CN103336879A - 一种高压断路器短期可靠度评估方法 - Google Patents

Abstract

一种高压断路器短期可靠度评估方法，本发明通过当前断路器所有检测手段获取的数据，包括例行巡视、特巡、预防性试验数据、诊断性试验数据、设备的基础台账台账信息、历年设备缺陷和故障记录等数据，利用故障树和故障模式评估模型，实现对高压断路器当前和近期的可靠度进行准确的、量化的评估。本发明方法评价高压断路器的可靠度，具有简洁、易理解、准确、直观、量化等优点。

Description

一种高压断路器短期可靠度评估方法

技术领域

本发明属于电气设备状态评估范畴，适用于500kV、220kV和110kV高压断路器的当前和近期状态评估。

背景技术

现代电网电气设备具有更大的复杂性、更强的系统性，因此需要更好的理念来实现电气设备的现代化管理。特别是国内电网企业，电网发展迅速，需要追求一种高效的设备管理模式，来保障电网生产的安全，解决设备管理过程中，人为因素干预过多、设备检修任务与人员之间日益突出的矛盾。因此，需要建立电气设备基于设备状态和可靠性的维修维护策略，明确电气设备的薄弱点环节，指导企业运维策略的制定，保障电气设备现代化管理目标的实现。

基于以上情况，本发明提出一种基于故障树和故障模式的可靠度评估方法，采用当前高压断路器所有的检测手段获取的数据，包括例行巡视、特巡、预防性试验、诊断性试验、设备的基础台账信息、历年设备缺陷和故障记录等数据，采用精细到可维护件的故障树和故障模式模型，实现对高压断路器当前和短期内的可靠度评估。

发明内容

一种高压断路器短期可靠度评估方法，本发明特征是，其方法步骤为：

（1）建立断路器故障树

断路器可分为断路器本体、储能机构和传动机构三大部分；根据对断路器各部件故障模式的深入分析，针对断路器的结构特点，结合以往对断路器故障信息的收集、整理，将断路器故障T分为本体故障A1、储能机构故障A2、传动机构故障A3等三大类；其中T为故障树的顶事件，Aj其中j=1,2,,9、Ek其中k=4.1,4.2,...,6.5为故障树的中间事件，而Xi其中i=1.1,1.2,...,9.7则为故障树的底事件；

（2）建立断路器故障模式和特征参量对应表

本方法对断路器进行FMEA分析，对所涉及的故障检测方法进行归纳、整理，将各检测方法所获得的特征参量作为故障特征参量，并对各特征参量依次编码即可得到故障特征参量集，记为Yi；

（3）建立特征参量的概率函数

如果特征参量有两个或两个以上的注意值时，该特征参量的概率通过取大运算给出（∨），特征参量当规定值为上限时，其概率函数为当规定值为下限时，其概率函数为 $u\left(x\right)=0.5-0.5\sin \frac{\mathrm{\π}}{2a}(x-b),$ 其中a，b分别为规定的上、下限；

（4）权重系数的确定

断路器故障树顶事件权重采用1/9～9标度，二级事件、底事件和特征参量的权重采用0.1～0.9标度；采用层级分析法进行计算获得；

（5）故障概率计算

设断路器的顶事件为T，第一级子部件为Ai，可维护部件Ej，则有：P(T)=∑W_ai*P(Ai)=∑W_ai*(∑W_ej*P(Ej))，其中，P(T)为断路器的故障概率，W_ai为设备子部件的权重系数，P(Ej)为可维护部件的概率，W_ej为可维护部件的权重系数；对P(Ej)有，P(Ej)=∑W_xk*P(Xk)；其中，P（Xk）为故障模式对应的故障概率；对每一个故障模式根据其现有的检测手段和方法，即特征参量，建立故障模式和特征参量的对应函数关系，设故障模式Xk对应的特征参量为Y1～Yi，那么有P(Xk)=∑W_yi*P(Yi)，W_yi为特征参量之间的权重系数；

（6）部件故障概率的修正

对于有缺陷的断路器部件，缺陷频发次数等于2时，部件可靠度乘以0.9的调节系数，缺陷频发次数大于2时，可靠度乘以0.8的调节系数；

（7）根据老化模型建立断路器的短期预测函数，断路器老化模型综合考虑断路器的理想老化模型、断路器的年平均跳闸次数和环境系数的影响；其中P₀为当前的可靠度，B理想老化常数，f_L为平均年跳闸次数影响系数，依据负载水平设定，f_e环境影响系数。

本发明通过当前断路器所有检测手段获取的数据，包括例行巡视、特巡、预防性试验数据、诊断性试验数据、设备的基础台账台账信息、历年设备缺陷和故障记录等数据，利用故障树和故障模式评估模型，实现对高压断路器当前和近期的可靠度进行准确的、量化的评估。

本发明的有益效果是：1）根据目前对高压断路器现有所有的检测手段的归纳、总结和梳理，实现对高压断路器当前和短期的可靠性进行准确、量化的评估；2）评估结果可以给出高压断路器当前的可靠度水平，并预测近期的可靠度发展趋势；3）评估结果精细到高压断路器的可维护部件，并给出对可维护部件可能发生的故障模式及其发生的概率。

本发明结合高压断路器现有的数据信息，实现高压断路器及其部件的可靠度评估，首先，建立断路器及其部件的逻辑结构，细分到可维护部件，然后对每一部件根据其检测方法建立对应故障模式，对每一种故障模式，采用模糊概率函数建立其对应的概率函数，结合模糊层次分析法，建立故障树和故障模式每一级的权重函数，并采用断路器的缺陷情况数据进行修正，实现对断路器设备的状态评估，并通过模型计算的中间环节，掌握每一种故障模式发生的原因、通过哪种检测方法可以探测故障模式，以降低或预防该故障模式的发生，提高设备的可靠性水平。

下面结合附图表及实例进一步阐述本发明内容。

附图说明

图1为高压断路器的故障树模型；

图2为高压断路器最底层部件的故障模式。

具体实施方式

见图1，图2，表1，一种高压断路器短期可靠度评估方法，本发明特征是，其方法步骤为：

（1）建立断路器故障树

断路器可分为断路器本体、储能机构和传动机构三大部分；根据对断路器各部件故障模式的深入分析，针对断路器的结构特点，结合以往对断路器故障信息的收集、整理，将断路器故障T分为本体故障A1、储能机构故障A2、传动机构故障A3等三大类；其中T为故障树的顶事件，Aj其中j=1,2,,9、Ek其中k=4.1,4.2,...,6.5为故障树的中间事件，而Xi其中i=1.1,1.2,...,9.7则为故障树的底事件；

（2）建立断路器故障模式和特征参量对应表

本方法对断路器进行FMEA分析，对所涉及的故障检测方法进行归纳、整理，将各检测方法所获得的特征参量作为故障特征参量，并对各特征参量依次编码即可得到故障特征参量集，记为Yi；

（3）建立特征参量的概率函数

如果特征参量有两个或两个以上的注意值时，该特征参量的概率通过取大运算给出（∨），特征参量当规定值为上限时，其概率函数为当规定值为下限时，其概率函数为 $u\left(x\right)=0.5-0.5\sin \frac{\mathrm{\π}}{2a}(x-b),$ 其中a，b分别为规定的上、下限；

（4）权重系数的确定

断路器故障树顶事件权重采用1/9～9标度，二级事件、底事件和特征参量的权重采用0.1～0.9标度；采用层级分析法进行计算获得；

（5）故障概率计算

设断路器的顶事件为T，第一级子部件为Ai，可维护部件Ej，则有：P(T)=∑W_ai*P(Ai)=∑W_ai*(∑W_ej*P(Ej))，其中，P(T)为断路器的故障概率，W_ai为设备子部件的权重系数，P(Ej)为可维护部件的概率，W_ej为可维护部件的权重系数；对P(Ej)有，P(Ej)=∑W_xk*P(Xk)；其中，P（Xk）为故障模式对应的故障概率；对每一个故障模式根据其现有的检测手段和方法，即特征参量，建立故障模式和特征参量的对应函数关系，设故障模式Xk对应的特征参量为Y1～Yi，那么有P(Xk)=∑W_yi*P(Yi)，W_yi为特征参量之间的权重系数；

（6）部件故障概率的修正

对于有缺陷的断路器部件，缺陷频发次数等于2时，部件可靠度乘以0.9的调节系数，缺陷频发次数大于2时，可靠度乘以0.8的调节系数；

（7）根据老化模型建立断路器的短期预测函数，断路器老化模型综合考虑断路器的理想老化模型、断路器的年平均跳闸次数和环境系数的影响；

其中P₀为当前的可靠度，B理想老化常数，f_L为平均年跳闸次数影响系数，依据负载水平设定，f_e环境影响系数。

表1为高压断路器的故障模式和特征参量的对应关系

Claims (1)

1.一种高压断路器短期可靠度评估方法，其特征是，其方法步骤为：

（1）建立断路器故障树

断路器可分为断路器本体、储能机构和传动机构三大部分；根据对断路器各部件故障模式的深入分析，针对断路器的结构特点，结合以往对断路器故障信息的收集、整理，将断路器故障T分为本体故障A1、储能机构故障A2、传动机构故障A3等三大类；其中T为故障树的顶事件，Aj其中j=1,2,,9、Ek其中k=4.1,4.2,...,6.5为故障树的中间事件，而Xi其中i=1.1,1.2,...,9.7则为故障树的底事件；

（2）建立断路器故障模式和特征参量对应表

本方法对断路器进行FMEA分析，对所涉及的故障检测方法进行归纳、整理，将各检测方法所获得的特征参量作为故障特征参量，并对各特征参量依次编码即可得到故障特征参量集，记为Yi；

（3）建立特征参量的概率函数

如果特征参量有两个或两个以上的注意值时，该特征参量的概率通过取大运算给出（∨），特征参量当规定值为上限时，其概率函数为

当规定值为下限时，其概率函数为 $u\left(x\right)=0.5-0.5\sin \frac{\mathrm{\π}}{2a}(x-b),$ 其中a，b分别为规定的上、下限；

（4）权重系数的确定

断路器故障树顶事件权重采用1/9～9标度，二级事件、底事件和特征参量的权重采用0.1～0.9标度；采用层级分析法进行计算获得；

（5）故障概率计算

设断路器的顶事件为T，第一级子部件为Ai，可维护部件Ej，则有：P(T)=∑W_ai*P(Ai)=∑W_ai*(∑W_ej*P(Ej))，其中，P(T)为断路器的故障概率，W_ai为设备子部件的权重系数，P(Ej)为可维护部件的概率，W_ej为可维护部件的权重系数；对P(Ej)有，P(Ej)=∑W_xk*P(Xk)；其中，P（Xk）为故障模式对应的故障概率；对每一个故障模式根据其现有的检测手段和方法，即特征参量，建立故障模式和特征参量的对应函数关系，设故障模式Xk对应的特征参量为Y1～Yi，那么有P(Xk)=∑W_yi*P(Yi)，W_yi为特征参量之间的权重系数；

（6）部件故障概率的修正

对于有缺陷的断路器部件，缺陷频发次数等于2时，部件可靠度乘以0.9的调节系数，缺陷频发次数大于2时，可靠度乘以0.8的调节系数；

（7）根据老化模型建立断路器的短期预测函数，断路器老化模型综合考虑断路器的理想老化模型、断路器的年平均跳闸次数和环境系数的影响；

其中P₀为当前的可靠度，B理想老化常数，f_L为平均年跳闸次数影响系数，依据负载水平设定，f_e环境影响系数。

Images