CN102945317A - 一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，属于电力系统保护技术领域。列出包括软件失效和人为因素在内的所有继电保护装置的状态，并建立Markov状态转移图；根据电网实测数据确定继电保护装置的失效率和修复率，进而确定Markov模型中各状态的状态转移率；根据建立好的Markov模型得到继电保护装置不可用率的计算公式；计算某检修周期下，继电保护装置的不可用率UnAva,

，其中，λ_i和μ_i（i=1,2,3,4,5）为Markov模型中各状态转移率，Q为继电保护装置的检修周期，从而对继电保护装置进行评估。本发明更加准确地刻画了继电保护装置故障的状态，对继电保护装置的评估更加准确。

Description

一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法

技术领域

本发明涉及一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，属于电力系统保护技术领域。

背景技术

继电保护装置是保证供电系统安全运行和可靠供电的重要设备。当电网发生故障时，如果继电保护装置不能正确动作，不仅会使电力系统的故障扩大，甚至可能因不良的连锁反应而造成整个电网崩溃，导致大面积停电，给人们的 正常生活、经济发展及社会稳定带来严重影响。因此，确保继电保护装置的可靠性是保障电网安全稳定运行的一个非常重要的内容。对继电保护系统进行可靠性分析研究，能及时发现继电保护装置的隐患，有助于快速消除保护缺陷，提高保护的可用率，避免电网发生事故时因保护装置不正确动作引起事故的扩大。

电力系统保护中继电保护装置运行时可靠性指标的定义和计算与电力系统可靠性指标计算、继电保护装置的评价、使用、完善与发展等密切相关。通过继电保护可靠性评估，得出故障率，修复率，可用度等各种可靠性指标，设计出模型，根据模型，得出继电保护设备最优检修周期，以指导电力部门合理安排检修计划。

目前，继电保护装置的可靠性模型大致分为两类，一是采用蒙特卡洛模拟法，以大数定律为依据，对继电保护设备可用率模拟计算；另一类统称为解析法，如以故障树为基础的故障树分析法和以Markov过程为依据的Markov模型。

但是，对于解析方法的可靠性模型，如Markov模型，需要考虑到继电保护装置可能存在的各种状态，包括人为失效和软件失效因素。大量误动事故案例显示80%为人为责任，而软件失效的因素也是不容小觑。但是国内关于继电保护装置的Markov模型尚未提出一种较为合理的包含人为失效和软件失效因素的Markov模型，目前关于继电保护装置的Markov模型中，几乎都忽略了人为因素的影响和软件失效的情况。

发明内容

本发明针对现有继电保护装置可靠性评估中，没有考虑足够的因素，提出了一种考虑软件失效和人为因素的Markov可靠性评估方法，计算电力系统继电保护装置的（不）可用率。该方法更加准确地刻画了继电保护装置故障的状态，使得继电装置可靠性的计算结果更加真实可靠。

技术方案是，一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，该方法包括下列步骤：

步骤1：列出包括软件失效和人为因素在内的所有继电保护装置的状态，并建立Markov状态转移图；

步骤2：根据电网的实测数据确定Markov模型中的各个参数；

步骤3：根据建立好的Markov模型得到继电保护装置不可用率的计算公式；

步骤4：得到不同检修周期下的继电保护装置不可用率。

所述建立的Markov状态转移图应该包含继电保护装置的所有状态，各个状态的驻留概率构成一个完备事件组。

所述根据电网的实测数据确定Markov模型中各参数，该参数包括：

（1）获得继电保护装置失效次数N_Δ，所统计的保护装置总数N_ST；

（2）计算继电保护装置的失效率λ₀；

（3）获得继电保护装置故障前后的时刻，计算继电保护装置修复率μ₀；

（4）根据自检效率ST、继电保护装置失效率λ₀、继电保护装置修复率μ₀参数得到模型中各状态转移率。

所述继电保护装置的不可用率为状态转移图中继电保护装置不正常工作的驻留概率之和。

本发明考虑软件失效和人为因素，更加准确地刻画了继电保护装置故障的状态，使得继电保护计算结果更加真实可靠，即对继电保护装置的评估更加准确。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是继电保护装置的状态转移图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明方法流程图。一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，该方法包括步骤：

步骤1：列出包括软件失效和人为因素在内的所有继电保护装置的状态，并建立Markov状态转移图；

把继电保护保护装置划分为保护装置正常工作、保护装置故障可自检、保护装置故障不可自检、定期检修、软件失效和人为失误六个状态。根据对保护装置划分的六个状态建立保护装置的状态转移图，如图2所示。图2是继电保护装置的状态转移图。

步骤2：根据电网的实测数据确定Markov模型中的各个参数；

根据某电网实测数据，统计继电保护装置失效率为λ₀，修复率为μ₀。

设自检率为90%，人为失误占设备故障的80%，检修周期为1500小时，则λ₁=0.9λ₀，λ₂=0.1λ₀，λ₅=0.8λ₀，软件失效服从Logarithmic exponential模型即

$\mathrm{\λ}\left(t\right)={\mathrm{\λ}}_0{e}^{-\mathrm{\θt}}---\left(1\right)$

其中，λ₀为初始失效率；

θ为失效减少率系数；

t为软件运行中累计发现的错误。

根据上述条件，得到各参数如下：

步骤3：根据建立好的Markov模型得到继电保护装置不可用率的计算公式并计算不可用率。

根据上述状态转移图，可得状态转移矩阵A：

$A=\left[\begin{array}{cccccc}-({\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2+\frac{1}{Q}+{\mathrm{\λ}}_4+{\mathrm{\λ}}_5)& {\mathrm{\λ}}_1& {\mathrm{\λ}}_2& \frac{1}{Q}& {\mathrm{\λ}}_4& {\mathrm{\λ}}_5\\ {\mathrm{\μ}}_1& -{\mathrm{\μ}}_1& 0& 0& 0& 0\\ 0& \frac{1}{Q}& -\frac{1}{Q}& 0& 0& 0\\ {\mathrm{\μ}}_3& 0& 0& -{\mathrm{\μ}}_3& 0& 0\\ {\mathrm{\μ}}_4& 0& 0& 0& -{\mathrm{\μ}}_4& 0\\ {\mathrm{\μ}}_5& 0& 0& 0& 0& -{\mathrm{\μ}}_5\end{array}\right]$

定义六个状态的驻留概率矩阵为

$P=\left[\begin{array}{cccccc}{P}_0& P_1& P_2& P_3& P_4& P_5\end{array}\right]---\left(3\right)$

则

$\mathrm{PA}=0---\left(4\right)$

$\underset{i=0}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i=1---\left(5\right)$

由式(4)和式(5)得

$P_0=\frac{1}{1+\frac{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\μ}}_1}+{\mathrm{\λ}}_{2}Q+\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_{3}Q}+\frac{{\mathrm{\λ}}_4}{{\mathrm{\μ}}_4}+\frac{{\mathrm{\λ}}_5}{{\mathrm{\μ}}_5}}---\left(6\right)$

$P_1=\frac{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2}{{\mathrm{\μ}}_1}{P}_0---\left(7\right)$

$P_2={\mathrm{\λ}}_{2}Q{P}_0---\left(8\right)$

$P_3=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_{3}Q}{P}_0---\left(9\right)$

$P_4=\frac{{\mathrm{\λ}}_4}{{\mathrm{\μ}}_4}{P}_0---\left(10\right)$

$P_5=\frac{{\mathrm{\λ}}_5}{{\mathrm{\μ}}_5}{P}_0---\left(11\right)$

则继电保护装置可用率表达式Ava=P₀，同样的方法可以得到保护装置的不可用率表达式：

$\mathrm{UnAva}=P_1+P_2+P_3+P_4+P_5=1-P_0---\left(12\right)$

步骤4：得到不同检修周期下的继电保护装置不可用率。

将检修周期、故障率和修复率带入式(12)，即可得到继电保护装置的不可用率。对于给定的继电保护检修周期，总有一个不可用率与之对应，而当不可用率较大时，运行单位则需要调整检修周期的大小，将不可用率限制在一定数值范围内，以保证电力系统安全运行。

根据前面的数据，得到某电网继电保护装置在检修周期为1500小时的情况下，不可用率为UnAva=0.0025。

本发明考虑软件失效和人为因素，更加准确地刻画了继电保护装置故障的状态，使得继电保护计算结果更加真实可靠，即对继电保护装置的评估更加准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

步骤1：列出包括软件失效和人为因素在内的所有继电保护装置的状态，并建立Markov状态转移图；

步骤2：根据电网的实测数据确定Markov模型中的各个参数；

步骤3：根据建立好的Markov模型得到继电保护装置不可用率的计算公式；

步骤4：得到不同检修周期下的继电保护装置不可用率UnAva。

2.根据权利要求1所述的一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，其特征在于，根据电网的实测数据确定Markov模型中的各个参数，所述参数包括：

（1）获得继电保护装置失效次数N_Δ，所统计的保护装置总数N_ST；

（2）计算继电保护装置的失效率λ₀；

（3）获得继电保护装置故障前后的时刻，计算继电保护装置修复率μ₀；

（4）根据自检效率ST、继电保护装置失效率λ₀、继电保护装置修复率μ₀参数得到模型中各状态转移率。

3.根据权利要求1所述的一种考虑软件和人为因素的继电保护装置可靠性评估方法，其特征在于，所述继电保护装置不可用率的计算公式为，

 ，其中，λ_i和μ_i（i=1,2,3,4,5）为Markov模型中各状态转移率，Q为继电保护装置的检修周期。

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