CN103296748A - 一种配电网自动化中ftu的可靠性建模和定量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法，包括如下步骤：输入各部件的可靠性参数；分析各部件故障后对FTU的影响；建立FTU的故障树；分析故障树，推导顶端事件FTU故障的计算公式，并根据各部件的可靠性参数计算FTU的可靠性参数；输出计算结果。配电自动化所有命令的执行和数据的采集都是由FTU（装设在馈线开关旁的开关监控装置）完成，因此FTU的可靠性至关重要。本发明通过对FTU可靠性研究解决了FTU可靠性建模和定量评估方法。

Description

一种配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法

技术领域

本发明涉及配电网的可靠性评估方法，具体涉及一种配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法。属于电力工程技术领域。

 

背景技术

配电网是电力系统中直接针对用户供电的重要环节，对用户供电质量和供电可靠性的影响最为直接。我国现有配电网网架结构相对薄弱，供电能力较弱，而用户对供电质量的要求不断提高，因此，迫切要求提高配网自动化程度以保证供电的可靠性和运行的经济性。

配电自动化所有命令的执行和数据的采集都是由FTU（装设在馈线开关旁的开关监控装置）完成，因此FTU的可靠性至关重要。目前，对FTU可靠性研究相对较少。“配电自动化系统的研究—馈线自动化中载波通信及FTU可靠性研究”一文，从保证FTU可靠性出发，设计了电源的一些指标和参数以及相应的电路及FTU的一些外围的监视和控制电路；分析了干扰的种类和来源，并就提高FTU抗干扰性问题采取了相应的措施。“基于ARM的10kV配电网控制和保护技术研究”一文，在FTU的PCB硬件平台上编写程序实现FTU相关软件功能，对其运行环境的典型干扰进行分析，设计硬件和软件抗干扰措施，保证FTU运行的可靠性。而对FTU的可靠性建模和定量评估FTU的可靠性，鲜有文献加以研究。

 

发明内容

 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法，包括如下步骤：

（1）输入各部件的可靠性参数；

（2）分析各部件故障后对FTU的影响：

a）中央控制单元：此单元为FTU的核心单元，若该单元发生故障，FTU停运；

b）操作控制回路：该单元模块故障，FTU不能对故障区域定位，不能接受远方控制命令，不能实现故障自动隔离，需人工操作，FTU失效；

c）通信终端：该单元模块发生故障，FTU无法将系统信息传递到主站不能接受远方命令，不能对故障区域进行定位操作，FTU失效；

d）充电器和蓄电池：任一元件故障，不影响FTU正常工作，若两元件同时故障，则FTU停运；

（3）建立FTU的故障树；

用图说明系统的失效原因，将系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起，找出系统全部可能的失效状态；

（4）分析故障树：

由故障树计算顶端事件FTU故障情况，设充电器、蓄电池、通信终端、中央控制单元、控制操作回路的故障率分别为λ ₁、λ ₂、λ ₃、λ ₄、λ ₅，修复时间分别为γ ₁、γ ₂、γ ₃、γ ₄、γ ₅，FTU的故障率λ和修复时间                                                

表示如下：

     (1)

  (2)

并根据各部件的可靠性参数计算FTU的可靠性参数；

（5）输出计算结果。

　相比现有技术，本发明具有如下有益效果：配电自动化所有命令的执行和数据的采集都是由FTU（装设在馈线开关旁的开关监控装置）完成，因此FTU的可靠性至关重要。本发明通过对FTU可靠性研究解决了FTU可靠性建模和定量评估方法。

  

附图说明

图1 是FTU原理框图；

图2是FTU的故障树示意图；

图3是FTU可靠性建模流程图。

 

具体实施方式

一种配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法，包括如下方面：

1、FTU（馈线终端设备）的硬件结构主要由中央控制单元、操作控制回路、通信终端、充电器和蓄电池四部分组成。

FTU的输入/输出设备，一般包括9路模拟量（3路电压及6路电流）、12路遥信量输入及8路遥控量输出。用于柱上开关时监控一台开关；用在环网柜时，可监控两台进线开关。

中心控制单元是FTU的核心，完成数据采集、遥控命令的执行以及通信处理等任务。FTU采用交流采样技术，使用数字信号处理芯片DSP，根据电压、电流采样值计算各种电气量，进行故障检测与记录；通过通信终端机与光纤、有线、无线等通信网接口，与上级主站交换数据。

FTU一般免维护充电蓄电池提供不间断电源。电网有电时，电压互感器或传感器二次侧输出电压通过直流单元供电并对蓄电池进行浮充电，电网停电时由蓄电池供电，可持续8小时以上。

2、 FTU可靠性建模

2.1 ）内部元件发生故障后对FTU的影响

由图1可知，FTU主要由4部分构成，各部分故障对系统可靠性影响分析如下：

a)中央控制单元：此单元为FTU的核心单元。若该单元发生故障，FTU停运。

b)操作控制回路：该单元模块故障，FTU不能对故障区域定位，不能接受远方控制命令，不能实现故障自动隔离，需人工操作，FTU失效。

c)通信终端：该单元模块发生故障，FTU无法将系统信息传递到主站不能接受远方命令，不能对故障区域进行定位操作，FTU失效。

d)充电器和蓄电池：任一元件故障，不影响FTU正常工作，若两元件同时故障，则FTU停运。

2.2 ）FTU故障树分析

故障树分析法是一种使用图形演绎逻辑推理方法，用图说明系统的失效原因，把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起，可以找出系统全部可能的失效状态。

2.3） FTU的可靠性模型

如图1所示，假设充电器、蓄电池、通信终端、中央控制单元、控制操作回路的故障率分别为λ ₁、λ ₂、λ ₃、λ ₄、λ ₅，修复时间分别为γ ₁、γ ₂、γ ₃、γ ₄、γ ₅，则FTU的故障率λ和修复时间

表示如下：

     (1)

  (2)

2.4 ）FTU可靠性建模流程

FTU可靠性建模流程可描述如下：

（1）输入各部件的可靠性参数；

（2）分析各部件故障后对FTU的影响；

（3）建立FTU的故障树；

（4）分析故障树，推导顶端事件FTU故障的计算公式，并根据各部件的可靠性参数计算FTU的可靠性参数；

（5）输出计算结果。

算法的流程图如图2所示。

3、实例分析

某型号的FTU内部各部件的可靠性参数分别为λ ₁=0.042次/年，λ ₂=0.035次/年，λ ₃=0.026次/年，λ ₄=0.084次/年，λ ₅=0.09次/年，γ ₁=1.5小时/次，γ ₂=2.4小时/次，γ ₃=3小时/次，γ ₄=3.5小时/次，γ ₅=5小时/次；其中λ ₁、λ ₂、λ ₃、λ ₄、λ ₅分别表示充电器、蓄电池、通信终端、中央控制单元、控制操作回路的故障率，γ ₁、γ ₂、γ ₃、γ ₄、γ ₅分别表示充电器、蓄电池、通信终端、中央控制单元、控制操作回路的修复时间。

由本发明提供的方法，利用公式(1)、(2)计算可得：

FTU的故障率：

FTU的修复时间：

。

 

本发明考虑了配电网结构特点，以及断路器、分支线保护、隔离开关、备用电源、变压器和新能源等设备配置的影响，因此本发明方法的可靠性评估模型具有较强的通用性和实用性。算例分析表明本发明提出的可靠性算法快速准确。

Claims (1)

1.配电网自动化中FTU的可靠性建模和定量评估方法，包括如下步骤：

（1）输入各部件的可靠性参数；

（2）分析各部件故障后对FTU的影响：

a）中央控制单元：此单元为FTU的核心单元，若该单元发生故障，FTU停运；

b）操作控制回路：该单元模块故障，FTU不能对故障区域定位，不能接受远方控制命令，不能实现故障自动隔离，需人工操作，FTU失效；

c）通信终端：该单元模块发生故障，FTU无法将系统信息传递到主站不能接受远方命令，不能对故障区域进行定位操作，FTU失效；

d）充电器和蓄电池：任一元件故障，不影响FTU正常工作，若两元件同时故障，则FTU停运；

（3）建立FTU的故障树；

用图说明系统的失效原因，将系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起，找出系统全部可能的失效状态；

（4）分析故障树：

由故障树计算顶端事件FTU故障情况，设充电器、蓄电池、通信终端、中央控制单元、控制操作回路的故障率分别为λ ₁、λ ₂、λ ₃、λ ₄、λ ₅，修复时间分别为γ ₁、γ ₂、γ ₃、γ ₄、γ ₅，FTU的故障率λ和修复时间                                                

表示如下：

     (1)

  (2)

并根据各部件的可靠性参数计算FTU的可靠性参数；

（5）输出计算结果。

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