百万千瓦级核电厂升压站继电保护设备状态的智能检修方法研究

袁成川，屈天龙，郝 畅，孙 超

（大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东深圳 518124）

继电保护设备是百万千瓦级核电厂升压站的重要组成部分，在核电厂与电力系统的正常运行中起到至关重要的作用[1]。近年来，随着核电厂的快速发展，传统继电保护设备检修模式的效率低下，矛盾日益突出，难以适应核电厂升压站的现代化管理水平要求[2-3]。此外，核电厂积极推出检修模式的智能化提升，促进检修效率的提高[4]。继电保护设备作为升压站的第一道防线，在保障设备正常运行的过程中起到了决定性作用。

继电保护设备状态检修是基于实际生产运行中产生的工程数据，通过分析设备间的健康状态信息，建立标准健康状况的评价模型[5-7]。加权平均理论是设备检修的传统方法，基于模糊算法对单一因素进行评估，再进行复杂的设备状态分析[8]。智能技术的发展为设备检修提供了较好的工具，在设备故障信息不完备的情形下，仍能准确判断设备的故障类型以及辅助决策方案，该方法对测试精度具有较高的要求[9]。

1 升压站继电保护系统

1.1 二次回路

百万千瓦级核电厂升压站的二次回路由继电保护设备及其远动装置构成，与其他类型发电厂架构类似[10-12]。二次回路可对电气设备进行保护，按照电源的种类性质划分，可分为开关控制、电气闭锁、电压电流回路，且二次回路发生故障的概率较大，确保二次回路的正常是继电保护系统的关键。

1.2 断路器回路

升压站继电保护系统的断路器回路由电压回路、电流回路、操作信号回路、电气闭锁回路构成，共同协作完成断路器的切故障命令。

1）电压回路

电压回路核心部件为通过二次侧电路引出的电压测量线圈，连接并列装置与就地端子共线，通过自动切换控制测量装置动作。电压回路检验主要来自两个方面：一是电压回路的电阻值设置需要符合设计要求；二是电压降必须大于UN的3%。

2）电流回路

电流回路是通过二次线圈测量小电流从而计算得出大电流，电路从互感器的接线端到断路器的端子箱，最终到达继电保护设备的显示箱，电流回路必须注意接地点接地与绕组接线。此外，在纵联差动保护中，电流变比必须与压降一致。

3）操作信号回路

操作信号回路需注意三点：①操作信号回路的断路器可通过分合闸保护电气设备，操作系统可发送指令控制断路器分合闸，常闭辅助点向断路器发送合闸信号，并与测控装置相连；②操作信号回路可检测断路器本体信号，发送“SF6 低压警告”、“断路器非全相动作”等信号，当压力值下降后，二次回路对操作信号回路发出闭锁信号；③操作信号回路可对各回路进行检查，核实二次回路的正常状态[13-14]。

2 继电保护设备状态智能检修方案

2.1 检修功能分析

根据百万千瓦级核电厂升压站继电保护设备状态检修工作涉及的具体应用，设计部署功能，如图1所示。

图1 智能检修功能

图1 中，继电保护设备的智能检修方案共分为8 个模块。其中，故障分析在系统内执行两次，在检测故障分量超出正常值且在风险评价为高风险时，需进行故障分析。在工程实施步骤中，可根据核电厂继电保护设备检修的具体要求对各个模块做适当调整或分步实施。其中，数据采集为智能检修方案的核心模块。数据采集模块如图2 所示。

图2 数据采集模块示意图

2.2 继电保护设备状态检修

继电保护设备状态的智能检修方案流程如图3所示，详细描述从数据采集、数据处理到故障诊断的流程，对所有失效数据与误动数据进行统一收集并评价。若数据正常，则进行下一步操作；否则，启动数据分析、预测评判工作，并对以上操作做出执行建议。

图3 状态检修流程图

假设有一台继电保护设备，故障数为J，其为非其次泊松方程且强度参数为λ(t)，开始检修时刻t=0，(0,t)内进行检修，设备检修后的可靠度R(x/t)为：

核电厂要求设备的可靠度至少为R0，且检修费用满足经济性条件，若c1、c2、c3为检测过程所需费用、故障维修费用、停电时段损失费用，则在检修时段内所需的总费用可表示为：

若考虑继电保护设备可靠性与经济性的双重目标，则检修周期必须满足以下要求：

3 继电保护设备状态评价

3.1 基础数据分析

数据的采集与分析是继电保护设备智能检修的基础，在核电厂升压站范围内，继电保护设备制造、运行、维护等全过程中，采集运行前后的数据信息、电气设备试验信息、检修报告信息、检修状态、误动拒动信息，为下一步工作奠定基础。

基础数据分析主要是对继电保护台账数据、设备运行数据、继电保护设备检修数据开展采集、分析工作，即分析状态数据的来源情况，为建立实际的检修工作流程奠定基础。

3.2 状态量的确定

分析继电保护设备的内部结构原理，将评价内容分为两部分：二次回路部分与继电保护装置部分。上述两者可根据与设备状态关联信息判断其重要程度，在分析保护装置的内部结构、二次回路原理、电气闭锁回路后，判断继电保护装置的性质以及采取何种应对保护措施。

3.3 状态评价标准

按照评价周期的划分方法，继电保护设备状态检修评价可分为定期评价与动态评价。定期评价可根据电气设备的技术参数设置定时检修周期，通常定期单位为年；动态评价是对电气设备的状态进行全方位的评价。在台账分析模型的基础上，以间隔作为基本评价单位，综合分析电气闭锁回路与二次回路。采用扣分制进行设备状态信息的定期或动态评价，最终的结果为各单元项的综合分数。在综合分数发生明显变化时，提醒检修人员进行电气设备检修。具体的评价标准如表1 所示。

表1 继电保护设备评价标准

3.4 状态评价体系

传统的评价方法是根据收集设备或二次回路状态量等基础数据，通过模型算法综合评定设备间隔得分。但该方法受主观因素影响较大，即使采用人工智能算法仍存在一定的缺陷[15-16]。文中采用多模型状态评价体系保障继电保护设备检修的准确性，通过改进因子组合、算法对基础数据信息进行评价，并对检修方案进行灵活配置。其状态评价体系如图4所示。

图4 状态评价体系

4 智能检修方案的设计与测试

4.1 设计思想

继电保护设备状态的检修手段信息化是降低百万千瓦级核电厂运行成本、合理安排继电保护设备检修计划项目的有效途径，即通过构建百万千瓦级核电厂升压站继电保护设备检修管理系统是实现状态检修的重要手段。其设计与开发需以设备检修为方向，通过基础运行平台实现智能检修的基本功能。

4.2 测试效果

以面向对象的Visual Basic 6.0 为测试平台，设计9 种百万千瓦级核电厂升压站继电保护设备检修情景，模拟真实场景进行实时状态检修测试，测试结果如表2 所示。

表2 测试结果

5 结束语

该文对百万千瓦级核电厂升压站继电保护设备状态的智能检修方法进行研究，设计了设备的智能检修方案，继电保护设备的智能检修方案共分为8个模块，分别为数据采集、数据准备、故障预警、故障分析、故障评价、分析决策、风险评估、决策建议。对方案的各个功能模块进行分析，从数据获取、状态评价到预测评估，全方位评估继电保护设备的运行状态。该智能检修方法具备较优的预期经济效益，可提高升压站的供电可靠性，降低核电厂的运维成本。