基于電力繼電保護問題的探討

隨著微機繼電保護應用的普及,保護裝置逐步具備了相應的數(shù)據(jù)接口可實現(xiàn)保護裝置重要信息的數(shù)據(jù)遠傳。充分利用數(shù)字式保護的技術(shù)特征,實現(xiàn)數(shù)字式保護的狀態(tài)檢修,改變目前保護裝置計劃檢修模式,將預防性試驗改為預知性試驗,提高設備的安全運行水平,已成為一種共識。

　　但是,繼電保護構(gòu)成的是一個系統(tǒng),不僅僅是裝置本身,如交流、直流、控制回路等,由于部分回路還沒有監(jiān)測手段,對設備狀態(tài)無法進行實時的技術(shù)分析判斷。如,由于操作回路一直由硬件實現(xiàn),除少量的硬件信號可通過遠動或綜自設備上傳以外,回路無在線監(jiān)測手段,形成了保護監(jiān)控回路中的空白點。

　　因此,就繼電保護裝置的應用現(xiàn)狀而言嚴格意義上講大多數(shù)保護并不具備狀態(tài)檢修的條件。

　　1.狀態(tài)檢修概述

　　設備檢修體制是隨著科學技術(shù)的進步而不斷演變的,由事后檢修/故障檢修發(fā)展到預防性檢修,預防性檢修主要有兩種模式,以時間為依據(jù)的檢修,預先設定檢修工作內(nèi)容與周期的定期檢修,或稱計劃檢修和以可靠性為中心的檢修。

　　狀態(tài)檢修也叫預知性維修,首先由美國杜邦公司提出,以設備當前的工作狀況為檢修依據(jù),通過狀態(tài)監(jiān)測手段,診斷設備健康狀況,確定設備是否需要檢修或最佳檢修時機。狀態(tài)檢修的目標是減少設備停運時間,提高設備可靠性和可用系數(shù),延長設備壽命,降低運行檢修費用,改善設備運行性能,提高經(jīng)濟效益。狀態(tài)檢修是建立在設備狀態(tài)有效監(jiān)測基礎上,根據(jù)監(jiān)測和分析診斷的結(jié)果安排檢修時間和項目,主要包含設備狀態(tài)監(jiān)測、設備診斷、檢修決策三個環(huán)節(jié)。狀態(tài)監(jiān)測是狀態(tài)檢修的基礎,狀態(tài)監(jiān)測是設備診斷的依據(jù),檢修決策就是結(jié)合在線監(jiān)測與診斷的情況,綜合設備和系統(tǒng)的技術(shù)應用要求確定具體的檢修計劃或策略。電力系統(tǒng)長期以來實行的以預防性計劃檢修為主的檢修體制,主要依據(jù)檢修規(guī)程來確定檢修項目,存在設備缺陷較多的檢修不足,設備狀態(tài)較好的又檢修過度的狀況,一定程度上導致檢修的盲目性,實際上很難真正實現(xiàn)“應修必修,修必修好”的檢修目標。

　　電氣設備根據(jù)功能不同可分為一次設備和二次設備,其中電氣二次設備主要包括繼電保護、自動裝置、故障錄波器、就地監(jiān)控和遠動等。隨著一次設備狀態(tài)檢修的推廣,線路不停電檢修技術(shù)的應用,因檢修設備而導致的停電時間將越來越短,從客觀上對電氣二次設備檢修提出了新的要求。作為電氣二次設備重要組成部分的繼電保護,承擔著保障電網(wǎng)穩(wěn)定和電力設備安全的重要職能,在實際運行中因繼電保護造成的系統(tǒng)故障時有發(fā)生,盡管隨著數(shù)字式保護裝置的廣泛使用,保護不正確動作次數(shù)相對減少,但由于制造、設計、施工、試驗、運行等各種原因造成的保護不正確動作絕對次數(shù)仍然很多。作為保障繼電保護正確履行電網(wǎng)“靜靜的哨兵”職能的主要手段依舊是依據(jù)傳統(tǒng)的《繼電保護及電網(wǎng)安全自動裝置檢驗條例》通過定期檢修維護保護裝置的可用率,顯然,這種基于靜態(tài)型設備的檢驗規(guī)定已經(jīng)不適應現(xiàn)代信息技術(shù)被廣泛應用的數(shù)字式保護。

　　因此,繼電保護設備如何在檢修體制、檢修方法及檢驗項目、檢修周期等方面通過合適的技術(shù)措施和手段,保證保護設備的可靠運行適應電網(wǎng)安全運行的要求,實行保護設備狀態(tài)檢修將成為一種必然的選擇。

　　2.保護狀態(tài)檢修需求

　　傳統(tǒng)的繼電保護、安全自動裝置及二次回路接線是通過進行定期檢驗確保裝置元件完好、功能正常,確?；芈方泳€及定值正確。若保護裝置在兩次校驗之間出現(xiàn)故障,只有等保護裝置功能失效或等下一次校驗才能發(fā)現(xiàn)。如果這期間電力系統(tǒng)發(fā)生故障,保護將不能正確動作。以往的保護檢驗規(guī)程是基于靜態(tài)型繼電器而設計的,未充分考慮到數(shù)字式保護的技術(shù)特點,對數(shù)字式保護沿用以前規(guī)程規(guī)定實施的檢修周期、項目不盡合理。

　　同時,現(xiàn)在電網(wǎng)主接線方式在很大程度上限制了設備停役檢修的時間,如一臺半斷路器接線方式的線路保護很難實現(xiàn)停電檢修,除非結(jié)合線路停電檢修;雙母線接線方式已逐步取消旁路開關,變壓器保護很難因保護校驗而要求變壓器停電,母差保護、失靈保護的定期檢驗安排更是困難重重。另一方面,帶電校驗保護具有實施上的安全風險和人員安全責任風險,因此,在實際運行中基本上很難保證保護設備可以有效地按照《繼電保護及電網(wǎng)安全自動裝置檢驗條例》的要求完成檢驗項目;尤其數(shù)字式保護的特性在很大程度上取決于軟件編程,這并非可以通過傳統(tǒng)的檢驗項目來發(fā)現(xiàn)保護特性的偏差,實際上,傳統(tǒng)檢驗規(guī)程所確定的檢驗項目合理性已面臨新技術(shù)應用的挑戰(zhàn)。數(shù)字式保護的實現(xiàn)技術(shù)使保護設備本身具有很強的自檢功能。因此,作為裝置本身的監(jiān)測和診斷已具備實現(xiàn)的可能,保護裝置檢修決策的確定具有了可靠的基礎。同時,電氣設備狀態(tài)檢修其概念上的合理性和技術(shù)上的可實現(xiàn)性,使保護實行狀態(tài)檢修模式具有極強的示范效應,檢修效率提高和設備可靠性的提升,將能有效地提高設備的安全性和可用率,適應電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行需要。

　　3.需解決的應用難點

　　與電氣一次設備不同的是電氣二次設備的狀態(tài)監(jiān)測對象不是單一的元件,而是一個單元或一個系統(tǒng)。監(jiān)測的是各元件的動態(tài)性能,微機保護和微機自動裝置的自診斷技術(shù)的發(fā)展為保護設備的狀態(tài)監(jiān)測奠定了技術(shù)基礎。

　　雖然,數(shù)字式保護裝置本身具備狀態(tài)檢修的實施基礎,但作為電網(wǎng)安全屏障的繼電保護除裝置本身,還包含交流輸入、直流回路、操作控制回路等,狀態(tài)檢修范疇如果僅僅局限在裝置本身將很難有實施推廣的基礎,對于保護的狀態(tài)檢修必須作為一個系統(tǒng)性的問題來考慮,或者說保護的狀態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)如果能包含交流輸入、直流、操作回路等,狀態(tài)檢修就比較有可能在實際應用中得到推廣。

　　因此,實施保護設備狀態(tài)檢修應監(jiān)測:交流測量系統(tǒng),包括CT、PT二次回路絕緣良好、回路完整,測量元件的完好;直流系統(tǒng),包括直流動力、操作及信號回路絕緣良好、回路完整;邏輯判斷系統(tǒng):包括硬件邏輯判斷回路和軟件功能。保護裝置本身容易實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測,但由于電氣二次回路是由若干繼電器和連接各個設備的電纜所組成,要通過在線監(jiān)測繼電器觸點的狀況、回路接線的正確性等則很難,這可能是保護遲遲未能有效地推進狀態(tài)檢修的主要原因之一。

　　電氣二次操作回路是對電氣一次設備進行操作控制的電路,是繼電保護的一個重要組成部分。在繼電保護設備要求進行狀態(tài)檢修的情況下,作為繼電保護出口控制回路操作箱均采用硬件式結(jié)構(gòu),即由繼電器直接在220V強電回路中通過二次線聯(lián)接而成,接線繁雜,不具備自檢、在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)遠傳等功能。