随着微机继电保护应用的普及,保护装置逐步具备了相应的数据接口可实现保护装置重要信息的数据远传。充分利用数字式保护的技术特征,实现数字式保护的状态检修,改变目前保护装置计划检修模式,将预防性试验改为预知性试验,提高设备的安全运行水平,已成为一种共识。
但是,继电保护构成的是一个系统,不仅仅是装置本身,如交流、直流、控制回路等,由于部分回路还没有监测手段,对设备状态无法进行实时的技术分析判断。如,由于操作回路一直由硬件实现,除少量的硬件信号可通过远动或综自设备上传以外,回路无在线监测手段,形成了保护监控回路中的空白点。
因此,就继电保护装置的应用现状而言严格意义上讲大多数保护并不具备状态检修的条件。
1.状态检修概述
设备检修体制是随着科学技术的进步而不断演变的,由事后检修/故障检修发展到预防性检修,预防性检修主要有两种模式,以时间为依据的检修,预先设定检修工作内容与周期的定期检修,或称计划检修和以可靠性为中心的检修。
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。
电气设备根据功能不同可分为一次设备和二次设备,其中电气二次设备主要包括继电保护、自动装置、故障录波器、就地监控和远动等。随着一次设备状态检修的推广,线路不停电检修技术的应用,因检修设备而导致的停电时间将越来越短,从客观上对电气二次设备检修提出了新的要求。作为电气二次设备重要组成部分的继电保护,承担着保障电网稳定和电力设备安全的重要职能,在实际运行中因继电保护造成的系统故障时有发生,尽管随着数字式保护装置的广泛使用,保护不正确动作次数相对减少,但由于制造、设计、施工、试验、运行等各种原因造成的保护不正确动作绝对次数仍然很多。作为保障继电保护正确履行电网“静静的哨兵”职能的主要手段依旧是依据传统的《继电保护及电网安全自动装置检验条例》通过定期检修维护保护装置的可用率,显然,这种基于静态型设备的检验规定已经不适应现代信息技术被广泛应用的数字式保护。
因此,继电保护设备如何在检修体制、检修方法及检验项目、检修周期等方面通过合适的技术措施和手段,保证保护设备的可靠运行适应电网安全运行的要求,实行保护设备状态检修将成为一种必然的选择。
2.保护状态检修需求
传统的继电保护、安全自动装置及二次回路接线是通过进行定期检验确保装置元件完好、功能正常,确保回路接线及定值正确。若保护装置在两次校验之间出现故障,只有等保护装置功能失效或等下一次校验才能发现。如果这期间电力系统发生故障,保护将不能正确动作。以往的保护检验规程是基于静态型继电器而设计的,未充分考虑到数字式保护的技术特点,对数字式保护沿用以前规程规定实施的检修周期、项目不尽合理。
同时,现在电网主接线方式在很大程度上限制了设备停役检修的时间,如一台半断路器接线方式的线路保护很难实现停电检修,除非结合线路停电检修;双母线接线方式已逐步取消旁路开关,变压器保护很难因保护校验而要求变压器停电,母差保护、失灵保护的定期检验安排更是困难重重。另一方面,带电校验保护具有实施上的安全风险和人员安全责任风险,因此,在实际运行中基本上很难保证保护设备可以有效地按照《继电保护及电网安全自动装置检验条例》的要求完成检验项目;尤其数字式保护的特性在很大程度上取决于软件编程,这并非可以通过传统的检验项目来发现保护特性的偏差,实际上,传统检验规程所确定的检验项目合理性已面临新技术应用的挑战。数字式保护的实现技术使保护设备本身具有很强的自检功能。因此,作为装置本身的监测和诊断已具备实现的可能,保护装置检修决策的确定具有了可靠的基础。同时,电气设备状态检修其概念上的合理性和技术上的可实现性,使保护实行状态检修模式具有极强的示范效应,检修效率提高和设备可靠性的提升,将能有效地提高设备的安全性和可用率,适应电力系统安全稳定运行需要。
3.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。