浅谈电力二次设备的状态监测

伍兆恒

【摘要】随着故障诊断技术的发展，状态检修逐渐进入实用化，并由于其巨大的效益而在工业界引起广泛重视，理论研究和生产实践都在进一步深入，本文将在研究国内外关于电力设备状态检修技术的文献基础上，对电力二次设备状态监测技术的现状进行综述，尝试为该领域的进一步研究提供一些新思路。

【关键词】二次设备；状态监测；监测内容

引言

目前大部分发电厂及变电站的二次设备检修仍停留在故障检修和预防性检修阶段。二次设备技术发展速度快，检修维护人员经验不足，存在检修过度和检修不足情况。二次设备故障将对电网运行造成更大的影响。相比故障检修和其他类型的预防性检修，状态检修通过状态监测手段收集设备信息，利用状态评价、故障诊断及预测等技术，制定有针对性和合理性的检修策略，提高二次设备可用率，合理的降低设备维修的人力、物力，提高经济效益。

1.电力设备状态检修的概述

电力设备状态检修是企业以安全、可靠性、环境、成本为基础，通过设备状态评价、风险评估，检修决策，达到运行安全可靠，检修成本合理的一种检修策略。它是建立在电气设备状态监测基础上，根据监测和分析诊断的结果科学安排检修时间和项目的检修方式，包含三个技术层次：设备状态监测、设备诊断及设备检修决策。设备状态监测是状态检修的基础；设备诊断则以设备状态监测为依据，综合设备历史信息，利用神经网络、专家系统等技术来判断设备的健康状况[1]；最后综合运行信息、电力市场等信息作出检修决策。

2.电力二次设备检修现状

随着用电负荷的高速增长，发电装机容量及电网结构规模也快速增长。然而大电网不断互联、交直流混合运行、多形式发电机组接入及复杂的用电侧需求等局面使电力系统的运行环境更为复杂。以广东电网为例，2014年7月10日广东电网统调负荷再创历史新高，达到9047.3万千瓦，成为全国首个统调负荷突破9000万千瓦的省级电网，相当于“2个东北电网或4个湖南电网的最高负荷”。

长期以来我国电力企业形成以故障检修与计划检修为主、相互结合的检修模式。目前电力二次设备主要分为继电保护设备、安自设备、自动化设备以及通信设备，涉及专业知识多，结构复杂。由于电力系统运行环境复杂，调度运行管理要求日益提高，目前二次设备类型多达数十种，而大部分装置运行状态输出只有告警、动作等信号，未能为运行维护人员提供完善的装置信息，运行维护人员便无法有效评估设备状态、无法及时更换可能存在问题的元件及无法合理安排设备的检修。而且设备的日常维护以人工巡视检查为主，若故障发生在巡视检查以外的时间，故障可能无法及时排除，故此维护方式存在根本性漏洞，仅适合作为检修的辅助性手段。

目前我国电力行业推行设备状态检修仍处于起步探索阶段，在设备检测、评估、维护等技术方面未能达到大面积推广，但各电力企业、设备厂家已结合自身的特点，制定了状态检修的导则、管理规定等指导文件，为下一步状态检修的应用打下基础。而其中设备状态监测是状态检修的基础，提供准确可靠的监测数据是状态检修的重要环节。

3.电力设备状态检修的监测内容

随着微机监控保护设备和通信系统的发展，数字化及智能芯片的运用给二次设备的监测带来的极大的便利，在监测范围和内容上更广更深。当前条件下的二次设备状态监测对象主要包括：交流测量系统、直流控制及信号系统、逻辑判断系统、通信管理系统、控制电缆屏蔽接地系统、二次设备装置的自检系统、报文动作记录等。

3.1设备开入开出回路监视

在二次设备正常运行中，较难发现回路是否有松动、接触不良等缺陷，且不少二次设备开入开出的告警信号仅出现在本装置中，并无接入厂站的监控系统。如果接触不良的缺陷发生在保护出口回路或者用于逻辑判断的开入量上，而刚好处于无人值守或巡检的间隙之间，将直接导致保护拒动或无法正确执行预设的策略。

现阶段对于开入开出回路的监视一般通过双重化的采集配合数据辨识技术来实现。对于二次回路的监视问题，在智能变电站的进一步发展后，未来会逐步转化为对于智能组件及通信状态回路的监测[2]。

3.2互感器二次回路监视

互感器二次回路会存在一些接触不良的隐性缺陷，这些缺陷大多难以在保护常规检验中发现。引起TA和TV断线告警可能由于以下情况：（1）发电机已停运或母线已停电；（2）二次空开跳开或保险熔断；（3）一次保险熔断；（4）通信故障；（5）回路断线或二次端子牌松脱（6）二次回路隐性缺陷，如多点接地，三相电压或者三相电流不平衡。

TA在线监测的方法一般是通过电流回路的不同信号的综合逻辑判断，通过交流信号的数值对比，比如三相电流长时间异常不平衡，负序电流和零序电流综合判断等方法发现预告问题，及时进行排查。

TV断线可以通过监控设备采集三相电流、电压及零序电压逻辑综合判断的方案实时给出告警。

3.3工况监测

工况监测主要包括二次设备软硬件系统资源监测，如CPU使用率、内存容量、系统占有内存的容量、磁盘空间等。工况信息目前更多存储在本地装置上，并无上传至调度端。在大多数设备运行维护过程中，容易忽视设备工况的检查，致使在传输数据信息量较大的情况下，设备系统资源较低导致瓶颈，影响设备正常运行。现代的二次设备系统注重从系统设计的角度和元件重要度的分析中去发现系统中的薄弱环节，从而帮助设计人员有针对性地优化系统设计，有效地提高系统的可靠性；从系统维护角度，元件故障情况重要度分析可以指导维护人员合理分配系统维修资源，建立优化的维护计划[3]。

3.4自检信息监视

二次设备进入微机时代后，设备具备更强的逻辑判断功能，设备自检信息也是在此基础上，逐步发展完善起来。通常电力系统二次设备上运行的控制器由中央处理器、数字信号处理器组成，处理器通过与外部设备的交互，判断其异常，记录异常状态并发送异常的信号[4]。根据当前运行的二次设备及数字化、智能化设备组件的未来发展，二次设备可以完成的自检功能如：存储器出错、程序出错、定值出错、跳合出口异常、直流电源异常、TWJ异常、DSP采样异常等信息。

4.结语

設备的状态监测是状态检修的基础。过往二次设备更多采用IEC60870-5-103协议和IEC60870-5-104协议或者硬接线的形式将告警信号等少量信息接入监控系统，现在随着数字化技术的推广和应用，IEC61850通信协议标准将是更合理的选择，更能便捷监控设备状态，为设备运行维护提供更多的参考评估信息，为状态检修带来更坚实的技术支撑。在可以预见的将来，状态检修这一先进的技术和管理体制必将在我国电力行业中得越来越多的推广和应用，取得令人瞩目的经济和社会效益。

参考文献：

[1] 陈绍光.电力系统二次设备状态检修探讨[J].云南水力发电，2005，05）：56-9.

[2] 袁浩，屈刚，庄卫金，etal.电网二次设备状态监测内容探讨[J].电力系统自动化，2014，12）：100-6.

[3]张沛超，高翔.全数字化保护系统的可靠性及元件重要度分析[J].中国电机工程学报，2008，01）：77-82.

[4]KasztennyB，RosolowskiE.Adigitalprotectiverelayasareal-timemicroprocessorsystem[C]//EngineeringofComputer-BasedSystems，IEEEInternationalConferenceonthe.IEEEComputerSociety，1997：460-460.