继电保护状态检修实际应用的研究

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本科生毕业论文题目：继电保护状态检修实际应用的研究专业：电气工程及其自动化年级：09年学生：文涛指导教师：李贤文完成日期：2011年03月04日 内容摘要电网配电系统电气故障的发生是不能完全避免的，在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响，为了确保城市电网配电系统的正常运行。必须正确地设置继电保护装置。本文首先介绍了状态检修的概念、优点,其次研究分析了设备检修方式的演变进程、状态检修国内外现状和动态并探讨了状态检修相关技术的发展趋势。接着讨论了二次设备状态检修的内容并着重介绍了二次设备的监测方法。然后，对在线监测及故障诊断技术在继电保护状态检修的运用进行了探讨。再次，阐述了PSMS在变电检修中的运用情况。最后，针对保护状态检修中一直希望解决的备品备件管理问题，设计了一种能全面反映备品备件入库情况、出库情况、类型数量、需求数量的智能备品备件管理系统。关键词：继电保护；在线监测与故障诊断；状态检修；备品备件21 目录内容摘要I目录II引言11状态检修介绍21.1状态检修的概述21.2状态检修的发展31.2.1状态检修的发展历程31.2.2国内外状态检修现状42二次设备状态检修62.1电力系统二次设备的状态监测内容62.2电力系统二次设备的状态监测方法72.3电力系统二次设备状态检修要解决的问题82.3.1二次回路的监测问题82.3.2二次设备的电磁抗干扰问题82.3.3一次设备与二次设备状态检修的关系82.3.4二次设备状态检修与网络管理信息（MIS）系统的关系92.3.5逐步推行二次设备状态检修的几项重点工作93在线监测及故障诊断技术对状态检修的意义113.1电力设备的可靠性技术113.2设备状态监测与故障诊断技术113.2.1状态检修故障诊断技术124SEL保护实现操作回路监视和保护状态164.1需解决的应用难点164.2实施实例165结论20参考文献2121 引言随着电力系统的不断发展，电网结构的日益复杂，分布范围变广，维护的工作量和成本越来越大。另外，随着二次设备数量的增多，继电保护在系统中的作用日益重要，继续采用以往周期性检修的负面效应也体现出来，比如检修管理人员的工作量不断加大，设备的频繁检修缩短了设备寿命，降低了经济效益等等，蔟于以上认识，我们提出了状态检修的检修策略。状态检修就是通过在线的和离线的监测手段，收集电气设备的运行工况信息，通过系统的分析诊断，判断设备的健康状态，决定设备的检修对策，进行大修、小修或暂缓检修，可在设备检修周期到来之前根据设备状况提前进行检修，也可根据设备的状况，延长检修周期，真正做到“应修必修”。本文在开始介绍了状态检修的概念,研究分析了设备检修方式的演变进程、国内外现状以及相关技术的发展趋势后,接着讨论了二次设备状态检修的内容并介绍了二次设备的监测方法。然后探讨了在线监测及故障诊断技术在继电保护状态检修的运用情况。最后设计了一种能全面反映备品备件入库情况、出库情况、类型数量、需求数量的智能备品备件管理系统。希望本文对提高变电二次设备的运行管理水平，保证系统的安全运行，具有一定的理论意义和工程实用价值。21 1状态检修介绍1.1状态检修的概述状态检修也叫预知性维修,首先由美国杜邦公司提出,以设备当前的工作状况为检修依据，通过状态监测手段,诊断设备健康状况,确定设备是否需要检修或最佳检修时机。状态检修的目标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。状态检修是建立在设备状态有效监测基础上,根据监测和分析诊断的结果安排检修时间和项目,主要包含设备状态监测、设备诊断、检修决策三个环节。状态监测是状态检修的基础,状态监测是设备诊断的依据,检修决策就是结合在线监测与诊断的情况,综合设备和系统的技术应用要求确定具体的检修计划或策略。电力系统长期以来实行的以预防性计划检修为主的检修体制,主要依据检修规程来确定检修项目,存在设备缺陷较多的检修不足,设备状态较好的又检修过度的状况,一定程度上导致检修的盲目性,实际上很难真正实现“应修必修,修必修好”的检修目标。状态检修与其他检修方式相比具有以下优点：1）开展状态检修是经济发展的迫切要求。对设备进行检修是为了确保设备的安全、可靠运行，而根据设备的状态进行检修是为了减少设备的检修停电，提高供电可靠性，开展设备的状态监测和分析，可以对设备进行有针对性的检修，使其充分发挥作用，即做到设备的经济运行。2）开展状态检修更具先进性和科学性。定期维护和检修带有较大的盲目性，并造成许多不必要的人力和费用的浪费；由于定期检修工作量大，往往使检修人员疲于奔命，加上现场条件和人员素质的影响，“越修越坏”的现象也时有发生。开展状态检修，可减少不必要的工作量，集中了优势兵力，检修工作又有一定的针对性，是更为科学，更为先进的方法。3）开展状态检修的可行性。随着科学技术的发展和运行经验的积累，已形成了较为完整的设备状态监测手段和分析判断方法，开展状态检修有较充分的技术保证。4）由于状态检修往往是以设备运行状态下的在线监测结果为依据进行的检修，所以能够预报故障的发生，使我们可以及时掌握设备运行状况，防止发生意外的突发事故。21 现在，大部分供电局的检修班组都依照定检周期表进行检修维护。这也是省网公司对检修班组的要求。而有些供电局的二次设备新旧种类繁多，有的老旧设备因为种种原因需要经常维护，使得还没到达检修的周期就需要进行多次的检修。因此，有部分供电局对一些老旧设备实行“逢停必维”的政策，意思是只要设备有机会停下来，就进行维护，这种做法有效地降低老旧设备的运行风险，也减少了申请停电的次数。但是，这种做法不可能面对众多的二次设备。这样工作量会非常大。由于设备的稳定性受很多因素影响，以固定的检修周期对所有设备进行检修也不尽合理。提出状态检修的的概念，也符合设备全生命周期管理的理念。设备的稳定运行特性多年来受很多专家学者的关注，大多数例子证明设备在新安装一段时期内是故障的高发期，然后进入一个很长的稳定运行期，然后发生故障的概率不断上升，进入设备老化期。这种设备稳定特性为状态检修提供了很好的指导价值。在设备新安装一段时间后进行详细检修。当设备进入稳定运行期时，尽可能不对其进行检修。当设备进入老化期则进行“逢停必维”的检修策略。这种对设备进行分类对待，按需检修的方式正是状态检修的根本目的。1.2状态检修的发展状态检修随着故障诊断技术的发展而逐渐进入实用化，并由于其巨大的效益而在工业界引起广泛重视，理论研究和生产实践都在进一步深入。国外在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了较成功的经验。美国、德国、日本、法国都有应用这项技术的报道。与状态检修密切相关、能直接提高状态检修工作质量的理论与技术主要包括4个方面的内容，即设备寿命管理与预测技术、设备可靠性分析技术、设备状态监测与故障诊断技术和信息管理与决策技术。1.2.1状态检修的发展历程设备检修体制是随着生产力的发展和科学技术的进步而不断演变的。由以蒸汽机为代表的第一次产业革命时的事后检修／故障检修(BM，breakMaintenance)发展到十九世纪第二次产业革命的以电力应用为代表的预防性检修(PM，reventionMaintenance)，预防性检修又经过多年的发展，根据检修的技术条件不同、目标的不同而出现不同的检修方式。主要有以时间为依据，预先设定检修工作内容和周期的定期检修(TBM，TimeBasedMaintenance)，或称计划检修(SM，ScheduleMaintenance)；以可靠性为中心的检修(RCM，ReliabilityCenteredMaintenance)，RCM是一种以用最低的费用来实现机械设备固有可靠性水平为目标的检修方式：到1970年，美国杜邦公司首先倡议状态检修(CBM，ConditionBasedMaintenance)也叫预知性检修(PDM，PredictiveDiagnostic21 Maintenance)。这种检修方式以设备当前的工作状况为依据，通过状态监测手段，诊断设备健康状况，从而确定设备是否需要检修或检修的最佳时机。它是一种先进的检修方式，状态检修的目标是减少停运时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备寿命，降低检修维护费用，改善设备运行性能，提高经济效益。TBM、RCM、CBM之间并没有明显的界限，过去的定期检修中含有一定的状态检修的成分，状态检修又在定期检修的基础上发展而来，并且二者都是以提高可靠性为前提和目标的。只不过是目标的高与低、允许偏差的大与小不同而已。1.2.2国内外状态检修现状国内状态检修工作从九十年代初在电力系统进行试点，经过十几年的试行，各供电部门结合自己的特点进行了各具特色的探索。广州供电分公司针对多年设备检修的经验和教训，从上世纪九十年代就开始以检修工作量最大的断路器（当时主要针对少油断路器）为突破日，制定了《高压开关检修周期及开断短路电流统计方法的规定》之后，又制定了《变压器状态大修的规定》、《高压开关性能状态判断及检修规定》。同时，对继电保护也提出了状态校验。宝鸡供电局用十多年的时间，通过对三百多台高压断路器的近千次状态检修的统计分析，制定了以断路器累计开断电流为依据的“弹性检修法”。大连供电公司通过对近一百公里的660KV架空输电线路进行连续十年的自然积污试验，统计出瓷瓶外绝缘外附盐密雨季期间降至最低，且接近于零；盐密在年度之间无累计效应。结论是：就线路外绝缘强度而言，调爬与清扫相比，前者具有绝对的重要性。山东、浙江省电力公司对变压器、断路器都制定了状态检修导则。用来指导基层供电局开展状态检修工作。在电力设备在线监测装置研制方面，在近几年，我国也取得了很大进步。现在应用比较成熟的有：油色谱在线监测仪、局放红外热成像仪、避雷器在线监测仪等。故障录波器也可视为对电网故障过程的在线监测装置。清华大学自1985年开始研究的电力设备放电在线监测系统，至今已有十多年的历史。随着计算机网络技术的21 普及和发展以及电力系统的不断改革，我国的供电设备状态管理和状态检修得到一些发展，相应地出现了一些管理软件和检修系统。清华大学凭借其技术力量的优势和科研成果在国内状态检修方面一直处于研究开发的前沿，其主要成果“水泵／水轮机组运行状态监测与跟踪分析系统”先后在广州抽水蓄能电厂、湖南江垭电厂、李家峡电站、湖南东江电厂推广使用，通过部级鉴定，达国内首创和世界先进水平，被评为省级科技进步二等奖，为状态检修奠定了坚实的技术基础，为机组的运行调试提供了极大的帮助。国电公司热工研究院在状态检修方面研究、开发、应用推广一直很活跃，其研究开发和推广应用的产品有：电力设备红外成像状态检测与故障诊断系统，主要用于高压电气设备运行状态检测与内、外部故障诊断，热力设备运行状态检测与故障诊断；汽轮发电机组振动监测和故障诊断系统，该系统是旋转机械状态监测强有力的工具。国外的设备状态检修发展较早。开始于1970年，由美国杜邦公司I．D．Ouinn首先倡议。70年代末，美国电力科学研究院(EPRI)就对电力设备的状态检修进行研究和应用，目前已向RCM(reliabilitycenteredmaintenance)发展。日本是从八十年代开始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修。而欧洲大多数国家也正在进行检修体制的改革，方向也是状态检修。到目前为止，基于计算机网络技术的设备管理、事故分析和预警系统在美、加等国已普遍应用，且已发展了几个版本。如IntegratedMaintenanceSystem等。这些软件系统应用Intranet、Internet及GIS(地理信息系统)等最新的计算机技术，将状态管理、事故预警和事故处理进行有机的集成，大大改善了其设备监督管理环境，提高了监督管理水平。以美国电力研究院(EPRI)设计的变电站的一体化系统(见图2—2)为例，它采用低成本传感器和先进的诊断方法来监测变电站设备的健康状况和性能。这些工具设计为独立发挥作用，但若集成化，它们可在改善系统可靠性的同时明显降低变电站监测的成本。EPRI一体化系统的方案以实施RCM开始．RCM是在状态分析的基础上，以设备重要性和性能数据为依据对监测和检修任务优化排序的方法。因此状态检修是实行RcM的前提。21 2二次设备状态检修2.1电力系统二次设备的状态监测内容为研究分析微机成套保护装置发生缺陷的分布及规律，减少保护校验的盲目性和增强校验的针对性，首先对衢州电力局下属35kV及以下微机保护装置在运行和定校中发现的缺陷进行统计。2000年下半年，衢州电力局开始对35kV变电站进行大规模自动化改造，至2004年基本上更换为微机成套保护装置。2005—2008年，保护装置问题最多的是液晶面板缺陷，其中损坏仅1次，其余均为花屏；操作板缺陷1次，为操作板上的TBJ常闭接点接触不良；MMI板缺陷2次，为版本过旧引起，之后进行了更换。相对其辅助装置、其他二次回路及元器件，微机成套保护装置上发现的缺陷较少，可靠性较高，运行较为稳定。而且微机成套保护装置本身具有在线自诊断功能，能实时显示及传送各种运行状态及数据，便于远方巡检，对CT断线、PT断线、控制回路断线、TWJ异常、弹簧未储能、过负荷等均可进行及时报警。微机成套保护装置还可对装置本身的硬件故障，如定值出错、电源故障等发装置故障信号，并闭锁整套保护。微机保护装置的缺陷次数在整个设备缺陷组成中仅占很小部分，平均不到5％；同时缺陷次数也并未随着保护装置数量的增加而增加，而是主要取决于新投产设备的产品质量和安装质量。针对小同厂家产品质量的差异，对同型号保护装置的缺陷分别进行统计，再根据统计结果对不同型号的设备制定不同的检验计划。在考虑“同型号装置缺陷”时，必须考虑该型号装置的安装套数和投入运行的时间，否则将会无法正确比较不同型号保护之间的缺陷情况。不同厂家同型号保护装置缺陷情况如表l所示。21 在对以往的继电保护设备事故及障碍进行分析后发现，保护装置在事故发生时拒动和误动很多是由装置本身的缺陷引起的，而且这些缺陷按常规试验方法并不能发现，因此大多无法在正常的定期校验中发现。如，2006年大洲变RCS-9611A装置V3．20以前版本的程序，重合闸投检无压方式，在重合闸动作的实际延时超过6．8S且重合成功时，后加速保护会在下次故障时提前动作。而上述程序的后加速保护在下列任一情况下不存在问题：(1)上次重合闸动作，重合于故障，后加速已动作(不论重合闸动作实际延时是否超过6．8S)，(2)上次重合闸动作实际延时小于6．8s(不论重合是否成功)；(3)装置上次重合闸动作后复位或重新上电；(4)后加速功能未投。在实际校验时，常规模拟的情况恰恰是不会出现问题的几种情况。在实际运行时，只有装置发生不正确动作后，才能发现问题。对由干扰引起的事故，正常运行时毫无征兆，按常规试验方法同样无法发现，防不胜防。因此减少此类事故的有效方法只能是全面做好相关的抗干扰措施。对大多数由二次回路引起的事故，若在常规校验中试验到位，应能够发现隐患。因此，在检验时，在注重定值校验的同时，更应注意二次回路和相关辅助设备的检查。二次设备的状态监测是状态检修的基础。要监测二次设备工作的正确可靠性进行寿命估计。二次设备状态监测对象主要包括：交流测量系统；直流控制及信号系统；逻辑判断系统；通信管理系统；控制电缆屏蔽接地系统；水电站和变电站微机装置的自检等。交流测量系统包括TA、TV二次回路绝缘良好回路正确，元件完好；直流控制及信号系统包括直流动力、控制操作及信号回路绝缘良好、回路完好；逻辑判断系统包括硬件逻辑判断回路和软件功能；微机保护及安全自动装置和二次设备监测对象不是单一元件，而是一个单元或一个系统。监测各元件的动态性能，有的元件性能需要离线监测，如电流互感器、电压互感器的特性曲线等。因此，二次设备的离线监测数据也作为状态监测与诊断的依据。2.2电力系统二次设备的状态监测方法二次设备的状态监测不过分依靠传感器。常规保护由于若干继电器构成，元件比较单一，状态监测相对难以实现，可以充分利用本身具有的测量手段，如TA、TV断线监测；直流回路绝缘监测；二次保险熔断报警等。21 随着微机保护和微机自动装置的白诊断技术的发展、变电站故障诊断系统的完善为电气二次设备的状态监测奠定了技术基础。对综合自动化变电站而言容易实现状态监测，保护装置内各模块具有自诊断功能，对装置的电源、CPU、I／O接口、A／D转换、存储器等插件进行巡查诊断。可以采用比较法、编码法、校验法、监视定时器法、特征字法等故障测试的方法。对亿护装置可通过加载诊断程序，自动测试每一台设备和部件。然而，对常规保护进行状态监测较难实现，因为二次回路是由若干继电器和连接各个设备的电缆所组成，点多、又分散，要通过在线监测继电器触点的状况、回路接线的正确性等则很难，也不经济。一方面应从设备管理环节入手，如设备的验收管理、离线检修资料管理，结合在线监测来诊断其状态。另一方面在不增加新的投入的情况下，应充分利用现有的测量手段。如TA、TV的断线监测；直流回路绝缘、监测、二次保险熔断报警等。2.3电力系统二次设备状态检修要解决的问题2.3.1二次回路的监测问题二次设备从结构可分为二次回路和保护及安全自动装置。随着水电站监控系统和变电站综合自动化系统广泛应用，很容易实现状态监测。但二次回路有许多继电器和连接设备的电缆组成，点多、分散，要通过监测继电器触点的状况，回路接线的正确性是比较难的,也不经济。对于二次回路应重点从设备管理入手，如设备的验收、离线监测的资料管理，结合在线监测来诊断分析。2.3.2二次设备的电磁抗干扰问题由于大量微电子元件、集成电路在二次设备中广泛应用，二次设备对电磁干扰越来越敏感，容易受到电磁干扰。电磁干扰会使二次设备采样信号失真、装置异常、保护误动或拒动，甚至使元件损坏。国际电工委员会（IEC）及国内有关部门对继电保护制定了电磁兼容（EMC）标准。目前在国内，对电磁的监测、管理还没有纳入检测范围，也没有合适的监测手段。对二次设备进行电磁兼容性试验是二次设备状态检修的一项重要工作。要对不同发电厂及变电站的干扰源、耦合途径、敏感器件进行监测和管理，诸如对二次设备接地状况检查；微机保护装置附近使用移动通讯设备的管理等。2.3.3一次设备与二次设备状态检修的关系21 一次设备与二次设备检修不是完全独立的。二次设备检修要在一次设备停电检修时才进行。在作出二次设备状态检修时要考虑一次设备的情况，作好状态检修技术经济分析。既要减少停电时间，减少检修次数，降低检修成本，又要确保二次设备安全可靠正确的运行。2.3.4二次设备状态检修与网络管理信息（MIS）系统的关系随着电力系统网络管理信息系统（MIS）的建立，对设备的运行情况、缺陷故障情况、历次检修试验记录等实现计算机管理、实现信息共享。这些信息是作出状态检修决策的重要依据。故此，要实现电力系统二次设备状态检修，需要逐步建立并完善设备网络管理信息系统。2.3.5逐步推行二次设备状态检修的几项重点工作要推行二次设备状态检修，其难度和风险是客观存在的，如资金投入、对新检修方式的适应等。因此，电力企业推行状态检修要重点做好以下几个方面的工作：⑴寻求支持并加大投入。由于维护范围涉及电网，首先作为检修主体的检修单位缺乏实行二次设备状态检修的决策权特别需要求得主管单位的认同和支持，形成在“实行二次设备状态检修是必由之路”这一观点上的共识，共同努力，才能使状态检修步入正轨，取得实效。其次，主管单位应对二次设备状态检修的推行加大前期投入、保证逐步投入，提供必要的资金支撑，否则作为检修单位要求实行状态检修也只能是有心无力。⑵加强领导和指导。公司必须成立相应的二次设备状态检修工作领导小组，由有关领导牵头，有关部门负责人和技术专家、专业骨干组成。领导小组负责策划、组织、协调并指导整个状态检修工作；确定检修制度改革的策略、思路和较为具体的实施方案；组织有关人员编写、制定二次设备状态检修的有关规章制度；重点明确推行二次设备状态检修工作的步骤，以及各个阶段的重点、实施二次设备状态检修的设备对象。对用于开展检修制度改革的人力、物力、财力资源，也要统一由领导小组进行权衡、协调和安排，保证产出效果。21 ⑶强化常规检测手段。计划检修条件下的常规检测已在掌握设备状态方面积累了一定的经验，它是推行二次设备状态检修的有效基础，特别是在我国检修制度改革的初期能起到较好的衔接和推动作用。为了适应推行二次设备状态检修则必须强化常规检测。所谓“强化”，就是要根据设备的原始状态、运行环境、历年状态变化趋势等因素，确定更为合理的测试周期，把在电力系统中处于重要地位的设备和设备的薄弱环节列为被测试的重点，列出能有效反映设备主要异常状态的重点测试项目，从改善测试环境条件、测试仪器功能、测试方法、测试人员素质等方面努力提高测试数据的可信度，在对各种测试数据进行科学的、综合分析的基础上对设备状态作出评估。⑷抓好在线监测技术的开发应用。在线监测是推行二次设备状态检修的关键技术支撑，由于它能在运行状态下连续进行测试，因而能及时、有效地发现设备的早期缺陷，并据此确定检修时机。由于在线监测技术自身的难度所决定，在线监测技术的商品化、实用化进程较为缓慢，因此，在线监测技术的开发应用应采取“适当引进、加快开发”的原则。一方面引进比较成熟的在线监测或离线检测技术与装置；一方面与大专院校、科研院所联合进行技术开发。把开发的重点放在重大设备的关键项目上，待条件成熟后再开发多功能的在线监测系统。应当指出的是，应加强与变电站新投入设备的设计、制造、运行等单位的紧密合作，考虑设备投入使用后与监测装置的统一配合，加快在线监测技术的实用化进程。⑸提高设备状态分析水平。提高二次设备状态分析水平是状态监测与状态检修相衔接的关键一环，主要包括3个方面：①加快变电站设备在线监测数据向检修中心远传功能的开发，并提高传送水平。使在线监测装置通过接口与检修中心计算机局域网络相连，检修中心通过网络能实时调用各装置所测数据，从而真正发挥在线监测装置的作用。②建立设备状态的微机信息管理系统。利用这个系统逐渐实现状态检修管理工作的标准化，管理业务的程序化，数据资料的完整化和准确化，状态信息的资源共享化和综合处理化。③加强测试数据分析。要重点把有助于广泛掌握设备状态和把握设备状态变化趋势，从而制定定更科学的检修策略的数理统计的方法应用到状态检修中去，即通过对有关设备大量的历史资料，包括出厂试验、历次试验、检修与故障记录以及运行状况等的统计分析，对某类设备的状态作出评估，对其状态的变化趋势或规律作出预测。(6)培养“高、精、尖”人才，全面提高员工综合素质人才是企业生存和发展的根本。随着现代科技在发电厂和变电站的广泛应用，计算机监控已经能代替人完成大部分设备的运行监视，但这些技术还是需要人去控制、操作。状态检修与纯计划检修对人员素质要求的最大不同点在于纯计划检修要求技术人员熟练掌握一个专业面的知识就可，而状态检修要求各单位、各技术部门要有全面的专业知识、独立的判断能力、很强的事故处理能力，即需要一专多能型技术人才，在设备运行、设备故障处理和设备检修过程中均能够把经济损失降低到最低点，确保设备利用率和整体效益的高起点。状态检修作为未来电力系统检修方式的发展方向更需要一专多能型的“高、精、尖”技术人才，因此培养人才、提高人员综合素质成为我们文山电力公司急待解决的首要任务。21 3在线监测及故障诊断技术对状态检修的意义3.1电力设备的可靠性技术可靠性技术是在40年代开始于美国的专业技术，其后苏联提出了可靠性与维修性理论和统计方法。所谓可靠性，一般认为是机械设备和元件等在规定的条件下和预定的时间内，完成规定功能的能力。系统的可靠性数学模型在很多文献中均有介绍，一般把可修系统归为马尔科夫模型和非马尔科夫模型。传统的设备可靠性评估基于威布尔得出的浴盆曲线(bathtubcurve)法。但此法只适用于对有支配性耗损故障的设备进行检修。且精确度不高。为此。华北电力大学将可靠性预测理论和强度与寿命理论结合起来，综合考虑影响锅炉部件故障的各种因素，对预测锅炉部件的可靠性做了有益的尝试。另外。它还运用多元统计方法中因子分析和聚类分析，从反映火电大机组运行可靠性的指标体系出发，对我国火电1OOMW及以上机组的运行可靠性进行了分析，提出了企业综合可靠性水平的评估方法。用它可以简单分析我国不同地区火电大机组运行的可靠性水平。根据“浴盆蓝线”，新投入的设备由于设计、制造、安装调试及运行人员对新设备的性能还不完全掌握，操作也不够熟练等原因，因此发生事故的概率也比较大：对于已经进入寿命最后期限的设备，由于超负荷运行、材料劣化、绝缘老化、机械振动造成紧固部件的松驰等原因，便进入事故多发期。在这两段寿命期内，应重点投入人力、财力、物力实旖检修。对于已经进入运行稳定的使用寿命期的设备。应重点分析运行过负荷和经受短路电流冲击等重大故障情况。设备的操作次数和设备其它异常运行的有关数据，以及管网事故对设备可能造成的影响。通过全面的系统的科学分析，判断设备哪些部位或部件受到损害，决定是否需要检修、检修时测和检修部位。3.2设备状态监测与故障诊断技术21 设备状态监测是故障在线诊断和离线分析的基础。从国内情况看，汽轮机等大型旋转机械的状态监测技术已经达到相当高的水平，我国科技工作者已开发出了一系列状态监测系统，并成功地应用于生产实践。另外，发电机状态监测的技术手段也已很成熟，只是在实际应用时，如何准确判断电机状态，还需进一步的工作经验积累。从国外来看，美国电力研究院(EPRI)下属的监测诊断中心(M＆D)利用40多项先进的测量技术和分析软件，对美国50家最大的电力公司的电厂、电网中80％的设备进行了在线监测和故障分析，了解设备的运行状况和健康水平，并据此制定设备维护和检修计划。加拿大魁北克水电公司也开发了一种在线状态监视系统，使机组维修和专业技术人员不停机就能了解水电机组的状态。关于开关的状态检修及故障诊断，由于其故障机理较为清楚，故障诊断原理与方法比较成熟，国内已研究出检测装置和检测方法。对于绝缘及电气参数的劣化与开关故障，机械参数与物理参数的诊断都已有较为成熟的理论。从70年代初至今，故障诊断技术的研究已经由单一地偏重故障机理与诊断方法的研究发展到故障诊断专家系统的研制开发。迄今为止，国内外现有的专家系统尚不能对机组振动故障进行自动诊断，还依赖于有经验的专家进行判断，其主要原因是由于这些专家系统所包含的知识还不足以全面反映振动故障的征兆与其原因之间的映射关系。3.2.1状态检修故障诊断技术一、故障诊断技术故障诊断，就是通过设备运行或检修时表现出的异常现象，对设备异常的程度、原因做出判断,常见的诊断方法可概括为综合法和比较法。它包括下列内容：1、与设备历年(次)试验结果相比较．因为保护设备在投产后都进行过校验，与投产时数据，年校时数据，上次校验数据相比，如果有显著性的差异，则常常说明装置可能有缺陷。2、与同类型同厂家设备试验结果相互比较。因为对同一类型及同一厂家的设备而言其装置结构相同，在相同的运行和气候条件下，其测试结果应大致相同。若悬殊很大，则说明装置有可能有缺陷。3、同一设备各相间的试验结果相互比较。因为同一设备，各相的运行情况应当基本一样，如果有一相试验结果与另两相比较差异明显，说明该相可能有缺陷。4、与检验规程规定的允许偏差范围相互比较。对有些试验项目，检验规程规定了允许偏差范围，若测量偏差范围超过允许值，应认真分析，查找原因，或再结合其它试验项目来查找缺陷。5、不同试验项目结果的综合。只有综合多参数判别的结果，才能得到全面、准确的结论。故障和征兆之间不存在简单的一一对应关系造成了故障诊断的困难性。由于设备故障与征兆之间关系的复杂性和设备故障的复杂性，形成了设备故障诊断是一种探索性的反复试验的特点。故障诊断过程是复杂的，这些数学诊断方法又各有优缺点，研究故障诊断的方法成为设备故障诊断技术这一学科的重点和难点。因此不能采用单一的方法进行诊断，而应将多种方法结合起来应用，以期得到最正确最接近事实的诊断结果，这也是今后诊断方法发展的方向。二、故障诊断技术发展方向21 故障诊断始于机械设备故障诊断，其全名是状态监测与故障诊断。故障诊断的技术手段是采用智能诊断方法和人工智能。用计算机去做原来只有人才能做的智能任务是智能诊断方法和人工智能的目的。实现人工智能的重要形式是专家系统。智能诊断方法中的新兴方法之一是基于案例分析的诊断方法。另外基于输入输出的数学诊断方法包括：基于概率统计的时序模型诊断方法、基于线性和非线性判别函数的模式识别方法、基于距离判据的故障诊断方法、基于模糊数学的诊断方法、基于可靠性分析和故障树分析的诊断方法、小波分析法以及混沌分析与分形几何法、灰色系统诊断方法人工神经网络等。诊断技术结合人工智能的应用随着计算机等新技术的采用得到了迅猛的发展。它不仅可以大大减少出错的可能的同时节省人力，还可以吸收多位专家的专业知识与经验，形成完善的知识库，实现知识与经验共享。目前这个领域的研究主要沿着两个方向展开：第一是建立各种类型的专家系统。人们对基于知识的故障诊断系统进行了大量研究，然而，随着研究的深入后发现专家系统的应用面临许多实际困难，存在一些亟需解决的问题。专家系统(ES，ExpertSystern)，实际是一个基于知识的计算机智能程序系统。在这个系统内，储存有某一领域人类专家大量的经验和知识，并能像专家一样运用这些经验和知识，通过模拟人类专家的思维决策过程对信息进行推理和判断，最后做出结论性的解答专家系统作为一种擅长逻辑推理和符号的处理智能计算机程序系统，已经成为电气设备故障诊断技术的一个重要研究方向和热点。第二是建立人工神经网络(ANN，Artificialneuralnetwork)。近年来重新兴起的一种人工智能方法是ANN基本理论，它为克服专家系统的缺陷开辟了一条崭新的途径。它的并行处理能力、自学习功能倍受大家的青睐，其大规模并行处理能力可用于提高推理的速度，因而更适合于结构复杂、故障机理不十分明显的复杂设备的诊断。ANN在二次设备故障诊断方面主要用于两类问题的处理。一类是以处理在线信号入手，进行信号的识别和分析，另一类是以离线数据为依据进行分类和诊断。国内外科技工作者对ANN在故障诊断领域的应用表明：一方面，用ANN进行故障诊断是一种很有前途的左泣，尤其在那些难以描述故障信号与故障类型之间的逻辑关系，以及无法利用专家经验进行明确表达的场合；另一方面，ANN诊断技术还有不少有待于完善的地方，主要体现在，现有的网络算法均存在不同程度的不足，从而制约着故障诊断准确度的提高。正因为如此，我国设备故障诊断领域的学者们一直在坚持不懈地努力，这方面的研究也还有待进一步的深入。21 三、专家决策系统状态检修中最关键的环节是故障诊断专家系统，它以监测到的设备状态信息为基础，运用专家库中存储的大量专业知识和经验，提取反映继电保护设备运行状态的自检信息，对用户提出的该领域范畴内的需要解决的问题，通过推理、判断，得出设备是否存在故障，并进一步分析确定故障的位置、性质及原因，得出分析结论，指导检修计划。故障诊断过程框图如图2-3所示：图2-3设备健康诊断过程1)告警信息处理：监控主站把实时信息根据告警信息类型进行分类处理。结合历史信息以及设备运行情况，综合评估保护的健康状态；分析实时告警信息的准确程度，确认设备是否处于非正常状态。2)信息确认：通过继电保护工程师站的远控功能向子站保护装置下发控制命令确认告警信息的准确度．3)专家分析系统：根据保护装置的告警信息以及其它相关设备的信息，利用推理方法进行推理判断；同时再由运行值班人员结合经验来推断保护装置可能的异常。4)继电保护设备故障定位分析：A、分析保护装置告警的报文。21 B、利用继电保护工程师站监测保护装置软硬件、运行参数、二次回路的变化，寻找二次设备可能存在的故障点。C、根据保护装置实际运行状态以及电网的运行参数，和其它相关保护装置的运行动作状态，分析保护故障点的性质。5)知识库(1)主设备配置知识库：主设备相关配置信息。(2)保护异常处理经验库：进行故障诊断的推理的依据，以下是部分诊断规则：A、同一厂站一半以上二次设备、不同类型报文在主站或厂站产生的时间<100ms为厂站系统复位启动。B、一厂站同一开关动作、复归报文在主站或厂站产生的时间<100ms为厂站误发报文C、同一厂站同一保护装置I、II或III保护动作、重合闸动作报文在主站或厂站产生的时间<100ms为厂站误发报文。D、一厂站两条及以上馈路保护装置控制回路断线报文动作或复归时间>l00ms为直流系统电压异常。E、同一厂站同一电压等级的保护装置两个及以上装置报PT断线时间>100ms为二次系统交流回路异常。F、一厂站同一保护装置自检报文两个以上动作或复归在主站或厂站产生的时间<100ms为厂站误发报文。(3)保护运维知识库A、保护运行资料：保护历次动作的情况以及行为评价，相关设备故障时保护的启动情况，保护的历史告警报文。B、保护相关静态资料：保护配置、图纸、说明书。C、保护相关动态资料：运行状态、相关的跳闸逻辑、运行定值、设备缺陷。D、运行经验：保护自检报警时对保护装置运行的影响以及处理意见，记录保护工程师站对保护自检报文进行远程故障诊断校核自检报文可信度的记录。6)检修决策根据设备故障情况，把所需退出和加入的保护按要求填入检修计划表由WEB经PSMS发送到各相关科室，等到各科室答复后即可形成检修方案进行检修。21 4SEL保护实现操作回路监视和保护状态4.1需解决的应用难点与电气一次设备不同的是电气二次设备的状态监测对象不是单一的元件，而是一个单元或一个系统。监测的是各元件的动态性能，微机保护和微机自动装置的自诊断技术的发展为保护设备的状态监测奠定了技术基础。虽然，数字式保护装置本身具备状态检修的实施基础，但作为电网安全屏障的继电保护除装置本身，还包含交流输入、直流回路、操作控制回路等，状态检修范畴如果仅仅局限在装置本身将很难有实施推广的基础，对于保护的状态检修必须作为一个系统性的问题来考虑，或者说保护的状态监测环节如果能包含交流输入、直流、操作回路等，状态检修就比较有可能在实际应用中得到推广。因此，实施保护设备状态检修应监测：交流测量系统，包括CT、PT二次回路绝缘良好、回路完整，测量元件的完好；直流系统，包括直流动力、操作及信号回路绝缘良好、回路完整；逻辑判断系统：包括硬件逻辑判断回路和软件功能。保护装置本身容易实现状态监测，但由于电气二次回路是由若干继电器和连接各个设备的电缆所组成，要通过在线监测继电器触点的状况、回路接线的正确性等则很难，这可能是保护迟迟未能有效地推进状态检修的主要原因之一。电气二次操作回路是对电气一次设备进行操作控制的电路，是继电保护的一个重要组成部分。在继电保护设备要求进行状态检修的情况下，作为继电保护出口控制回路操作箱均采用硬件式结构，即由继电器直接在220V强电回路中通过二次线联接而成，接线繁杂，不具备自检、在线监测、数据远传等功能。虽然在综自站中该回路一部分硬接点可通过综自设备（如测控设计）进行上传监控，但要求二次回路继电器输出接点增多，使接线复杂化，可靠性下降，同时联接电缆也增多。继电保护设备状态检修实施的重要基础就是在设备状态特征量的采集上不能有盲区，显然，对保护设备实行状态检修而言，现有的二次控制回路操作箱达不到要求。而利用美国SEL提供的数字仿真式继电保护平台可以有效地设计微机操作箱，成功解决了电气二次回路状态检修问题，可为实现保护系统完整的状态监测，为继电保护实行状态检修创造必要的条件。4.2实施实例以通化钢铁公司利用SEL保护可编程逻辑（PLC）功能，实现微机操作箱的实际应用为例，该设计不但实现了在线监测和数据远传等功能，还大胆地突破原硬件式操作箱（回路）的结构模式，用SEL21 逻辑功能实现控制操作全过程的方案，使操作回路的结构只需用简单的开关量输入和开关量输出即可实现，取消了硬件结构上的防跳继电器，大大简化了操作回路的逻辑接线，减轻了现场工作人员的工作量，同时为保护实现状态检修提供了重要的应用基础。经过各项试验并且投入运行后，运行状况良好，达到设计要求。具体操作箱控制回路图如图1所示。本设计具有以下特点：(1)保护装置到断路器操作机构的连接线减少到最少：从图1可知，利用SEL保护实现微机操作箱后，使操作回路的结构只需用简单的开关量输入和开关量输出即可实现，取消了硬件结构上的防跳继电器，大大简化了操作回路的逻辑接线，从保护装置到断路器机构箱只需要合闸回路（07）和跳闸回路（37）及负电源（2）三根电缆线即可。(2)解决了电气二次回路是由若干继电器和连接各个设备的电缆所组成，点多分散，要通过在线监测继电器触点的状况、回路接线的正确性等则很难：从图1可知，利用对SEL保护(IN101-IN106)输入信号的在线监测。实现了电气二次回路跳合闸操作开关（KK）和保护投入退出压板（XB1-XB4）在线监测开关和压板触点的状况。在线监测保护出口回路压板（XB3；XB4）压板触点状态。如果压板触点不好保护装置发出控制回路断线信号。在线监测保护投入压板（XB1；XB4）压板触点状态。如果压板触点不好保护装置发出保护压板退出信号。(3)在正常的跳合闸操作中间，对跳合闸二次回路和保护出口回路的输入和输出接点进行了传动。从图1可知，由于保护动作出口（OUT101）和重合闸出口（OUT102）与正常的跳合闸操作使用同一个继电器。所以利用正常的跳合闸操作，就可以对SEL保护的合闸和跳闸出口继电器进行在线监测继电器触点的状况。(4)在线监测控制回路断线状态：从图1可知，利用对SEL保护（IN105和IN106）输入信号的在线监测。实现了电气二次回路断路器机构箱辅助接点（DL）状况的在线监测，在线监测断路器机构箱辅助接点（DL）状态。如果辅助接点不好保护装置发出控制回路断线信号。如果辅助接点两个长期同时通保护装置发出控制回路异常信号。如果断路器合闸或者跳闸而辅助接点没有切换保护装置发出辅助接点没有切换信号。21 (5)保护装置发生故障后，事故跳闸操作：如果一旦保护装置发生故障，例如保护装置保险熔断、电源损坏或者CPU故障。都会造成无法跳开断路器的问题。因此在跳闸二次回路中设计一个事故跳闸操作按钮（SAN）。正常情况下用螺旋盖子盖起来。一旦保护装置发生故障。运行人员首先打开保护出口回路压板（XB3），然后旋开事故跳闸操作按钮（SAN）盖子。按下按钮跳开断路器。进行保护装置的检修。(6)利用SEL保护合闸逻辑和跳闸以及逻辑方程实现防跳功能：如图2中，保护动作后TR=逻辑1，继电器字位TRIP总是置位起动继电器OUT101。如果在跳闸最短持续定时器（整定值TDURD）的输入有一个上升沿（逻辑0到逻辑1的跳变），而此时还未计时的话，定时器就输出逻辑1并保持“TDURD”周波。TDURD定时器能保证继电器字位TRIP置位时间保持最短的“TDURD”周波，如果保护动作（TR=逻辑1）的时间超过TDURD时间，继电器字位TRIP在TR=逻辑1的这段时间内保持置位。通过KK开关，利用SEL保护（IN102）输入信号，直接出口到跳闸（作为面板操作的手动跳闸开关）。一旦继电器字位TRIP置成逻辑1，它将保持置位，直到下列所有条件都为真：跳闸持续定时器停止计时（定时TDURD器的输出为逻辑），保护动作回TR复位至逻辑0)，并且，满足下列条件之一：电流继电器50P1无电流返回使ULTR置成逻辑1，按下面板复归（TARGETRESET）按钮，从综合自动化后台机上执行TARR（信号复位）命令。21 (7)通过KK开关，利用SEL保护（IN103）输入信号，直接出口到合闸（作为面板操作的手动合闸开关）实现合闸置位。如图2中继电器字位TRIP闭锁（IN103）输入信号。这样就能保证在继电器字位TRIP置位时，CLOSE不会置位（TRIP优先）。满足防跳功能。如图2中52A是断路器辅助接点输入信号，光隔输入IN105连到断路器辅助52A上，使52A的动作逻辑服从断路器辅助接点。当检测到断路器闭合情况，继电器字位CLOSE复位成逻辑0。这样在断路器闭合过程中，只要有一个合闸脉冲输入。合闸输出逻辑就自保持，直到合闸成功，断路器辅助接点打开。满足防跳功能。因为整定CFD=60.000周波，所以一旦继电器字位CLOSE置位，能在60周波后解锁继电器字位CLOSE复位成逻辑0，防止断路器辅助接失灵损坏合闸中间继电器。21 5结论保护的状态监测将有助于对设备的运行情况、缺陷故障情况、历次检修试验记录等实现有效的管理和信息共享，并为设备运行状况的分析提供了可靠的信息基础，将有助于合理地制定设备的检修策略，提高保护装置的可用率，为电网的安全运行提供坚实的基础。采用电流和电压比对法以及远程传动的方法可以充分检查到以往在线监测的盲区，只要考虑周全，技术合理，安全性也是有保障的。本文介绍了我们在继电保护状态检修方面的一些实用化尝试，希望能起到抛砖引玉的作用，促进我国继电保护状态检修的实施。21 参考文献[1]刘小兰.继电保护管理中存在的问题及改进措施.广西:电业出版社,2007(4).77-89[2]杨洪灿,吕庆升.继电保护在电力系统中的可靠性研究.黑龙江:科技出版社，2007(5).26-42[3]胡之荣，罗曦，胡昌斌.电网电力设备状态检修的决策模型．云南:电力技术出版社,2008,.35-43[4]宋阳见．汽车电器构造原理与维修.北京:北京大学出版社，2009．24-3721