基于保信系统的继电保护评估与应用

2020-01-14陈丽惠牛小松王瑞虎景佐文董治洲丁嘉熹

光源与照明 2020年11期

陈丽惠牛小松王瑞虎李昊景佐文董治洲丁嘉熹

云南电网有限责任公司保山供电局（云南保山 678000）

0 引言

随着智能化水平的提升，单纯依靠人为维护及检定设备已显得滞后，从而使现行的维修模式逐步转变为实际操作中的远程在线诊断模式，通过远程诊断判断设备维护的深度、设备定检的模式等。文章以保信系统为基础，探讨继电保护设备状态评估方案，具有一定的参考价值。

1 状态维修

状态维修是在有效监测设备状态的基础上，根据监测和分析诊断结果安排维修时间和项目，包括设备状态监测、设备诊断和维修决策三个环节。状态监测是状态维修的基础，状态监测设备是诊断和维修决策的基础，是在线监测与诊断技术的结合，综合应用设备和系统需求确定具体的维修计划或策略[1]。长期以来，电力系统实施状态检修采取的是以预防性维修计划为主的维修制度，主要根据维修程序确定维修项目，维修中存在的设备缺陷较多，维修中设备状况较好，维修条件过多，在一定程度上导致了维修的盲目性，很难真正做到根据设备所处状态选择开展强制维修还是基础维修保养，因此导致了维修保养的盲目性。

2 继电保护状态维修评估

电气设备按功能的不同可分为一次设备和二次设备，二次设备主要包括电气设备的继电保护和自动装置、故障录波器、现场监控和远程控制等。基于目前线路停电检修技术的发展，将面临设备检修停电时间越来越短的趋势，这对电气二次设备的检修提出了新的要求。特别是随着二次设备推广和变电站无人值班模式的快速增长，传统继电保护巡检工作中存在的问题凸显，导致盲目维修等情况发生。现有的传输和维修模式应逐步转变为实际运行中的远程在线诊断，根据设备的健康状况进行有针对性的检查和改造。

如何通过技术措施和相应的方法在系统维护、检修方法、检修项目和检修周期中确保保护设备的可靠运行并满足电网安全运行的要求，实施状态检修继电保护将成为必然[2]。选择继电保护状态维修的评估方法主要有神经网络评估方法、模糊故障树分析与评估方法和基于故障熵的状态估计方法。有效实现继电保护状态检修必须做好三方面的工作：一是获取足够的设备状态信息；二是满足远程传输的安全性和高速性；三是广泛收集继电保护装置的家族性缺陷信息。

由于主站保信系统和子站保信系统通常运行在安全Ⅱ区，从电网安全的角度来看，不适合直接远程传输，因此需要转变评估方式，文章主要从两方面进行阐述：一是基于保信子站状态的二次设备综合评价模型对设备进行。实现继电保护的状态评估，需要定义设备的正常状态。根据主站系统的实际情况，可从在线监测和历史评估两个方面定义设备的正常状态，而该模型综合考虑了二次设备状态监测信息和历史数据，可综合评价设备。二是继电保护二次系统在线监测与评估。通过在线监测功能可获得的继电保护装置信息包括通信状态、动作事件、报警信息、定值、压板、分闸量等，其中一些信息可以直接或间接反映继电保护装置的当前状态[3]。具体信息分类如下。

（1）通信状态信息。变电站继电保护装置由变电站保信子站和地调保信主站进行通信，只有变电站保护设备和变电所通信正常、保信子站和保信主站通信正常，主站侧才可以获取变电站保护装置的运行状态和各种监测信息，因此继电保护在线监测和评估的前提是基于正常保信系统的通信与传输[4]。

（2）运行状态信息。继电保护装置在正常运行时，其运行参数应与标准值或正常值一致或在允许范围内。例如，当设备运行在一定值时，相应的定值、软板、其他控制字的值应与标准值一致；在正常运行时，继电保护装置的实时监测数据应在预定范围内；继电保护装置在正常运行时，应处于不影响设备运行的状态，如通道故障、PT断线等；在正常运行时，继电保护装置的健康状态值应在正常范围内，如温度、湿度、CPU使用量、内存使用量等。

（3）巡检状态信息。该装置发送的信函除具有激活故障数据功能外，还具有基于主呼操作信息的响应功能，包括定值、呼叫记录响应列表、呼叫记录文件呼叫、呼叫状态模拟量等。

在实际操作过程中，偶尔会出现通信设备正常，主机发出呼叫信息，但没有收到响应信息的现象，如能及时发现并处理，可以避免未发现任何故障数据的呼叫设备出现故障的情况。为查明保护装置是否及时响应远程呼叫功能，主站可定期自动检测。自动检测应建立在保护主站和保护装置正常运行的基础上，检测试验不应过于频繁，间隔时间可适当延长，如一周自动巡检一次，或每月自动巡检两次等。当继电保护装置正常运行时，设备检查试验结果应正常。

3 历史保护装置运行水平评价

除评估继电保护装置的当前运行状态外，还需要从继电保护装置的历史数据分析历史运行水平，这样才能基于保信系统从设备运行年限、长时间运行以来通信可达速率情况等方面形成继电保护运行状态的评估规则，从而强化基于保护与故障信息系统的继电保护的评估和应用。保护装置历史运行水平形成依据主要包括以下几个方面。

（1）通信速率。继电保护的近期通信速率应达到标准，如果通信条件存在中断现象，通信不稳定，需要通知维修人员及时处理，确保通信速率达到巡检要求。

（2）运行寿命。微机继电保护装置的使用方式，决定了需要其长时间用电，由于高温、高湿以及变电站现场粉尘等因素，其内部元件将加速故障概率的发生，随着运行时间的增加，微机继电保护装置的安全可靠性将相应降低。因此，继电保护装置有使用期限，国内的继电保护装置一般运行不能超过12年，如果延长使用期限，电气系统运行的安全风险将大大增加。在运行期间，还需要对继电保护进行检修，以便及时更换老化元件。

（3）设备缺陷。继电保护紧急缺陷是指继电保护和安全自动装置本身或相关设备和回路的缺陷，可造成主保护功能丧失，直接威胁系统安全运行；继电保护重大缺陷是指继电保护和安全自动装置或相关设备及电路出现问题，导致部分保护功能或性能下降，虽在短时间内仍能坚持运行，但需尽快安排处理的缺陷；继电保护一般缺陷指除紧急及重大缺陷外，并不直接影响设备和电源的安全运行，关键功能、继电保护和自动安全装置没有受到实质性影响，一般性质对安全运行影响较小的缺陷。在主站监视发现中，继电保护缺陷的产生主要源于报警，包括设备的报警信息和主站的实时诊断。主站实时诊断主要来自二次设备检测、通信状态等[5]。当主站与变电站正常通信时，变电站报警受影响程度分为紧急报警、严重报警、一般报警。在运行过程中，主站接收保护报警，根据具体报警类型进行诊断。如果接收到的紧急警报或严重警报处于缺陷状态，则在接收到严重警报或严重警报时，更新缺陷状态。此外，保护主站还会实时获取设备的维护状态，使设备维护在无缺陷诊断的情况下运行。

（4）家族缺陷。运行和使用寿命与继电保护装置的工厂设计、制造工艺、软件版本、元器件采购和选型密切相关，也与运行环境和维护水平有很大关系。往往同一批保护装置同一型号和软硬件版本，都存在着家族同一类型的缺陷，如一些保护装置在液晶显示器或开关电源运行后的同一时间段内发生设备故障。相关人员可以收集这些缺陷的信息，为设备的运行提供指导。此外，可以通过资产管理业务平台缺陷维护管理模块导出二次设备运行缺陷历史信息，之后将导出的缺陷信息输入保信系统，成为保护主站、继电保护所收集到的历史信息的一部分。这部分缺陷信息包括保护模型出厂批次、电压等级、运行时间、设备类型、缺陷处理等，可用于开展某一类型设备的状态评估、保护装置评估和家族缺陷信息输出[6]。

4 评价算法

根据评估内容，从两个方面对非在线继电保护在线监测的现状进行综合评估，如图1所示。具体而言，一方面，基于非维护设备在线数据的在线监测状态评估，如警告、特征值、运行值、通信状态、自动测试、设备当前运行等的评估；另一方面，根据非设备维护历史信息评估历史运行水平，如动态记录、动作正确性、缺陷记录等数据。最后，结合在线监测状态评估和历史运行水平两个方面，对非维护性二次设备的运行状态进行综合评估[7]。