CN102005736A - 一种继电保护设备健康状况在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种继电保护设备健康状况在线监测的方法。本发明确定了继电保护设备提供的自检信息的内容。将自检信息分类，增加能够反映每类自检信息对设备健康状况影响程度的附加信息及其包含的内容。状态检修主站通过变电站内通信网络采用IEC-61850通信标准采集继电保护设备提供的自检信息，建立继电保护设备静态、动态自检信息数据库；采用通用的继电保护设备健康状况数学模型对设备的健康状况进行实时在线监测，为继电保护的状态检修提供指导。通过本发明提供的继电保护设备健康状况在线监测的方法，能够对继电保护设备的健康状况进行在线监测，提高继电保护设备可靠性和可用性，延长设备的寿命，降低运行检修费用，提高经济效益。

Description

一种继电保护设备健康状况在线监测方法

技术领域

本发明涉及电力***中的继电保护领域，更具体是变电站中继电保护设备健康状况在线监测技术。

背景技术

继电保护设备是电力网安全稳定运行的坚强卫士，其健康状况直接影响这电网的运行。目前还没有一种继电保护设备健康状况在线监测的方法，只能依赖于传统的检修方式来了解继电保护设备的健康状况。传统的继电保护检修有两种方式：周期性检修和修正性检修。

周期型检修时对电力设备推行以预防性试验为基础的计划检修制度。长期以来，在停电情况下进行定期的预防性试验和计划检修，对于发现继电保护设备隐患起了很大的作用。但这种传统的继电保护设备检测方法存在很多不足，主要表现在：

(1)需要停电进行试验，设备可用率低。

(2)强调“到期必修”，周期一到就要进行检查、试验、修理，造成检修人员、材料等浪费。

(3)设备健康状况不可控。不能预知设备的健康状况，因而不能对设备进行及时进行检修，导致设备的健康状况日益下降，缩短了继电保护设备的使用寿命。

修正性检修也就是故障检修。其不足表现在不能实现以预防为主的要求，故障后果一般比较严重，严重的影响了供电的可靠性。

随着智能电网建设的不断推进，很多电力公司开展了继电保护设备状态检修的工作。通过继电保护设备的状态检修，可以减少设备停运时间，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。

继电保护设备的状态检修依赖于对继电保护设备健康状况的在线监测的结果。

发明内容

针对继电保护设备状态检修的要求，本发明提出了一种继电保护设备健康状况在线监测的方法，其目的在于状态检修主站利用继电保护设备提供的在线动态自检信息、静态自检信息和健康状况通用数学模型对继电保护设备的健康状况进行在线监测，提高继电保护设备的可靠性和可用性，延长设备的寿命，降低运行检修费用，提高经济效益。

本发明具体采用以下技术方案：

一种继电保护设备健康状况在线监测的方法，其特征在于：状态检修主站通过变电站内通信网络采用IEC-61850通信标准采集继电保护设备提供的自检信息；建立继电保护设备静态、动态自检信息数据库和健康状况通用数学模型，对设备的健康状况进行在线监测，所述方法包括以下步骤：

(1)状态检修主站在待监测继电保护设备投运前获得所述继电保护设备的状态量附加信息、模拟量附加信息以及描述信息，形成继电保护设备自检信息静态数据库：其中所述的状态量附加信息包括状态量的性质、健康系数，所述模拟量自检信息包括模拟量的上限和下限，所述描述信息表征继电保护设备的身份特征，包括设备生产制造商、软件版本号、硬件板卡型号；

(2)状态检修主站通过变电站内通信网络采用IEC-61850标准采集继电保护设备的自检信息，其中所述自检信息包括状态量自检信息、模拟量自检信息、统计类自检信息，形成继电保护设备自检信息动态数据库；

(3)状态检修主站根据继电保护设备的自检信息静态数据库和自检信息动态数据库的数据通过下式所示的继电保护设备健康状况在线监测通用的数学模型计算继电保护设备的健康情况：

$\mathrm{\κ}=\underset{j=0}{\overset{j=M}{\mathrm{\Π}}}{k}_{\mathrm{sj}}\×\underset{i=0}{\overset{i=N}{\mathrm{\Π}}}({\mathrm{\γ}}_i\×{\mathrm{\κ}}_i)$

其中，κ表示继电保护设备健康状况，取值范围为0～1，

γ_i表示第i个状态量自检信息的实际值，取值范围为0或1，

κ_i表示第i个状态量自检信息对设备状况影响程度，由继电保护设备生产商来确定，取值范围为0～1，

k_sj表示第j个模拟量、统计类自检信息对设备健康状况影响的趋势系数，取值范围0～1，

N表示状态量自检信息的个数，

M表示模拟量和统计类自检信息的总个数；

(4)当根据继电保护设备健康状况数学模型计算得到的继电保护设备健康状况κ超过设定的相应继电保护设备警戒线时，状态检修主站给出告警信号并提醒继电保护运行维护单位安排继电保护设备检修。

本发明结合继电保护设备本身的硬件体系、软件体系的结构和特点，确定了继电保护设备自检信息的内容。继电保护设备自检信息的内容包括：继电保护设备运行环境；继电保护设备硬件运行信息；继电保护软件自检信息；继电保护设备相关的二次回路和通信接口运行信息。

按照自检信息内容的表达方式和采集方法将继电保护设备自检信息分为四类：状态量自检信息、模拟量自检信息、描述信息和统计类自检信息。状态量自检信息指的是能够反映继电保护设备某个方面确切状态的信息。模拟量自检信息只能反映设备的某个方面的趋势，需要对一段时间内的多个模拟量的特征曲线进行综合的二次加工分析，才能预测设备的状态。描述信息表征设备的身份特征，包括设备生产制造商、软件版本号、硬件板卡型号。统计类自检信息指继电保护对自身的硬件、软件以及外回路自检的中间过程统计信息。

继电保护设备的自检信息只是描述了设备的状态，没有描述每个信息对设备健康状况的影响程度。为了监测设备的健康状况，继电保护设备还提供了一些附加信息。状态量的附加信息指的是能够反映状态量自检信息对设备健康状况影响程度的信息，包括：性质、健康系数；性质包括故障、严重告警、一般告警、提示等类别；健康系数表示该信息对设备健康状况影响程度，范围0-1。模拟量的附加信息指的是通过模拟量自检信息对设备健康状况趋势进行预测的信息，包括：上限、下限；上限和下限指的是该模拟量所允许的正常工作范围。

状态量附加信息、模拟量附加信息和描述信息的状态不随保护实际运行状况而改变，把这些信息称之为静态自检信息。状态量、模拟量和统计类信息随继电保护运行状况而变化，把这些信息称之为动态自检信息。在实际应用，继电保护动态自检信息遵照通用的通信规约实时送给状态检修主站；继电保护静态自检信息以文件的方式存储在继电保护设备内部，状态检修主站通过文件服务获取。在状态检修主站，动态自检信息与静态自检信息通过自检信息的ID号进行相互关联和索引。

本发明状态检修主站结合继电保护设备提供的在线动态自检信息、静态自检信息以及设备健康状况通用数学模型，对设备的健康状况进行在线监测。

本发明提供了一种继电保护设备健康状况在线监测的方法。该方法的应用解决了传统的周期性检修和修正检修存在的问题，可以实现真正意义上的继电保护设备状态检修，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，改善设备运行性能，降低设备运行检修费用和提高电网的运行水平。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1是继电保护设备健康状况在线监测***图；

图2继电保护自检信息采集及关联方法。

具体实施方式

附图1是继电保护设备健康状况在线监测***图。在这个***图中，状态检修主站通过继电保护静态自检信息数据库、动态自检信息数据库和设备健康状况通用数据模型来完成继电保护设备健康状况的在线监测。

状态检修主站中静态数据库、动态数据库中的信息都来源于保护装置提供的自检信息。继电保护设备自检信息的内容包括：继电保护设备运行环境；继电保护设备硬件自检信息；继电保护软件自检信息；继电保护设备外回路自检信息。

(1)设备运行环境。继电保护设备运行的环境，主要包括：装置内部的温湿度、装置的直流输入电压、电压互感器输入电压、电流互感器输入电流、开出节点冲击容量等。

(2)设备硬件自检信息。继电保护硬件自检信息主要包含以下几部分：设备工作电压、模入采集回路状况和合并单元提供的采样数据状况、开入采集状况和智能终端提供的GOOSE状况、开出回路状况、设备内部通信状况等、硬件板卡型号。

(3)设备软件自检信息。继电保护设备软件自检信息包括：软件版本信息、信息存储状况、内部配置信息状况等。

(4)外部回路自检信息。外部回路的自检信息包括：电压互感器和电流互感器回路状况、通信回路状况、光纤通道的误码、光信号的强度、与智能终端和合并单元的通信状况等。

按照继电保护设备自检信息内容的表达方式和采集方法将自检信息分为状态量自检信息、模拟量自检信息、描述信息和统计类自检信息四大类。状态量自检信息指的是能够反映继电保护设备某个方面确切状态的信息，比如：模拟量采样异常、通信回路状况等。模拟量自检信息只能反映设备的某个方面的趋势，需要对一段时间内的多个模拟量的特征曲线进行综合的二次加工分析，才能预测设备的状态，比如：装置内的温湿度、装置的直流输入电压、开出节点冲击容量等。描述信息表征设备的身份特征，包括设备生产制造商、软件版本号、硬件板卡型号。统计类自检信息指继电保护对自身的硬件、软件以及外回路自检的中间过程统计信息。比如EPROM自检的统计信息中应包括自检总次数、出现自检错误的次数；GOOSE通信自检中应包含收到的帧数、光纤通道误码率等。

继电保护设备中的设备运行环境采集模块、设备硬件自检信息采集模块、设备软件自检信息采集模块和外回路自检信息采集模块完成设备自检信息的采集，并根据自检信息的分类形成继电保护设备内的自检信息数据库供状态检修主站访问。

继电保护设备的状态量、模拟量自检信息只是描述了设备当前的状态，没有描述每个自检信息对设备健康状况的影响程度。为了进行继电保护设备健康状况在线监测，继电保护设备还提供了状态量附件信息、模拟量附加信息。状态量附件信息、模拟量附加信息统称为自检信息附加信息。状态量附加信息指的是能够反映状态量自检信息对设备健康状况影响程度的信息，包括：性质、健康系数。性质包括故障、严重告警、一般告警、提示等类别；健康系数表示该信息对设备健康状况影响程度，范围0-1；状态量的性质、健康系数是依据信息对设备影响程度来确定，比如：模拟量采样异常信息产生后继电保护设备丧失了保护的功能，其性质是故障、健康系数是0。模拟量附加信息指的是通过模拟量自检信息对设备健康状况趋势进行预测的信息，包括：上限、下限。上限和下限指的是该模拟量所允许的范围。比如：装置的运行温度，依据各个插件中的电子元器件所允许的温度确定其上下限分为-10℃和55℃。

附图2描述了继电保护设备自检信息及其附加信息的采集方法。状态量附加信息、模拟量附加信息和描述信息的状态在继电保护设备投运前就可以确定，不随保护实际运行状况而改变，把这些信息称之为静态自检信息。状态量附加信息、模拟量附加信息和描述信息的内容以XML文件的方式存储于继电保护设备中。在继电保护设备投运前，状态检修主站采用文件服务自动导入并形成设备自检信息静态数据库。

状态量、模拟量和统计类信息随继电保护运行状况而变化，把这些信息称之为动态自检信息。动态的状态量和模拟量自检信息由继电保护装置定时或变位主动送给状态检修主站；而动态的统计类自检信息数据量大，变化过程缓慢，由状态检修主站主动发起信息交换指令的方式来交互信息。状态检修主站采用IEC-61850通信标准获取这些动态的自检信息并形成设备自检信息动态数据库。

状态检修主站的继电保护设备自检信息静态数据库与继电保护设备自检信息动态数据库之间通过信息ID相互关联和索引。

继电保护设备提供的状态量自检信息直接反应设备某一方面的健康状况；继电保护设备提供的模拟量自检信息、统计类自检信息反映了继电保护设备健康状况的发展趋势。综合考虑各种影响设备健康状况的因素，继电保护设备健康状况通用的数学模型为：

$\mathrm{\κ}=\underset{j=0}{\overset{j=M}{\mathrm{\Π}}}{k}_{\mathrm{sj}}\×\underset{i=0}{\overset{i=N}{\mathrm{\Π}}}({\mathrm{\γ}}_i\×{\mathrm{\κ}}_i)$ (公式1)

其中：κ表示继电保护设备健康状况；取值范围：0～1

γ_i表示第i个状态量自检信息的实际值；取值范围：0或1

κ_i表示第i个状态量自检信息对设备状况影响程度；取值范围：0～1

k_sj表示第j个模拟量、统计类自检信息对设备健康状况影响的趋势系数；取值范围0～1

N表示状态量自检信息的个数，

M表示模拟量和统计类自检信息的总个数；

由于不同的继电保护设备硬件架构、软件体系及提供的自检信息各不相同，因此其M和N的取值各不相同。

γ_i的值由运行中的继电保护设备实时提供。比如：如果继电保护设备自检到开出异常，则开出异常信息的取值为1；否则，其取值为0。

κ_i的值在状态量的附加信息中提供。其值由继电保护设备生产商来确定，依据是该信息对设备功能的影响程度。比如：SRAM自检出错可能会导致继电保护设备误动或拒动，其取值应该为0，即只要装置出现SRAM自检出错信息，必须停运此继电保护设备并安排检修。

k_sj主要是针对模拟量和统计类自检信息。它的确定方法相对其他几个参数来说要复杂一些。通用的取值方法为：首先确定某个模拟量或统计类信息超过所允许的上下限后对设备健康状况影响系数，再根据设备提供的实时数据对这个健康系数进行二次修正。比如：继电保护设备运行的温度的正常范围为-10℃～55℃，如果设备提供温度值在这个范围之内，则其值为1。如果设备提供温度为60℃，则值为0.8*0.9＝0.72(0.8是温度超过上限后对设备健康状况影响系数，由设备中各个电子元器件温度特性确定；0.9是60℃时的修正系数)。

状态检修主站在线采集各个继电保护设备的自检信息，当根据继电保护设备健康状况数学模型计算得到的继电保护设备健康状况κ超过设定的相应继电保护设备警戒线时，状态检修主站给出告警信号并提醒继电保护运行维护单位安排继电保护设备检修。

Claims (4)

1.一种继电保护设备健康状况在线监测的方法，其特征在于：状态检修主站通过变电站内通信网络采用IEC-61850通信标准采集继电保护设备提供的自检信息；建立继电保护设备静态、动态自检信息数据库和健康状况通用数学模型，对设备的健康状况进行在线监测，所述方法包括以下步骤：

(1)状态检修主站在待监测继电保护设备投运前获得所述继电保护设备的状态量附加信息、模拟量附加信息以及描述信息，形成继电保护设备自检信息静态数据库；其中所述的状态量附加信息包括状态量的性质、健康系数，所述模拟量附加信息包括模拟量的上限和下限，所述描述信息表征继电保护设备的身份特征，包括设备生产制造商、软件版本号、硬件板卡型号；

(2)状态检修主站通过变电站内通信网络采用IEC-61850标准采集继电保护设备的自检信息，其中所述自检信息包括状态量自检信息、模拟量自检信息、统计类自检信息，形成继电保护设备自检信息动态数据库；

(3)状态检修主站根据继电保护设备的自检信息静态数据库和自检信息动态数据库的数据通过下式所示的继电保护设备健康状况在线监测通用的数学模型计算继电保护设备的健康情况：

$\mathrm{\κ}=\underset{j=0}{\overset{j=M}{\mathrm{\Π}}}{k}_{\mathrm{sj}}\×\underset{i=0}{\overset{i=N}{\mathrm{\Π}}}({\mathrm{\γ}}_i\×{\mathrm{\κ}}_i)$

其中，κ表示继电保护设备健康状况，取值范围为0～1，

γ_i表示第i个状态量自检信息的实际值，取值范围为0或1，

κ_i表示第i个状态量自检信息对设备状况影响程度，由继电保护设备生产商来确定，取值范围为0～1，

k_sj表示第j个模拟量、统计类自检信息对设备健康状况影响的趋势系数，取值范围0～1，

N表示状态量自检信息的个数，

M表示模拟量和统计类自检信息的总个数；

(4)当根据继电保护设备健康状况数学模型计算得到的继电保护设备健康状况κ超过设定的相应继电保护设备警戒线时，状态检修主站给出告警信号并提醒继电保护运行维护单位安排继电保护设备检修。

2.根据权利要求1所述的继电保护设备健康状况在线监测方法，其特征在于：所述状态量附加信息、模拟量附加信息和描述信息的内容以XML文件的方式存储于继电保护设备中，由状态检修主站在继电保护设备投运前采用文件方式自动导入获得。

3.根据权利要求1所述的继电保护设备健康状况在线监测方法，其特征在于：所述状态量和模拟量自检信息由继电保护设备中的自检模块采集并定时或变位主动送给状态检修主站；统计类信息由继电保护设备采集，状态检修主站定时召唤得到。

4.根据权利要求1所述的继电保护设备健康状况在线监测方法，其特征在于：状态检修主站的继电保护设备自检信息静态数据库与继电保护设备自检信息动态数据库之间通过信息ID相互关联和索引。

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