考虑检修策略的智能变电站保护系统可用性分析

吴雷雷

摘 要：对智能变电站可靠性进行分析可以从两个方面展开，一是组网方式，二是检修工作策略。基于智能变电站基本维修任务建立相应模型，之后应用不同方法对可靠性进行检测。本文就考虑检修策略的智能变电站保护系统可用性分析作简要阐述。

关键词：智能变电站；保护系统；可用性分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.184

与一般性变电站相比，智能变电站优势十分明显，我国应用的智能变电站数量众多，并且采用了大量新技术，技术在应用的同时需要对其可靠性予以关注。结合智能变电站管理工作经验，从两个方面对智能变电站可靠性进行检测。检修策略存在的差异可能会导致系统可用性存在差异，状态检修工作实践证明，智能变电站比一般性变电站更加复杂，对系统可靠性产生的不利影响也更大，但是相比之下，智能变电站能够采用更加先进的检修策略，使得结构复杂性方面的缺陷得以弥补，可靠性得以提升。

1 智能变电站保护系统的检修模型

1.1 保护系统功能分解

保护系统的基本功能在于当电力系统出现故障时能够及时发出跳闸命令，而在元件运行处于非正常状态时发出警告信号。智能变电站保护系统基于传统保护系统并有一定创新，由此可以依据保护工作基本原理将系统分为三个子系统，并且是相互独立的，系統相互配合从而完成工作。对于智能变电电站而言，保护功能最大的变化在于逻辑系统，智能变电站逻辑系统可以将其分解为分布于不同硬件的互相通信逻辑节点。当其中一个或者是多个节点无法正常工作时，功能就可能会出现降级，由此可知，系统保护功能需要兼顾硬件与逻辑系统对保护功能产生的影响。

保护功能分解则是指将整体保护功能细化，对应具体系统构成，如表中所示。

1.2 系统数据获取

对系统可用性进行分析，其数据包括信息管理系统，维修工作报告，运行报告，现场运行相关信息，经验信息，预试检修相关信息等。随着监测技术的应用，信息来源应该进一步扩大，从而使分析工作结果更加的可靠。可用性分析基础数据获取，主要是利用系统保护监测功能实现的，依据表中流程收集数据。与传统方法相比，数据收集效率能够明显提升并且数据真实性与可靠性也能得保障。

1.3 检修策略

长期以来我国电力设备在检修工作方面都是以计划维修工作为主，定期检修作为辅助，在线监视系统应用，智能变电站检修逐渐变为以视情维修为主，辅以故障维修，检修工作效率与质量有了明显提升。但是由于各区域实际情况存在差异，因此工作需要结合到具体情况，灵活开展，如某些地区检修工作，每年春防春检为主，月检，季检为辅。

1.4 计划停运与非计划停运

计划停运主要是由视情维修与计划维修导致的，非计划停运则是由故障维修导致的。检查策略的先进性体现在通过对计划停运进行合理安排，从而使非计划停运时间减少，对总的停运时间进行控制。对于保护系统而言，还可以对非计划停运作进一步细分，一是事故已经发生，二是事故还没有发生。系统自检与运行巡视能够将事故类非计划停运概率降低。与常规变电站相比，智能变电站光纤回路的自检能力良好。

2 智能变电系统可用性分析方法

RBD方法应用能够对特定系统的元件间逻辑连接进行描述，并且通过分析可以得到系统结构函数。状态检修将设备延迟时间作为理论依据，从设备投入运营时刻到潜在故障被检测出，这一时间称其为初始时间，延迟时间则是潜在故障到功能故障发生，如果状态监测其执行周期小于延迟时间，及时发现隐患的可能性非常大。否则事故可能会导致停运，并且是非计划停运。由于系统运行时间短，关于延迟时间先验分布缺乏，考虑到进行可用性分析工作的需要，仿真工作进行时不用延迟时间对状态监测工作效率进行描述，而是利用公式对失效检测阀值进行定义。阀值表示的含义是，元件或者是装置剩余寿命小于该数值时，应用状态监测方式可以有效发现潜藏故障。当该结果值等于零时，则表明应用此方法无法有效对故障进行预测。当该数值为0.5时，则表示设备寿命剩余50%时，潜在故障可以被检测出。鉴于故障发生的时间是随机变量，因此延迟时间也是随机变量。

蒙特卡洛仿真利用重复统计实验对数学及物理问题进行求解。

3 智能变电系统可用性仿真分析

对于不同组网方式利用不同的检修策略，结合到蒙特卡洛仿真计算其可用性。对于常规保护系统，代表的是常规变电站的不同情形。平均首次故障时间表示的是系统首次故障修复所用时间，不同组网方式下，需要的时间不同。系统失效产生的损失通过总停运时间来表示，总停运时间组成又包括计划与非计划停运时间，后者产生的后果更严重，因此对电力系统损失进行衡量时通常应用的是非计划停运时间。

总的停运次数包括了计划与非计划停运次数，其中后者反映的是事故抢修次数，事故抢修工作特点体现在工作时间长而准备工作的时间短，工作结束后故障率较高等特点。检修策略会对系统可用性造成较大影响，如果应用传统检修策略定期开展检修工作，智能变电站在组网方式方面可用性会低于常规方式。而如果应用状态检修策略，不同组网方式可用性会优于常规系统。

如果是应用定期检查方式，各种组网方式中，可用性最高的是直采直跳方式，最差的则是网采网跳。应用状态检修方式后系统可用性水平都会有相应的提升。组网方式不同，可用性方面的差异也会缩小。

状态检修能够提升系统可用性，主要原因在于非计划停运出现的概率会明显降低，从而提升了平均首次故障时间，应用状态检修方法可以在故障发生前检测出故障并且采用一定措施解决问题，停运概率因此而降低。

应用状态检修其效果在一定程度上是由所采用的监控手段能否及时发现故障决定的，由于智能变电站保护系统可靠性参数统计，因此仿真工作进行时通常会做一定假设。元件故障及其修复工作需要的时间都服从指数分布，保护装置可靠性需要高于常规保护。增加了部分插件但是常规保护开关量与模拟量插件减少，可靠性参数设置与常规保护非常接近。智能终端，同步时钟，合并单元，交换机等组成部分其可靠性要高于保护装置。通信介质则包括了光纤接口，光纤，光模块等。利用交换机组网时，考虑到光模块数量少，温升低，丢包率与误码率比较低，需要对故障进行设置。电子互感器可靠性比较差，MTTF设置为保护装置的一半，常规互感器则设置为一倍。

4 结束语

智能变电站由于系统结构复杂，应用组件较多，通过状态检修方法解决电力系统中的故障，前提在于对保护系统监测方法与故障特点进行分析。智能电网构建的关键就在于智能变电站，为确保电力系统的稳定性，就需要增强继电保护设备的可靠性，从而为社会经济发展提供正常的电力供应。

参考文献：

[1]何旭，姜宪国，张沛超等.考虑检修策略的智能变电站保护系统可用性分析[J].电网技术，2015，39（04）：1121-1126.

[2]曹力行.智能变电站继电保护系统状态检修策略研究[D].华中科技大学，2015.

[3]冯德烈.智能变电站继电保护检修作业安全风险管控策略分析[J].华东科技：学术版，2015（07）：204-204.endprint