CN102136113A - 智能变电站二次系统可靠性评估方案 - Google Patents
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Abstract
一种智能变电站二次系统可靠性评估方案，利用可靠性框图、邻接矩阵和最小路集技术建立智能变电站二次系统的可靠性评估模型；在开展装置可靠性估计基础上进行系统总体可靠性计算并将元件重要度分析引入到二次系统中，利用概率重要度和关键重要度实施智能变电站二次系统元件重要度评价；根据可靠性评估结果，分析影响系统可靠性的薄弱环节，采取系统结构优化及设备冗余的措施提高系统的可靠性，充分满足了智能变电站的新需求。本发明方法适用于电力系统智能变电站二次系统的可靠性评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电力系统智能变电站二次系统的可靠性评估方案，属电力信息自动化技术领域。
背景技术
IEC 61850标准的颁布、高速以太网交换技术的发展以及电子式互感器技术的实用化，使得电力系统中的变电站继电保护系统走向全数字化成为必然。我国智能电网战略的实施也要求进行智能变电站建设。在智能变电站中，二次系统的保护已经全部数字化，互感器、保护以及断路器之间复杂的导线连接被光纤代替，互感器的输出由模拟信号变为数字信号，并通过合并单元以点对点或过程总线的方式传送到保护、测控等智能电子装置。
智能变电站中的全数字化保护系统在具有一系列突出优点的同时，其可靠性问题受到普遍的关注。国内外对常规保护系统的可靠性已做了较多研究，但对全数字化保护系统的相关研究则开展较少。与常规保护系统相比，全数字化保护系统无论在系统结构方面，还是在构成元件方面都存在很大差异。建立智能变电站二次系统的可靠性评估模型，进行智能变电站的可靠性研究，无论对于系统的设计还是运行都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是，为实现电力系统智能变电站二次系统的可靠性分析、找出变电站系统薄弱环节并有针对性地提出解决办法，提出一种智能变电站二次系统的可靠性评估方案。
本发明的技术方案是：
本发明将在系统层面，利用可靠性框图、邻接矩阵和最小路集技术建立智能变电站二次系统的可靠性评估模型；在进行装置的可靠性估计基础上进行系统总体可靠性计算并将元件重要度分析引入到二次系统中，利用概率重要度和关键重要度建立了智能变电站二次系统重要度评价指标；根据可靠性评估结果，分析影响系统可靠性的薄弱环节，采取不同的措施包括系统结构优化及设备冗余提高系统的可靠性。
本发明智能变电站可靠性评估方案通过如下步骤实现：
1. 智能变电站可靠性建模。智能变电站的可靠性建模采用可靠性框图分析方法、元件重要度分析及马尔科夫模型方法。
2. 装置的可靠性估计。智能变电站二次系统的元件或装置都是由许多小的集成电路组成，如单片数字电路，单片模拟电路，微处理器，存储器，单片集成电路等等。因此，先求出每个集成电路的可靠性，随后通过叠加计算出总的装置可靠性。
3. 系统薄弱环节分析。分析系统中的薄弱环节，从而帮助设计人员有针对性地优化系统设计、有效地提高系统的可靠性。
本发明与现有技术比较的有益效果是，（1）本发明方法提供智能变电站可靠性评估的一种全面解决方案，通过系统的可靠性分析，为智能变电站的调试，运行和分析提供一种有力的可靠性评估手段，适用于各电压等级的智能变电站；（2）本发明实现了对智能变电站二次系统的薄弱环节分析，通过有针对性的改进措施，能够实现智能变电站总体可靠性的提升。
本发明方法适用于电力系统智能变电站二次系统的可靠性评估。
附图说明
附图为智能变电站二次系统可靠性评估流程图。
具体实施方式
本发明实施例智能变电站二次系统可靠性评估方案的实现流程如附图1所示。
本发明智能变电站二次系统可靠性评估方案的具体实施方式包括以下步骤：
1、智能变电站可靠性建模。
智能变电站系统可靠性建模可采用两类方法：组合法和状态法。组合法包括可靠性框图和故障树分析法；状态法包括马尔科夫模型和Petri网分析法。组合法具有模型易于理解和建立、计算量小等优点，但它们都假设系统为不可修系统，故模型不够精确，一般用于复杂系统可靠度的初算，以及进行元件重要度分析。与之相比，状态法可描述系统中各元件的多种状态（如正常、故障、检修等），故能够为诸如保护这样的可修系统建立精确的可靠性模型。
可靠性框图（RBD, Reliability Block Diagram）是系统可靠性建模的重要方法。把组成系统的元件或装置以方框的形式表示在可靠性框图中，可靠性框图从可靠性的角度描述了系统的结构。保护系统的可靠性包括两个方面，即可靠不拒动和可靠不误动。一般情况下，保护系统拒动的危害性大于误动，且对系统拒动的分析远比误动复杂。
在系统的可靠性框图建立以后，利用最小路集（minimal path sets）方法即可计算系统可靠性。最小路集表示了完成系统功能所需的最少正常设备的组合，整个系统由各最小路集并联而成，通过系统最小路集分析，可方便计算出系统的可靠性。对于任意复杂的系统结构，可利用邻接矩阵（connection matrix）法自动确定其最小路集。
2. 装置的可靠性估计。
智能变电站可靠性计算依赖于站内各装置的可靠性参数。装置的可靠性指标可用装置故障率来表达。装置故障率即失效率，是指一种产品的群体在规定使用时间内总失效次数与该使用时间内产品群体总工作时间之比。
智能变电站的二次设备中的装置都是由许多小的集成电路组成，如单片数字电路，单片模拟电路，微处理器，存储器，单片集成电路等。因此，先求出每个集成电路的故障率，再通过叠加来计算出总的装置故障率。
计算装置中元器件和各硬件模块的失效率可采用以下工作失效率预计模型, 电子器件的失效率计算分类如下表所示:
式中
为器件质量系数；
和
是电路复杂系数; 为温度应力系数; 
为电压应力系数; 为封装复杂系数; 
为环境系数; 
为器件成熟系数, 是PROM电路的可编程工艺系数，
是EEPROM、FLASH电路的读\写循环率系数，
是GaAsMMIC应用系数，
是GaAsMMIC工艺系数。
3. 系统薄弱环节分析
对于智能变电站中数字化保护系统而言，由于其包含更多的电子装置，变电站总体可靠性指标不足以全面刻画系统的可靠性。需要深入到元件层面，进行元件重要度分析。从系统设计角度，元件重要度分析可以发现系统中的薄弱环节，从而帮助设计人员有针对性地优化系统设计、有效地提高系统的可靠性；从系统维护角度，元件重要度分析可以指导维护人员合理地分配系统维修资源，建立优化的维护计划。
元件重要度可通过概率重要度及关键重要度来描述。概率重要度表示元件可靠性的改变对系统可靠性的影响程度，其数值上等于当元件未失效和失效时系统的可靠性的差。关键重要度表示因元件的失效而导致系统失效的概率。
通过系统薄弱环节分析提高系统可靠性的措施有：（1）优化系统设计，通过设计合理的系统结构，可以明显提供系统可靠性；（2）采用适当的冗余配置，包括双重化保护、同步时钟源、交换机以及网络接口等元件的冗余配置等，使得系统原有的薄弱环节不再成为系统的可靠性瓶颈。
Claims (1)
1.一种智能变电站二次系统可靠性评估方案，其特征在于，利用可靠性框图、邻接矩阵和最小路集技术建立智能变电站二次系统的可靠性评估模型；在开展装置可靠性估计基础上进行系统总体可靠性计算并将元件重要度分析引入到二次系统中，利用概率重要度和关键重要度实施智能变电站二次系统元件重要度评价；根据可靠性评估结果，分析影响系统可靠性的薄弱环节，采取系统结构优化及设备冗余的措施提高系统的可靠性，满足智能变电站需求；
所述可靠性框图把组成系统的元件或装置以方框的形式表示在可靠性框图中，从可靠性的角度描述系统的结构；在系统的可靠性框图建立以后，利用最小路集方法计算系统可靠性；所述最小路集表示完成系统功能所需的最少正常设备的组合，整个系统由各最小路集并联而成，通过系统最小路集分析，可方便计算出系统的可靠性；对于任意复杂的系统结构，可利用邻接矩阵法自动确定其最小路集。
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