继电保护装置运行状态量化评估方法研究

李宁波，徐之文，张映鸿，黄少先

（1.华南理工大学，广东广州 510641；2.长沙电业局，湖南长沙 410015）

0 引言

随着电网规模、电网运行技术的快速发展，未来电网的安全运行将更多地取决于继电保护等二次设备的安全性、稳定性[1]。如何准确地评价继电保护等设备的运行状态，同时根据设备状态开展及时地校验维护，都对电力系统的健康运行与发展具有十分重要的现实意义。

目前，继电保护等二次设备运行状态的评价方法仍以定性为主，量化评估应用得并不多。定性法对设备投运前的图纸设计质量、施工质量等定性描述的参量，应采用专家调查的形式，给出评价状态参量的依据和标准，制作调查表，由专家确定各个状态参量的劣化度。同时可考虑专家意见以及电网决策和运行人员经验，将状态参量信息的优劣等级量化为0～1中的4个数值[2]。

由于在状态评价中，不同的评价参量反映设备健康状况的方式和程度存在差别。比如，定性评价参量和定量评价参量的评价方式就有着本质的区别，不同的定量评价参量具有各自的量纲和数量级等，同时各参量的重要性也不尽相同。因此，设备的各类参量信息难以得出直接影响设备状态评价结果的准确度和可信度。

本文在构建继电保护装置状态评价参量模型的基础上，利用劣化度模型和层次分析法对参量信息进行统一的量化处理和整合，从而形成一套完整的继电保护装置运行状态的量化评估方法，力求全面、真实地反映继电保护装置运行状态。

1 继电保护装置状态量化评估方法和模型

对继电保护装置的运行状态进行量化评估的主要任务包括：选择表征设备状态信息的参量、制定表征参量的评价标准并设计量化方法、整合各参量量化值并计算评估结果等。本文依据以上任务要求，研究并设计了继电保护装置状态量化评估方法，如图1所示。

图1 继电保护装置状态量化评估流程和方法

按照全过程、系统性与层次性相结合的原则，结合继电保护装置的运行管理特点，主要从投产验收、设备配置、缺陷情况、故障情况、检修记录、试验记录等信息中[3-5]，选取能够全面、合理反映装置运行状态的特征参量，建立继电保护装置状态参量模型，如图2所示。

图2 继电保护装置状态参量模型

由上文可知，建立状态参量模型是设备状态量化评估的核心内容。准确地建立继电保护装置状态参量模型，才能有效地开展状态参量的量化评估和权重计算等设备量化评估步骤。

2 继电保护装置状态参量的量化评估

继电保护装置的状态参量分为定量评价和定性评价两类。本文提出利用劣化度计算方法对各类状态参量进行统一量化评估，使得各参量的信息直观可比。

2.1 状态参量的量化评估

相对劣化度是反映设备状态由良好向故障转化程度的指标，数值介于[0，1]之间。0表示设备处于完全良好状态；1 表示设备处于劣化较为严重的状态。

如果状态参量i 的良好值为C0，Cm（Cmax或Cmin）为注意值，Ci为实测值，则状态量的相对劣化度定义为：

其中：Ii为状态参量i 的相对劣化度，F 为劣化函数[6]。

（1）对于数值越小越优型参量如装置缺陷率、装置运行时间等，使用公式：

式（2）中k为参量变化对设备状态的影响程度，为方便计算可取为1。

（2）对于数值越大越优型参量，如装置正确工作率、家族无故障时间等，使用公式：

具体计算与越小越优型相同。

2.2 继电保护装置状态参量劣化度计算模型

在建立状态参量模型并提出参量劣化度计算方法的基础上，本文根据电网二次设备的实际运行考核标准，确定各状态参量的正常值和注意值，从而固化继电保护装置的劣化度计算模型，如表1所示。

表1 继电保护装置状态参量劣化度计算的相关参数

3 继电保护装置状态参量的权重计算

设备各参量在评估过程中所起的作用不同，应根据各自的重要程度客观、准确地分别赋予权重。本文采用层次分析法，对各参量的重要性进行比较和计算，得出参量的权重值[7]。该方法的基本步骤如下。

（1）建立层次结构模型

首先，定义模型最高层为继电保护装置状态评价结果，中间层为投运前状况等5 类参量类型，最低层为参量模型中的各状态参量。

（2）构造判断矩阵

其次，利用1-9标度法对（1）中确定的同一层元素zn进行两两比较评分，即计算两者比例zij，并建立判断矩阵：

（3）求取特征向量

利用和积法或方根法，求取判断矩阵的特征向量，即为该层元素的权重值。式（6）中wi为所求特征向量的近似解：

（4）一致性检验

计算结果是否合理，需要检验判断矩阵元素的一致性，判断方法如下所示：

如果CI值越大表明判断矩阵偏离完全一致性的程度越大，需重复第2 步，重新进行比较评分，直至通过一致性检验。

4 实例分析

应用上述方法，以某220 kV变电站南瑞继保RCS-931BM线路保护装置2011年的运行状态信息为依据，开展继电保护装置的状态量化评估工作。该装置2011 年度的运行状态信息主要包括：发生1 次一般缺陷、2 次家族性缺陷、1 次通道异常和1次人为改动。

根据表1 所示继保装置状态参量劣化度计算模型中的正常值、注意值，对该装置各状态参量的实际运行信息进行量化评估，确定参量的劣化度；再通过层次分析法确定继保装置各层元素的权重；最终加权确定装置的总劣化度，即装置状态量化评估结果。

该装置2011年度的运行状态信息、基于层次分析法确定的参量权重以及各参量的劣化度计算值，如表2所示。

由评估结果可以发现该装置存在以下问题。

（1）总劣化度为0.071，接近0。依此推断，该继保装置处于非常良好的运行状态。从表2 可以发现包括装置正确动作率在内的大部分参量劣化度均为0，运行状态很好。

表2 继电保护装置状态量化评估结果

（2）该装置的缺陷情况、家族缺陷情况、通道运行情况和人为改动因素的劣化度较大，说明装置有劣化倾向，需引起注意。

通过咨询相关实际运行人员，本次量化评估结果与装置实际运行状况基本符合。

5 结论

本文通过建立继电保护装置状态参量模型、状态参量劣化度计算模型，以及状态参量的权重计算模型，使得继电保护装置的运行状态量化评估模型的客观性、准确性和操作性均得到了提升，量化评估结果与设备实际运行情况的符合也验证了该方法的可行性，为继电保护装置等二次设备的状态量化评估提供了新的思路。同时该评价方法中参数的确定存在着很多人为因素，需要根据不同设备的实际运行条件进行调整，使得评估结果更加接近实际情况。

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［2］廖瑞金，王谦，骆思佳，等.基于模糊综合评判的电力变压器运行状态评估模型［J］.电力系统自动化，2008，32（3）：70-75.

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