变电站二次设备检修及维护分析

李伟明

（国网江苏电力有限公司盱眙供电分公司）

0 引言

在电力工业发展之初，继电器得到了广泛应用，为了在电路基础上对设备进行维修，20世纪研发了定期预防性维修系统，它的应用是由以下几个缺点引起的：（1）传统电力式继电器的机械元件需要进行不定期清理和调整； （2）大多数保护继电器和自动化设备很少在正常模式下工作，因此在特定时刻估计它们的功能比较困难［1-2］。

1 理论分析

1.1 自动化设备分析

在描述模型之前，我们先通过检查所有变电站电路的框图（如图1所示）来分析保护继电器和自动化设备的运行以及整个二次电路系统［3-4］。

图1 二次回路框图

（1）模拟电路-A型故障，它们由以下元件组成：电流互感器（CT）、电压互感器（VT）、二次电缆、端子钳和保护继电器端子的输入端。（2）逻辑部分-B类故障，基于微处理器设备的逻辑部分包括一个微处理器和一个电路板，它们是在半导体元件上构造的。（3）输出电路-C型故障，输出电路由微处理器终端的输出继电器、连接开关器件的电缆和关断螺线管组成。（4）电源，保护继电器工作的最重要组成部分是不间断供电，供电方案由蓄电池、充电器、直流板和电源线组成。

1.2 保护继电器分析

在上述保护继电器框图及分析故障检测方法的基础上，设计了设备工作的概率模型。采用双组件系统（继电器、电力线）的二部图来实现此目的，得到的模型如图2所示。在图2中反映了组件和保护的状态，组件的状态是指它是否在工作，在“组件上”状态下，组件在该状态下确保功率传输；在“组件下”状态下，它对应于短路状态；状态“保护上”是指在发生短路的情况下，生产的可用性得到保护。

图2 保护继电器电路框图

图形上，状态被分成四个正方形。第二个方格代表状态“组件向上”和“保护向上”；第三个正方形代表“组件上”和“保护下”；第一个正方形代表状态“组件下”和“保护上”；第四个正方形代表“组件下”和“保护下”。第一个和第四个方格被分成两部分——左边和右边，左边部分包括只有电路受保护组件不可用的状态，即激活保护系统的状态；右半部分包括远程备份保护原理下由激活的备用元件引起的停机状态，即负载限制值大于被保护元件转换后的负载限制值的状态。

状态1为电路正常状态，过渡到状态2表示A型故障，这种故障可以通过恒控方法检测到，状态3表示A型故障，可通过周期控制方法检测。从状态1到状态4的过渡意味着存在B型故障的可能性，可以通过自检方法检测到。状态5包含了类型C故障，过渡到状态6有其他故障或A、B、C类故障的可能性，且这些故障无法通过上述方法检测到。从状态2、3、4到状态7的过渡是用过渡率进行的，该过渡率通过所述方法与维护频率相连接。只有在频繁维护的情况下，才有可能从状态5和6过渡到状态1，状态7表示通过上述方法检测到的故障［5］。然而，保护继电器端子的故障并不意味着维修的开始：通信系统和中央报警系统必须启动，或者应该对变电站进行检查，以了解维修情况。过渡到状态1对应于保护恢复，状态1过渡到状态14表示短路，可以在自动重合闸后潜在地清除。从状态14到状态15的过渡，对应于激活开关的频率。

状态15表示开关关闭，状态15到状态1的过渡速率与自动重合闸时间相关。状态1过渡到状态16表示不可修复的短路，在开关（16-17）关闭后，只能以与一次设备维修时间成比例的频率来清除短路故障。状态10表示由于保护继电器失效而导致断开的错误命令，状态11表示开关因错误原因断开。将元件的恢复速率和保护继电器相加，直接恢复到状态1。被保护元件的短路概率用继电器故障时的过渡状态2、3、4、5、6、7、9到状态12来描述［6］。元件和保护同时失效的情况对应于状态1过渡到状态12，状态12到状态13的过渡适合备用开关装置断开的时间。下表给出了从一种状态过渡到另一种状态的描述。

表 设备可靠性基本参数

考虑到前文所述内容，并使用表中的系数，可以制作一个维度为18×18的转换矩阵，由于该矩阵尺寸巨大，因此本文没有列出。跃迁率的值等于表中的值，i对应于表中起始节点的个数，j对应于结束节点的个数，jmax对应于矩阵T的列数。主对角线上的矩阵元素按式（1）计算。

则系统在所有18种状态下所需的检测概率可由式（2）计算。

公式（2）表示的系统是奇异的，为了解它，最后一个方程被求和的条件所取代，在所有状态中，概率是1。线性方程组的结果是P列。

2 模型应用分析

对于推导结果的分析，合理的做法不是单独分析每个状态的概率，而是分析一般系统状态的总概率。为此，我们挑选了三个特征：（1）保护不可用性。保护不可用表示保护继电器和自动化在不可用状态下的检测概率，即图2中横轴以下的状态2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、13、18。 （2）组件不可用性。组件不可用是指受保护组件切换器和备用切换器断开用户连接，即具有相当大的负载限制。 （3）异常不可用性。异常不可用表示受保护组件切换器断开用户连接，即仅受保护组件的相当大的负载限制。

前面说过，微处理器保护的优势在于自检函数。它是由依赖模型发展而来的，图3反映了在允许不同阶次设备覆盖的情况下，自测函数（效率分别为0、50%、90%、100%）对保护测试的依赖关系Ppu、Peu、Pau。可以看出，这三个函数对控制周期的依赖关系相似，只是绝对值不同，这可以用一次设备断开来解释。由图3可知，自检算法对保护继电器故障的覆盖程度越大，维护的必要性越小。

图3 自行测试结果图

当覆盖率为100%时，由于设备故障的检测概率不取决于维护频率，因此几乎不存在维护的必要性。然而，当覆盖不满时，不可能说不维护的操作是最佳的。需要对选项进行进一步的技术和经济比较。

无固定值守人员的变电站运行的一个重要特点是与控制站的连接规律，这对继电保护的故障信号传递到控制站并获得故障信息具有重要意义。如果连接被拒绝，检测紧急情况的唯一方法就是进行检查，检查频率的度量是两次检查之间的间隔时间。根据图3的结果，具有良好连接和故障率很低的设备几乎不依赖于检查频率，这就是图表线不匹配的原因。在连接可靠性较低的系统模拟过程中，下一个依赖关系可以在这里看到：检查越少，保护继电器故障的检测概率越高。

3 结束语

在本文的研究过程中，分析了保护继电器可靠性的关键问题，特别是其对校准间隔的依赖。同时也指出了现有模型存在的主要缺点，如接线系统丢失、故障划分不属于继电器的确定单元等。所建立的模型吸收了现有模型的优点，部分地解决了上述两个问题。并根据该模型在无法实现保护继电器的完全自检和自动化的情况下，进行了可靠性评估。随着自检程度的增加，维护的必要性变得更加不确定。在确定最佳维修周期时，必须采用符合系统技术经济特点的优化方法。