继电保护状态检修信息系统构建

摘　要：随着电网规模、电网运行技术的快速发展，电网安全运行将更多取决于保护及二次回路控制系统的安全性、稳定性。同时由于众多二次设备需要检修，原来的计划检修机制已经不适应电网的发展要求，就需要一种新的设备检修机制，即设备状态检修机制。本文根据设备状态检修机制发展历程，以及原继电保护计划检修存在的弊端进行归纳，提出一种继电保护设备状态检修信息系统，该系统从状态监测、分析诊断、检修决策、专家辅助等子系统进行分析。同时本文也对状态检修目前存在关键注意点总结，在继电保护状态检修未来的前景在技术上作一些展望。

关键词：状态检修 计划检修 状态监测 分析诊断 检修决策

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0008-02

随着电网容量的不断增大和用户对供电可靠性要求的日益提高，电力设施检修管理的重要性日益突出。如何采用合理的检修策略，运用高科技手段，采取最佳检修方式，抓住最佳检修时机，保证设备安全运行，提高设备运行的可靠性，成为电力行业越来越重视的问题。

1970年美国杜邦公司首先提出了“在普遍掌握设备概况的基础上，确定极少数状况不好的设备实施检修”的状态检修基本思想。其基本思想是以设备的状态响应为基础，通过对设备的连续性观测并综合其它因素，识别设备已有的或正在发生的或潜在的的设备性能劣化现象，对设备状态做出合理的评估，确定设备最佳检修时机。状态检修的目的是减少设备停运时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备寿命，降低运行检修费用，改善设备运行性能，提高经济效益。

为了推进我国设备状态检修工作的开展，1987年国务院颁发了《全民所有制工业交通企业设备管理条例》，指出“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维护技术现代化水平”等。随后各电力公司相继颁发设备状态检修条例、制度、规程等，如2001年国家电力公司颁发《火力发电厂实施设备状态检修的指导意见》等。

1 传统计划检修体制弊端

根据DL/T995-2006《继电器保护和电网安全自动装置检验规程》的规定，微机保护部分检验周期为2～3年，全部检验周期为6年，这说明目前保护定期检修体制主要实行以预防性检修为主的计划检修体制。长期以来该定期检修方式为供电可靠性做出了不可磨灭的贡献，并且从维护设备的正常运行角度看，有利于消除设备的隐含故障或缺陷。

不难看出，这种该体制一般采取定期维护形式，检修项目、工期安排、检修周期均由管理部门根据相应的规程或经验确定，而不管设备的实际运行状况，都必须一律“到期必检”。随着电网规模不断扩大，设备剧增，该定期计划检修体制呈现出弊端，主要表现在如下方面。

（1）计划检修必须有大量的人力、物力投入。到目前，我局110kV以上的变电站有170于座，平均每座变电站按照10套计算，共有1700套保护需要定检。根据规程，微机保护部分检验周期2～3年。按照每年需要部分检验的微机保护数量500于套/年。这类工作必须要3人，每年必须6以上人员每天进行常规的保护检验，同时必须要求一次设备停电配合，也需要运行人员倒闸操作配合。因此，按照规定的检验周期要求完成保护检验是极其困难的。

（2）计划检修必然导致部分运行状况较好的设备周期性停运，降低了设备利用率和增加不必要的检修费用，而对一些存在缺陷、需要及时检修的设备得不到检修，降低了设备运行的安全可靠性，甚至到事故发生后才得到检修，扩大了经济损失。

（3）频繁的停送电操作，客观上增加了误操作的机率。同样，经常性的检修工作，使检修人员人身安全的压力无形增大，不良现场检修条件和落后的检修工艺导致设备损坏的概率加大，增加了检修过程中产生新的设备隐患的可能性。甚至有时会把好的设备检修坏，变成“劳而无功，劳而有过”的局面。

（4）大量设备的定期检修，已不可能使每项作业安排在合适的自然环境期间内进行，而不良环境对设备检修的影响，会使检修质量达不到应有的效果。显然计划检修实际上具有一定程度上的“盲目性”，使得计划检修效率不高，反而降低劳动生产率。

（5）如果在某一时期有为数较多的设备同时投运，在今后的计划检修中将导致一定时间内检修工作量剧增，按照设备检修规程要求去执行每项工作，将使设备所需要停电时间远远大于电网调度所能安排的停电时间，此矛盾造成很多检修内容难以执行，影响检修质量。

2 状态检修的优点

继电保护状态检修是一种先进的设备检修管理机制，是电力系统日益发展在继电保护日常维护领域的表现。状态检修可以及时发现设备故障，依据设备故障的程度而采取不同的检修方案，并合理安排时间及项目检修工期，保证电网的安全稳定运行。继电保护状态检修具有如下优点。

（1）有利于及时发现继电保护装置的故障，并能准确地定位故障点，为检修工作提供明确的目标。

（2）延长了传统的机械的定检周期，减少过度检修或不恰当检修造成的装置损坏以及检修期间人为造成的保护误动事故。

（3）提高继电保护装置投入使用率，减少不必要的停电，节省大量的人力和物力。

（4）提高电力系统调度和运行管理水平，提高处理电力系统事故的快速反应能力，提高电力的供电可靠性。

（5）适应电网一次设备状态检修体系推广。

3 状态检修的基本思想

状态检修是以设备当前的实际工作状况为依据，通过高科技状态监测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势做出合理判断，从而确定设备部件的最佳检修时机，其决策流程如下。

步骤1：在线监测观察记录设备的状态。

步骤2：对在线监测数据进行分析、诊断、预测，确定设备有无故障及缺陷。若无故障转到步骤1，有继续下一步。

步骤3：将预测的设备故障个数、设备的可靠性，以及故障发生可能的损失等数据作为依据，判断故障设备的严重程度，确定设备是否需要检修。如需要则制定检修方案，若不需要转到步骤2。

步骤4：根据设备故障的程度大小，制定设备状态检修方案，决定最优检修时间点检修项目及工期。

从上述设备状态检修的基本思想流程和决策流程可知，状态检修的本质就是在电气设备状态监测的基础上，根据监测的设备状态数据进行分析诊断，并按最终结果科学安排最优检修时间点、检修项目及工期，从而构成保护状态检修系统。可以看出，状态检修主要包括三方面子系统。

（1）保护设备状态监测子系统。

（2）保护设备分析诊断子系统。

（3）保护设备状态检修决策子系统。

状态监测是设备状态检修的基础；设备诊断是以状态监测为依据，综合设备历史数据，结合专家分析系统、风险度评估系统等辅助方法来判断设备的健康状况；设备检修决策建立在两者的基础上，通过不断的比较、优化，使设备的检修具有最大的可靠性和最低成本消耗。

3.1　保护设备状态监测子系统

状态监测是保护设备状态检修的基础。为此必须建立保护状态监测系统，该系统应具有如下功能。

（1）实时对保护设备及相关回路环节的接口监测、信息采集。主要实现装置、相关二次回路、跳合闸等关键信息的采集，如保护的电流、电压大小及相角、功率方向、差动保护各侧电流相位及差流等，这是继电保护实现状态检修的基础。

（2）及时完成各接口设备之间信息传输。主要采用抗干扰的光纤作为媒介进行传输。

（3）准确对监测信息数据进行集成分析、管理。主要应用在保护连接片变位时产生报文管理；实时对保护运行定值进行核对；保护装置自检及硬件异常报警管理；及时准确完成在系统有故障时将故障时间、故障类型、故障相别、测距等自动上传管理；操作回路异常告警管理等。

3.2　保护设备分析诊断子系统

要对保护设备进行准确的诊断，必须具备如下条件。

（1）数据库的建立。该库的数据主要来源于3.1保护设备状态监测系统。

（2）知识库的建立。该库的知识具有对设备运行状态分析与预测故障的作用，如保护设备的有关配置标准、检验规程、技术导则、保护设备在历年来呈现的故障概率、平时收集的相关专家分析的文献及经验。保证生产管理系统中设备参数管理等、参数、试验数据正确。

（3）保护预警功能。可以实现保护及二次回路报警，如核对保护运行定值发现错误及时报警、保护装置自检及硬件异常报警、操作回路异常告警等。

（4）继电保护现场缺陷分析库建立。如类似设备平时出现缺陷要进行总结分类，建立缺陷分析库为设备分析诊断作参考。

3.3　保护设备状态检修决策子系统

保护设备状态检修决策子系统是在上述分析诊断子系统基础上进行设备检修决策，查找故障点，确定设备检修的时间、检修工期。故障点的确定可以由以下步骤进行。

（1）分析数据及异常报警报文。

（2）根据监测到保护装置硬件、运行定值、二次回路、设备运行参数的变化，查找故障点的位置。

（3）再根据保护运行状况结合电网的运行相关参数，进一步分析故障点的性质。

确定了故障点及性质后把需要进行检修的保护等情况制定检修方案、填写检修申请单，向生产管理系统送到相关部门审核批复后，立即根据批复方案进行检修。

3.4　保护设备状态检修辅助决策子系统

检修辅助决策子系统由专家分析系统、风险度评估系统等多系统组成。根据保护装置及二次回路的报文信息，利用推理规则进行推理分析，同时结合经验进行推断来确定设备可能出现的故障部位。如以下依据可以作为诊断设备参考[1]。

（1）同一变电站大部分设备及不同类型报文产生时间小于100ms为复位启动。

（2）同一变电站的同一保护装置II、III段、重合闸等动作时间小于10ms为保护误发报文。

（3）同一变电站的同一保护装置自检报文两个以上动作或复归时间小于10ms为保护误发报文。

（4）同一变电站的同一电压等级的保护装置两个及以上装置报PT短线大于100ms为系统交流回路异常等等。

建立一个专家推理规则系统相当复杂，为了充分发挥检修辅助决策子系统，还需要建立推理所需要的知识规则库，并具有自学完善等人工智能功能，这方面的工作需有待于继续开发和探索。

3.5　处理好状态检修与计划检修的关系

推行状态检修并不是否定原来的计划检修作用。面对众多设备需要检修，就有一种适应该形式的检修机制，而状态检修是对设备在受控状态下进行的有计划的检修，只不过它“计划”的依据不是时间而是所掌握的对象设备的状态。一方面从定期检修转变到状态检修要有一个循序渐进的过程；另一方面对那些在现有条件下无法准确预知设备状态或者要付出高额代价的项目，一般仍宜采用传统的定期检修和故障检修方式。

3.6　状态检修组织机构的建立

推行状态检修实施首先要在现有组织机构上进行，明确决策、管理、执行各层的责任。对应三个小组。

（1）领导小组：全面负责保护设备状态检修的组织、计划、决策、落实、指导、协调和检查。

（2）工作小组：根据状态监测的数据、报文等信息决定设备检修的具体准确时间点、检修项目及工期。

（3）诊断小组：承担设备状态检修的日常工作，对设备进行分析、诊断。

在状态检修工作中发现问题，诊断小组必须立即进行相关设备异常分析，提交设备状态报告和初步检修建议，工作小组汇总初步信息和建议后，进行综合分析，同时参考专家系统的建议，将得出的综合检修方案报领导小组进行检修决策，随着技术的逐步发展，工作小组和诊断小组的工作大部分可由计算机完成。

3.7　状态检修必须关注的问题

保护实施状态检修必须重点关注以下问题。

（1）建立基于状态检修的数据库，分析保护设备的可靠性、可用率、生命周期等关键指标。

（2）广泛运用各种在线监测系统、在线温度监测技术、智能操作回路等，划分保护系统的各环节，确保被监测设备不存在“盲点”。

（3）建立基于设备状态检修的缺陷分析库、事故分析案例库等，必要时采用分类、分层、分区等方法总结同类设备长期存在的隐患重点区域。

（4）通过对采用智能存在板、程序化功能自动测试手段将保护的检验尽量配合断路器检修时进行，减少人为因素对设备校验影响。

（5）将对于保护的检验重点从定值复核、保护功能逻辑的确认上转移到回路与辅助设备的检查。

（6）要特别关注微机保护的干扰问题，尤其是开关站的就地保护。

4 结语

传统的保护计划检修逐步向状态检修方式过度，是电网发展的必然趋势。保护状态检修的关键是数据的实时采集，也就是整个系统的输入，系统的输出则是状态检修决策，两者之间始终由保护设备分析诊断子系统贯穿，是状态检修的核心。如何科学安排最优检修的准入时间点、检修项目及工期成为长期困扰实际应用的难点。随着继电保护技术的发展，如数字化变电站技术应用，新的要求将持续推动继电保护状态检修的进步。目前继电保护状态检修还存在许多困难，存在许多不足之处，整个工作需要进行完善。

（1）监测手段和监测装置需要不断完善，目前实施状态检修的设备还未真正获取设备状态的信息，必须有待加强。

（2）处于核心地位的分析诊断子系统还比较简单，存在大部分工作需要人工判断，判断的结果显然存在不准确情况，导致设备最佳检修时间点不理想。该子系统必须综合辅助系统，如专家分析系统等进行判断，需要逐步分阶段完善。

（3）目前大多数变电站还采用常规的二次设备，设备需要进行模块化、标准化的微机处理设计和制造，如保护装置、故障录波装置等，设备之间的联系需要使用高速网络通信。将常规的二次设备转变成具有逻辑功能的模块化以及高速通信网络化也需要一定时间才能完善。

（4）继电保护状态检修作为一种新型的检修机制，是电网发展的必然趋势。该工作涉及到管理的各方面，需要从设计、制造、安装、调试、验收、检修等各个环节进行全过程的管理，做好设备初始状态数据管理，该管理工作各环节需要长时间宣贯。

参考文献

[1] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].中国电力出版社，1999.

[2]State　power　Dispatch　Communication　Center　of　China.The　Applied　Technology　of　Power　System　Relay　Protection　[M].Beijing：China　Electric　Power　Press，1999.