陳驊鑫

（山西大同大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，大同 037009）

所謂繼電保護裝置是指當(dāng)電力系統(tǒng)（電網(wǎng)）中的電氣設(shè)備（如變壓器、開關(guān)等）或線路發(fā)故障，此故障對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了影響以至于影響了系統(tǒng)的安全運行，而且故障發(fā)生后不能短時間內(nèi)解決，此時通過向運行值班人員發(fā)出警告信號，或者直接通過電氣回路對所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令來將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除防止事故擴大的一種自動化裝置。在電力系統(tǒng)中，繼電保護裝置的主要作用是在電網(wǎng)正常運行時起監(jiān)視作用，一旦設(shè)備或者線路出現(xiàn)異常或者故障時，它能在很短的時間內(nèi)自動操作開關(guān)等裝置準(zhǔn)確的將故障線路或設(shè)備從系統(tǒng)中切除出去，從而保證電力系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常穩(wěn)定的運行。它使得電力系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，不會因為系統(tǒng)中某處的故障而影響其他用戶，因為及時切除了故障，故障也就不會擴大，相應(yīng)的對設(shè)備的傷害程度也大大降低了。

1 繼電保護狀態(tài)檢修綜述

狀態(tài)檢修（CBM，condition based mainte-nance）或預(yù)知性維修（PDM，predictive diagnosticmaintenance）從設(shè)備現(xiàn)行運行狀態(tài)入手，將監(jiān)測到的狀態(tài)數(shù)據(jù)整理上傳，通過對數(shù)據(jù)進行分析判斷，在設(shè)備故障發(fā)生前就通過設(shè)備不良運行狀態(tài)做出判斷，對故障可能產(chǎn)生的部位、故障可能進一步發(fā)展程度以及任其發(fā)展可能造成的不良影響作出判斷，從而確定各機件的最佳維修時機。在1970年[1]，狀態(tài)檢修出現(xiàn)在美國的杜邦公司I.D.Quinn。要想實現(xiàn)狀態(tài)檢修，就需要獲得繼電保護裝置的各項數(shù)據(jù)，通過分析所獲得的各個狀態(tài)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過對比才能估計出繼電保護裝置狀態(tài)將來的發(fā)展趨勢，在故障或異常出現(xiàn)之前，提前檢修，達到效益最大化。

2 繼電保護裝置元件的失效

2.1 失效期

繼電保護大部分是由精密的微電子元件組成的，所以電子元器件的性能對繼電保護的可靠性起決定性作用，因此要想實現(xiàn)繼電保護狀態(tài)評價和狀態(tài)檢修就要清楚了解其各個元器件可能產(chǎn)生的故障以及功能失效原理。從工作時間分，微電子元件失效期大致可以劃分為3個總體的階段即早期失效期、偶然失效期和耗損失效期。早期失效期原因一般是元器件剛開始運行、處于磨合期，也可能存在功能不完善等原因，這個階段失效頻率較高；偶然失效期則是元器件投入運行后，通過一定時間達到平穩(wěn)運行階段，一般來說這個階段元件失效率很低；耗損失效期，是指元器件長時間運行，磨損、長時間過負(fù)荷運行、散熱不足等使得損耗加重，這個階段故障率也很高[2]。

2.2 失效表現(xiàn)

微電子元件的失效表現(xiàn)形式有大體可分為兩種，一種是是功能降低導(dǎo)致的老化失效，另一種是由于功能缺失導(dǎo)致的破壞性失效。

（1）老化失效指的是隨著時間推移，磨損增加，各項功能逐漸衰退，最終導(dǎo)致回路或者裝置不能正常工作，是一種過渡性的過程失效。表現(xiàn)多樣，包括：元件從開始老化到功能逐漸喪失，最終徹底失效，使得回路無法工作；元件有時能實現(xiàn)其功能，有時喪失功能，回路工作斷續(xù)更替；元件精度降低，使得儀表等設(shè)備無法實現(xiàn)其功能，出現(xiàn)誤動等情況。元件的老化失效，除了自身因為其運行時間長、磨損老化程度大，還收到外界的影響如元件處于塵土較多的環(huán)境就將會加快元件的老化速度和程度。

（2）破壞性失效是指一種由于瞬時性因素導(dǎo)致元件失去原有功能的失效模式，這種失效模式不存在過渡期，而導(dǎo)致失效的因素一般是是由于突然的過載、過壓，甚至是元件本身質(zhì)量存在問題等原因，這種失效一旦發(fā)生，就使得元件永久失效，使得元件完全喪失作用，不能繼續(xù)工作，通常破壞性失效突發(fā)的。

2.3 失效原因

半導(dǎo)體器件失效類型很多，從功能失效方面分類大致可分為6 類，即開路、短路、失去功能、特性失效、重測合格率低和結(jié)構(gòu)存在問題。表現(xiàn)形式一般有燒損、管腳虛接或掉落、芯片粘接出現(xiàn)問題、鍵合點不牢或芯片遭受腐蝕、表面鋁膜受損、氧化層損壞、漏電流大、高損耗等。

3 基于失效期的檢修策略

3.1 狀態(tài)指標(biāo)選取

狀態(tài)指標(biāo)選取，根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)情況，從多年的缺陷表進行選擇，繼電保護裝置本身主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷的概率比較低，其出現(xiàn)缺陷的部位大多為繼電保護裝置的插件，這是因為繼電保護裝置為各個廠家的專利產(chǎn)品，對于生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，一般為模塊化裝置，做功和工業(yè)化水平較高。因此，出現(xiàn)問題的概率較低，因此，對于檢修來說，應(yīng)該不將其列為重點的檢修對象。

在繼電保護裝置的二次回路方面，就會存在較多的缺陷，因為二次回路為現(xiàn)場二次施工，施工人員技術(shù)水平差異大，做功不仔細(xì)，難以保證質(zhì)量，例如在二次回路上的報警，燈顯裝置等，并且難以被巡視人員發(fā)現(xiàn)，存在不易覺察的安全隱患。

通過多年數(shù)據(jù)對比，繼電保護裝置的缺陷主要是與該裝置的使用年限有關(guān)，而與繼電保護裝置的數(shù)量、廠家等關(guān)系并不大，使用年限越久的裝置，各個方面出現(xiàn)問題的概率會增大，裝置的二次安裝技術(shù)人員水平關(guān)系也比較大。因此，指標(biāo)選擇從上述幾個方面綜合考慮。

3.2 層次分析模型構(gòu)建

指標(biāo)權(quán)重的確定需要用到層次分析方法，就是把相對復(fù)雜的眾多目標(biāo)做成一個系統(tǒng)，依據(jù)準(zhǔn)則進行分解，用定性指標(biāo)模糊量化的方法進行相應(yīng)的計算和排序，并將這一結(jié)果作為系統(tǒng)優(yōu)化的依據(jù)。層次分析法首先會把決策問題按照順序進行分割，該順序是：首先是總體目標(biāo)，之后是每一層次的字母表，再次是對于評價的準(zhǔn)備，最后是做出具體的備投方案。隨后通過數(shù)學(xué)的求解方法進行優(yōu)先權(quán)的判斷。在最后，利用加權(quán)求和，權(quán)衡總目標(biāo)的權(quán)重，其中誰的權(quán)重最大誰就是最合適的方案。其實，所謂的最大的優(yōu)先權(quán)重，其實是相對的，就一個特點而言它是具有優(yōu)越性的，但是對于另一個特點它的相對量度未必會優(yōu)越。其步驟為建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)建判斷矩陣、層次單排及其一致性檢驗3個[3]。

3.3 綜合評價法

確定指標(biāo)權(quán)重后，需要對整體進行評判，所謂的模糊綜合評價法就是利用數(shù)學(xué)方法進行相關(guān)的評價。它主要是使用模糊數(shù)學(xué)對相關(guān)的對質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素進行評測并轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的定量評價。Zadeh是美國的一個著名的教授，他在上個世紀(jì)的六十年代中期提出了模糊數(shù)學(xué)，并首次發(fā)表于《Fuzzy sets》。比如：如何判定高矮、如何衡量重與輕、什么是質(zhì)量好與質(zhì)量不好。模糊思想專門用來解決這種模糊現(xiàn)象。經(jīng)過很多年的研究發(fā)展，模糊數(shù)學(xué)理論越來越成熟，隨著就產(chǎn)生了模糊評價。它是先通過構(gòu)建多個層次的子集把要評價的對象的影響因素量化，再構(gòu)建出評價矩陣（多層級），最后進行分析，從而確定出該對象的等級。該方法的優(yōu)點主要是很容易操作，而且更加便捷。模糊評價法的步驟具體如下[4]：

（1）構(gòu)建模糊綜合評價指標(biāo)。在模糊綜合評價指標(biāo)的構(gòu)建時，應(yīng)該對各種因素進行綜合考慮。

（2）構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重向量。在進行權(quán)重向量的構(gòu)建的時候，主要采用AHP層次分析法等方法。

（3）構(gòu)建評價矩陣。為了構(gòu)建好評價矩陣，應(yīng)該建立合適的隸屬函數(shù)。

（4）評價矩陣和權(quán)重的合成。合適的合成因子有利于起進行合成，合成以后再解釋結(jié)果向量。

4 結(jié)束語

繼電保護是電網(wǎng)的堅強放線，而狀態(tài)檢修是繼電保護裝置的保障，因此，制定合適的檢修策略尤為重要，本文介紹了一種制定狀態(tài)檢修策略的思路，可以實現(xiàn)較為科學(xué)的制定檢修策略。為未來狀態(tài)檢修的不斷發(fā)展發(fā)展提供一種思考思路。