摘要：继电保护系统作为电力系统的重要的组成部分，对于保障电网的安全运行、防止事故发生起到关键性的作用。本文分析了近几年变电站继电保护状态检修技术的发展和应用现状，介绍了继电保护状态检修的技术实现和系统构建方法，指出了变电站继电保护状态检修的应用前景和存在的问题。
关键词：变电站；二次设备；继电保护；状态检修
1.继电保护状态检修现状
状态检修的主要目的是确保设备的稳定运行，提高其运行效率，降低运行成本，从而提高设备的可靠性，即电力设备在一定的时间和条件下完成规定功能的能力[1]。考虑到继电保护系统含有大量电子元件，回路结构复杂，在实际的维修操作中对所有损坏的元件进行量化分析显得不太可能。因此，可靠性研究主要从其评估指标和计算机模型入手，对故障发生概率和可能导致的后果定量评估，对失效数据进行统计处理，对系统进行维修处理，并结合经济成本参数对可靠性进行分析。管理人员将设备状态监测用于诊断依据，并结合设备的历史记录和先进的网络技术对不同继电保护设备制定出专业可靠的检修决策，科学分析出设备检修次数、项目、方式及间隔时间。
近些年，国内电力企业主要致力于电气一次设备状态检修，对于电气二次设备的状态检修没有引起足够的重视，而两者同属于电气设备，都很重要。解决问题的不全面使得一系列问题随之产生，衍生故障随之而来，造成不必要的损失。电力电子技术的发展和在相关领域的大范围应用，让继电保护设备不断地走向完善，使得继电保护设备能够更加的可靠和灵活。相关学者也陆续开展了继电保护设备检修的研究工作，有代表性的有：
陈乃松提出在进行继电保护装置检修时应遵守：（1）安全原则。安全第一，安全的检修环境离不开科学的检修策略，如此才可能展开进一步的对保护装置、自动设备的运行状态的检查工作；（2）经济原则，该原则要考虑自身的经济条件，根据条件适当的减少经济成本，同时选择不更换或者更新设备，应该尽可能的维护它，从而有效的控制检修成本；（3）计划原则，需要有计划地在继电保护装置中应用状态检修策略，这样才能使其发挥出作用[2]。
任欢通过分析试点控制及其在继电保护装置中的应用，提出状态检修规划较强的总体性要求，对相应的检修策略的规划、应用周期必须明确、具体，不得含糊不清、模棱两可，如此才能确保相应的二次装置的可靠性；在进行变电二次保护装置状态检修时，必须合理的设置试点，确保其代表性，使得由此而采取的状态检修策略切实、有效，能够真正解决相应的问题。不仅如此，对于检修人员的任务分派要合情合理，一切都需订立计划然后照此执行，如此一来，检修工作才会发挥大作用，相应的策略才会及时、有效应对出现的相应状况[3]。
2.状态检修主要技术支持
2.1传感技术
传感技术是实现预测性检修的重要手段。在对设备进行健康检查时，必然需要对设备进行全面的“把脉”，因此在对设备进行故障诊断过程中首先取决于通过传感技术获取的尽可能详实的信息，这是数据处理和诊断决策的基础[4]。我国大约从年代开始对传感技术进行研究与开发，随着传感技术的在开发、设计、制造、可靠性等方面的的巨大进步，传感技术已经成为电力行业不可或缺的部分。除了传感技术自身性能指标外，通常对于特定的设备，还需要对传感器安装的位置等一些因素进行分析与研究。
2.2信息采集处理技术
在电力系统中，传感器基本都是非侵入式的，不会对所监测设备的正常运行造成危害。所监测的信号可以分为状态变量、效率信息等。不同的信号信息反映了不同的设备状态，在电力系统中常用的信号有局部放电产生的电脉冲信号、变压器等中产生的气体生成物、超声波、电磁辐射量、光、热等现象[5]。因此，针对于这些由传感器获取的海量信息，为了有效地对设备的运行状态进行判断，需要对不同的信息采用不同的信号处理方式。
2.3干扰抑制技术
对于实际运行的电力设备而言，在运行过程中会受到各种电磁干扰，这就影响了传感器采集到数据的有效性和准确性。对此，往往采用抗干扰的措施。抗干扰的措施分为硬件措施和软件措施两种。硬件措施包括硬件滤波器（LC滤波器）、数字滤波技术和手段软件手段包括小波变换技术、数字图像处理技术。通过软、硬件手段的综合使用可以有效地剔除掉采集信号中的各种噪声信息，将有效信号进行还原，以方便对监测设备的运行状态有效判断。
2.4模式辨识技术
当通过传感器获得大量的数据后，如何对设备的各种故障信号进行分类，这又将是一个研究热点问题。传统的方法是采用信号的频谱分析法，将故障数据进行谱分解来进行辨识。但是，上述方法有很大的局限性，因为当多种信号（包括没有剔净的信号）叠加后，难以在频谱区域内有效区分[6]。因此，大多数研究围绕此问题展开，研究常采用的方法有神经网络模糊辨识、专家系统、小波分析技术、数据挖掘技术等。这些技术能有效地将所研究的故障信息进行提取和特征识别。
3.继电保护系统各组件的检修策略分析
3.1光纤通信通道检修策略分析
在检修策略方面，原则上可采用定期检修、故障检修和状态检修三种模式。由于光纤通道数目众多，定检工作量大，同时，不必要的定检也易造成光纤折损，或安装不良，引起衰耗增加，因此，光纤通道采用定检方式并不适宜。而故障检修是指当光纤通道故障后才实施检修。由于光纤通道是变电站各类数据的主要传输通道，一旦故障，将会严重影响变电站IED设备的正常运行。特别是SV和GOOSE信号通道，其故障或运行异常将可能导致保护闭锁退出或无法实现开关跳闸的不良后果，影响电网的安全可靠运行[7]。鉴于目前光纤通信通道运行状态的在线检测技术已基本成熟，同时，光纤通道在运行过程中的故障大多由衰耗增大或光模块收/发功率降低所引起，且具有随时间渐变的特质，从而为实现状态检修提供了有利的技术条件和实施基础。因此，对光纤通信通道可根据其运行状态在线监测结果，采用状态检修策略。一方面可大幅降低检修工作量，防止定期检修中不必要过检造成的可靠性降低。同时，可在通信通道发生严重故障，如断链故障前，及时检出异常运行状态，并有针对性地采取应对措施，防止二次系统IED设备由于通信异常所引发的不良后果。
3.2合并单元检修策略研究
合并单元作为保护、测控等智能设备的数据提供组件，其运行可靠性对保护和测控系统的正常工作有重要影响。在检修策略方面，由于合并单元的故障和异常运行工况大多可通过直接和间接的方式实现在线监测，同时，许多故障程度具有随时间逐渐变化的特质，故其检修方式可采用状态检修为主[8]，故障检修为辅的优化策略。
对于光收/发模块功率偏低、采样值报文发送时间间隔离散度偏大、采样值报文丢帧或错序、采样值无效、两路A/D采样值不一致、同步脉冲偏移过大等故障和异常运行工况，目前已具有良好的在线监测手段。
3.3智能终端检修策略研究
智能终端与合并单元、继电保护等其它智能组件不同，其含有许多出口继电器回路，而这些继电器回路通常不能带电运行，因而难以实现在线监测，这也是继电保护系统实现状态检修面临的关键技术难点。在合理制定检修策略方面，由于智能终端结构复杂，不同部分的故障特征、在线监测手段和故障影响程度存在较大差异，因此，其检修方式宜采用状态检修、故障检修和定期检修相结合的模式。对于智能终端的光收/发模块功率偏低、GOOSE报文丢帧或错序、报文时间异常等运行工况，目前已具有良好的在线监测手段，同时，这些故障也具有随时间逐渐变化的特性，可采用状态检修方式，即实时将相关在线监测结果上传至站控层状态检修监控决策单元，由其对智能终端的运行状态进行评估分析，一旦满足检修条件，如收发功率持续降低、单位时间内报文丢帧率或错序率增大、报文发送时间间隔离散度超标超标，并达到检修门槛值时，发检修告警信号，实现状态检修。
4.变电站二次设备状态检修系统的构建
4.1系统业务应用分析
本系统的正常运转，有效地保障了各设备的安全高效运行。系统中继电保护设备及二次回路设备状态检修的关键在于把握设备的健康状况和运行可靠度，并需在实际工程中不断地加以完善[9]。从本质来讲，继电保护状态检修就是在电气二次设备的设备台帐、运行检修基础数据和状态监测的基础上，根据设备状态量监测和分析诊断的结果，科学地安排检修间隔时间和检修项目的检修方式，包括了设备状态监测，设备状态诊断和设备检修决策等三方面。
图1 省级电网继电保护状态检修体系框架
4.2系统建设功能
继电保护设备及二次回路状态检修系统建设功能是基于七大业务板块之上的业务实现（包括基础标准管理、设备管理、监测告警、运行管理、状态检修检修管理，检修管理，决策分析等），可以简单概括为：获取并处理继电保护设备相关基础资料、设备实时/历史运行数据等反映设备健康状态的特征参数，评价设备当前健康状况，对状态劣化和趋势不良的设备及时发布状态告警消息，并进行有效的故障模式和原因的分析，最终通过综合优化检修策略模型分析，提出检修决策建议。
4.3开关量输入
二次回路状态在线检测主要包括保护接点动作型开入量二次回路检测以及一次设备位置状态开入量二次回路检测两方面，前者是为有效提升系统在突发故障情况下运行可靠性而引入的直接影响到继电保护设备动作的失灵启动保护、母差以及变压器保护等，在系统故障发生时失灵保护启动开入量由“0”变为“1”，对于系统中超时判断逻辑的引入可精准地实现回路状态在线监测；对于后者，是在当前开入量异常频发的情况下致力于提升系统运行可靠性的双通道回路、双校验方式，继电保护装置可通过增加部分功能逻辑和开关量输入回路实现对其一次设备辅助接点位置状态开入回路的检测。
4.4模拟量的状态监测
模拟量的状态监测，主要是基于提出的开关量输入二次回路状态监测之上的并列补充。发电厂运行控制过程中，开关量表示0、1的状态，也就是合、分，或者有、无，通、断。模拟量是实时状态，并用具体数值来反映设备状态的。同步相量数据测量、传输与记录采用采样脉冲与GPS时钟同步的方式进行[10]，开关量信号为有源24VDC/48VDC/110VDC/220VDC常开/常闭接点变电站相量测量装置采用SMU-1C同步相量管理单元、SMU-1M同步相量测量控制装置、GPS时钟单元、SMU-1P同步相量辅助分析单元构成全嵌入系统。
5.继电保护状态检修应用前景
继电保护系统实现状态检修的合理做法是，综合考虑设备检修和停运成本以及设备故障风险成本，确定优化检修周期。但由于继电保护设备故障所造成的损失与被保护的一次设备所传输的负荷功率、电网的网架结构、负荷转供能力以及可能造成供电中断的负荷性质等诸多因素有关，无法通过简单方法进行计算。因此如何获取相关数据及状态量，完成设备故障风险成本与停运检修成本的比较，进一步完善状态检修策略，将是下一步的主要研究方向。
综上所述，我国目前对于继电保护设备的状态检修信息化系统的建设相对来说仍存在着一系列缺陷，随着科学技术的快速发展，变电站继电保护的状态检修必然也将逐渐向着智能化、网络化的方向发展，为人们提供更加优质的用电服务。
参考文献
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[10]朱莉.继电保护相关二次回路的在线状态检测技术分析[J].电子技术与软件工程,2016(04):237.
论文作者:张杨
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/3
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