袁成川，屈天龍，郝 暢，孫 超

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東深圳 518124）

繼電保護設(shè)備是百萬千瓦級核電廠升壓站的重要組成部分，在核電廠與電力系統(tǒng)的正常運行中起到至關(guān)重要的作用[1]。近年來，隨著核電廠的快速發(fā)展，傳統(tǒng)繼電保護設(shè)備檢修模式的效率低下，矛盾日益突出，難以適應核電廠升壓站的現(xiàn)代化管理水平要求[2-3]。此外，核電廠積極推出檢修模式的智能化提升，促進檢修效率的提高[4]。繼電保護設(shè)備作為升壓站的第一道防線，在保障設(shè)備正常運行的過程中起到了決定性作用。

繼電保護設(shè)備狀態(tài)檢修是基于實際生產(chǎn)運行中產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)，通過分析設(shè)備間的健康狀態(tài)信息，建立標準健康狀況的評價模型[5-7]。加權(quán)平均理論是設(shè)備檢修的傳統(tǒng)方法，基于模糊算法對單一因素進行評估，再進行復雜的設(shè)備狀態(tài)分析[8]。智能技術(shù)的發(fā)展為設(shè)備檢修提供了較好的工具，在設(shè)備故障信息不完備的情形下，仍能準確判斷設(shè)備的故障類型以及輔助決策方案，該方法對測試精度具有較高的要求[9]。

1 升壓站繼電保護系統(tǒng)

1.1 二次回路

百萬千瓦級核電廠升壓站的二次回路由繼電保護設(shè)備及其遠動裝置構(gòu)成，與其他類型發(fā)電廠架構(gòu)類似[10-12]。二次回路可對電氣設(shè)備進行保護，按照電源的種類性質(zhì)劃分，可分為開關(guān)控制、電氣閉鎖、電壓電流回路，且二次回路發(fā)生故障的概率較大，確保二次回路的正常是繼電保護系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1.2 斷路器回路

升壓站繼電保護系統(tǒng)的斷路器回路由電壓回路、電流回路、操作信號回路、電氣閉鎖回路構(gòu)成，共同協(xié)作完成斷路器的切故障命令。

1）電壓回路

電壓回路核心部件為通過二次側(cè)電路引出的電壓測量線圈，連接并列裝置與就地端子共線，通過自動切換控制測量裝置動作。電壓回路檢驗主要來自兩個方面：一是電壓回路的電阻值設(shè)置需要符合設(shè)計要求；二是電壓降必須大于UN的3%。

2）電流回路

電流回路是通過二次線圈測量小電流從而計算得出大電流，電路從互感器的接線端到斷路器的端子箱，最終到達繼電保護設(shè)備的顯示箱，電流回路必須注意接地點接地與繞組接線。此外，在縱聯(lián)差動保護中，電流變比必須與壓降一致。

3）操作信號回路

操作信號回路需注意三點：①操作信號回路的斷路器可通過分合閘保護電氣設(shè)備，操作系統(tǒng)可發(fā)送指令控制斷路器分合閘，常閉輔助點向斷路器發(fā)送合閘信號，并與測控裝置相連；②操作信號回路可檢測斷路器本體信號，發(fā)送“SF6 低壓警告”、“斷路器非全相動作”等信號，當壓力值下降后，二次回路對操作信號回路發(fā)出閉鎖信號；③操作信號回路可對各回路進行檢查，核實二次回路的正常狀態(tài)[13-14]。

2 繼電保護設(shè)備狀態(tài)智能檢修方案

2.1 檢修功能分析

根據(jù)百萬千瓦級核電廠升壓站繼電保護設(shè)備狀態(tài)檢修工作涉及的具體應用，設(shè)計部署功能，如圖1所示。

圖1 智能檢修功能

圖1 中，繼電保護設(shè)備的智能檢修方案共分為8 個模塊。其中，故障分析在系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行兩次，在檢測故障分量超出正常值且在風險評價為高風險時，需進行故障分析。在工程實施步驟中，可根據(jù)核電廠繼電保護設(shè)備檢修的具體要求對各個模塊做適當調(diào)整或分步實施。其中，數(shù)據(jù)采集為智能檢修方案的核心模塊。數(shù)據(jù)采集模塊如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊示意圖

2.2 繼電保護設(shè)備狀態(tài)檢修

繼電保護設(shè)備狀態(tài)的智能檢修方案流程如圖3所示，詳細描述從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理到故障診斷的流程，對所有失效數(shù)據(jù)與誤動數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一收集并評價。若數(shù)據(jù)正常，則進行下一步操作；否則，啟動數(shù)據(jù)分析、預測評判工作，并對以上操作做出執(zhí)行建議。

圖3 狀態(tài)檢修流程圖

假設(shè)有一臺繼電保護設(shè)備，故障數(shù)為J，其為非其次泊松方程且強度參數(shù)為λ(t)，開始檢修時刻t=0，(0,t)內(nèi)進行檢修，設(shè)備檢修后的可靠度R(x/t)為：

核電廠要求設(shè)備的可靠度至少為R0，且檢修費用滿足經(jīng)濟性條件，若c1、c2、c3為檢測過程所需費用、故障維修費用、停電時段損失費用，則在檢修時段內(nèi)所需的總費用可表示為：

若考慮繼電保護設(shè)備可靠性與經(jīng)濟性的雙重目標，則檢修周期必須滿足以下要求：

3 繼電保護設(shè)備狀態(tài)評價

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的采集與分析是繼電保護設(shè)備智能檢修的基礎(chǔ)，在核電廠升壓站范圍內(nèi)，繼電保護設(shè)備制造、運行、維護等全過程中，采集運行前后的數(shù)據(jù)信息、電氣設(shè)備試驗信息、檢修報告信息、檢修狀態(tài)、誤動拒動信息，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析主要是對繼電保護臺賬數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、繼電保護設(shè)備檢修數(shù)據(jù)開展采集、分析工作，即分析狀態(tài)數(shù)據(jù)的來源情況，為建立實際的檢修工作流程奠定基礎(chǔ)。

3.2 狀態(tài)量的確定

分析繼電保護設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，將評價內(nèi)容分為兩部分：二次回路部分與繼電保護裝置部分。上述兩者可根據(jù)與設(shè)備狀態(tài)關(guān)聯(lián)信息判斷其重要程度，在分析保護裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、二次回路原理、電氣閉鎖回路后，判斷繼電保護裝置的性質(zhì)以及采取何種應對保護措施。

3.3 狀態(tài)評價標準

按照評價周期的劃分方法，繼電保護設(shè)備狀態(tài)檢修評價可分為定期評價與動態(tài)評價。定期評價可根據(jù)電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)設(shè)置定時檢修周期，通常定期單位為年；動態(tài)評價是對電氣設(shè)備的狀態(tài)進行全方位的評價。在臺賬分析模型的基礎(chǔ)上，以間隔作為基本評價單位，綜合分析電氣閉鎖回路與二次回路。采用扣分制進行設(shè)備狀態(tài)信息的定期或動態(tài)評價，最終的結(jié)果為各單元項的綜合分數(shù)。在綜合分數(shù)發(fā)生明顯變化時，提醒檢修人員進行電氣設(shè)備檢修。具體的評價標準如表1 所示。

表1 繼電保護設(shè)備評價標準

3.4 狀態(tài)評價體系

傳統(tǒng)的評價方法是根據(jù)收集設(shè)備或二次回路狀態(tài)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過模型算法綜合評定設(shè)備間隔得分。但該方法受主觀因素影響較大，即使采用人工智能算法仍存在一定的缺陷[15-16]。文中采用多模型狀態(tài)評價體系保障繼電保護設(shè)備檢修的準確性，通過改進因子組合、算法對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進行評價，并對檢修方案進行靈活配置。其狀態(tài)評價體系如圖4所示。

圖4 狀態(tài)評價體系

4 智能檢修方案的設(shè)計與測試

4.1 設(shè)計思想

繼電保護設(shè)備狀態(tài)的檢修手段信息化是降低百萬千瓦級核電廠運行成本、合理安排繼電保護設(shè)備檢修計劃項目的有效途徑，即通過構(gòu)建百萬千瓦級核電廠升壓站繼電保護設(shè)備檢修管理系統(tǒng)是實現(xiàn)狀態(tài)檢修的重要手段。其設(shè)計與開發(fā)需以設(shè)備檢修為方向，通過基礎(chǔ)運行平臺實現(xiàn)智能檢修的基本功能。

4.2 測試效果

以面向?qū)ο蟮腣isual Basic 6.0 為測試平臺，設(shè)計9 種百萬千瓦級核電廠升壓站繼電保護設(shè)備檢修情景，模擬真實場景進行實時狀態(tài)檢修測試，測試結(jié)果如表2 所示。

表2 測試結(jié)果

5 結(jié)束語

該文對百萬千瓦級核電廠升壓站繼電保護設(shè)備狀態(tài)的智能檢修方法進行研究，設(shè)計了設(shè)備的智能檢修方案，繼電保護設(shè)備的智能檢修方案共分為8個模塊，分別為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準備、故障預警、故障分析、故障評價、分析決策、風險評估、決策建議。對方案的各個功能模塊進行分析，從數(shù)據(jù)獲取、狀態(tài)評價到預測評估，全方位評估繼電保護設(shè)備的運行狀態(tài)。該智能檢修方法具備較優(yōu)的預期經(jīng)濟效益，可提高升壓站的供電可靠性，降低核電廠的運維成本。