原因。在連接可靠性較低的系統模擬過程中，下一個依賴關系可以在這里看到：檢查越少，保護繼電器故障的檢測概率越高。

3 結束語

在本文的研究過程中，分析了保護繼電器可靠性的關鍵問題，特別是其對校準間隔的依賴。同時也指出了現有模型存在的主要缺點，如接線系統丟失、故障劃分不屬于繼電器的確定單元等。所建立的模型吸收了現有模型的優點，部分地解決了上述兩個問題。并根據該模型在無法實現保護繼電器的完全自檢和自動化的情況下，進行了可靠性評估。隨著自檢程度的增加，維護的必要性變得更加不確定。在確定最佳維修周期時，必須采用符合系統技術經濟特點的優化方法。