CN113011765B - 一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于继电保护设备远方操作可靠性评估领域，涉及一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法，包括：基于评估远方修改继电保护定值方案，分解远方修改继电保护定值的流程环节并识别各环节中存在的风险源，并分析风险源可能导致远方修改继电保护定值失效的基本事件；构建远方修改继电保护定值失效的故障树模型；根据远方修改继电保护定值失效基本事件本质，选择或构建相应的风险概率模型评估远方修改继电保护定值失效事件的风险概率；基于远方修改继电保护定值失效事件的风险概率，根据故障树模型结构推算远方修改继电保护定值失效的风险概率及可靠性。本发明可定量评估远方修改继电保护定值方案的可靠性，保障远方修改继电保护定值安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于变电站继电保护设备远方操作可靠性评估领域，涉及一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法。
技术背景
继电保护是电网安全稳定运行的第一道防线，保护定值的整定计算及配置直接关系到保护能否正确动作。作为继电保护工作的重要环节之一，保护定值修改项目的工作量大，尤其在系统运行方式变化较大，保护定值需要频繁修改。传统运维模式需要运维人员进站作业，工作效率极其低下，远方修改继电保护定值成为继电保护运维新模式下急需推进的一项迫切需求。
IEC61850标准是为实现变电站控制和自动化而提出的通信标准体系，提供了一个灵活、规范统一的通信系统以接入现有变电站的基础设施。目前，基于IEC61850标准的智能变电站也已在全国多地建成，基于IEC61850标准的远方操作与远方修改继电保护定值的技术方案已成熟，但目前尚缺乏远方修改继电保护定值的标准规程，使得远方修改继电保护定值技术的实际推广应用遭遇阻力。为确保远方修改继电保护定值的安全可靠，需辨识分析所采取的远方修改继电保护定值方案中存在的风险点，并根据各类风险点的不同本质，分别选择或构建相应的风险概率模型评估风险概率，进而评估远方修改继电保护定值的可靠性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法。
本发明采用如下技术方案实现：
一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法，包括：
基于评估远方修改继电保护定值方案，分解远方修改继电保护定值的流程环节并识别各环节中存在的风险源，并分析风险源可能导致远方修改继电保护定值失效的基本事件；
构建远方修改继电保护定值失效的故障树模型；
根据远方修改继电保护定值失效基本事件的本质，分别选择或构建相应的风险概率模型评估远方修改继电保护定值失效事件的风险概率；
基于远方修改继电保护定值失效事件的风险概率，根据故障树模型的结构推算远方修改继电保护定值失效的风险概率及可靠性。
优选地，远方修改继电保护定值的流程环节包括：定值修改录入、定值修改上传和定值修改确认三个关键环节。
优选地，故障树模型的第一层为远方修改继电保护定值失效风险源事件层；第二层为远方修改继电保护定值失效基本事件层，每类远方修改继电保护定值失效风险源下包括多个远方修改继电保护定值失效基本事件，所有远方修改继电保护定值失效基本事件构成远方修改继电保护定值失效基本事件层。
优选地，故障树模型的远方修改继电保护定值失效风险源事件层包括：人为失误与设备状态或设置异常。
优选地，人为失误包括操作人观察定值单失误和操作人输入并确认定值失误；设备状态或设置异常包括通信通道缺失、通信通道传输出错、配置文件保护信息匹配不一致、保护装置微机芯片E2PROM存储器损坏、保护装置微机芯片闪存RAM存储器损坏。
优选地，分别选择或构建相应的风险概率模型评估远方修改继电保护定值失效事件的风险概率包括：
(1)利用CREAM人因可靠性模型计算人为失误的风险概率；
(2)利用Weibull分布函数计算通信通道缺失的风险概率；
(3)根据电网运行业务中调度自动化业务对主站与子站通信误码率要求，计算通信通道传输出错的风险概率；
(4)计算保护信息匹配不一致的风险概率；
(5)计算保护装置微机芯片存储器损坏的风险概率。
优选地，利用Weibull分布函数计算通信通道缺失的风险概率包括：
基于Weibull分布函数的电力通信网光缆的失效概率分布模型为：
其中，变量t为光缆实际投运时间；d、c、t0分别为光缆设备的形变参数、结构参数和时间参数；形变参数d表现的是光缆受机械性外力后发生形变的参数，主要与光缆的芯数、自重、光缆的额定抗拉强度和允许承受压力等特性和指标有关；结构参数c表现的是光缆在所处环境的外部条件，特别是所处环境的温度改变时，光缆的表面和内部结构变化的相对程度的参数，主要与光缆的芯数、自重、光缆两端的电压强弱以及光缆的线膨胀系数等特性和指标有关；时间参数t0表现的是从光缆投运算起，光缆段未发生受到所处环境因素和人为外部因素开始出现裂纹、电痕等老化痕迹等失效现象的持续现象。
优选地，使用变电站配置检验时检验人员对点出错的概率等效为保护信息匹配不一致的风险概率。
优选地，获取微机芯片存储器实际运行工况的失效率，作为保护装置微机芯片存储器损坏的风险概率。
优选地，设步骤S2远方修改继电保护定值失效的故障树模型的失效基本事件：观察定值单失误概率记为p1，输入并确认定值失误概率记为p2，通信通道缺失概率记为p3，通信通道传输出错概率记为p4，配置文件保护信息匹配不一致概率记为p5，保护装置微机芯片E2PROM存储器损坏概率记为p6，保护装置微机芯片闪存RAM存储器损坏概率记为p7，则远方修改继电保护定值失效概率计算公式为：
P＝1-Π(1-pi)i＝1,2,...,7
远方修改继电保护定值可靠性计算公式为：
R＝1-P＝Π(1-pi)i＝1,2,...,7
相对于现有技术，本发明包括如下优点和有益效果：
本发明可针对所采用远方修改继电保护定值方案进行风险识别，构建远方修改继电保护定值失效故障树，根据远方修改继电保护定值失效事件的特点分别评估事件风险概率，进而可定量评估所采用远方修改继电保护定值方案的可靠性，作为保障远方修改继电保护定值流程安全可靠、规范化远方修改继电保护定值流程的基础。
附图说明
图1为一个实施例中远方修改继电保护定值的可靠性评估方法流程图；
图2为一个实施例中基于IEC61850标准的远方修改继电保护定值流程；
图3为一个实施例中远方修改继电保护定值失效故障树。
具体实施方式
下面结合实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的实施方式不限于此。
一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法，如图1所示，包括：
S1、基于评估远方修改继电保护定值方案，分解远方修改继电保护定值的流程环节并识别各环节中存在的风险源，并分析风险源可能导致远方修改继电保护定值失效的基本事件。
远方修改继电保护定值的流程环节包括：定值修改录入、定值修改上传和定值修改确认三个关键环节。
在定值修改录入环节中，需要定值修改操作人录入待修改定值的站和保护对象、待修改定值的套号、待修改定值的各项名称及定值类型、定值修改前、后各项的值、定值核对的数据源等，所以在该环节中，人为失误是导致远方修改继电保护定值失效的主要风险源。
在定值修改上传环节中，远方主站通过站端子站与站内保护装置进行信息交互，通信通道缺失、主站与子站相关定值文件配置信息不一致、保护装置实际接口与子站配置文件信息不匹配、保护装置微机芯片中定值模块的编辑缓冲区内存损坏等设备状态异常或设置异常情况，是该环节的风险源。
在定值修改确认环节，保护装置接收到确认定值修改命令后，将编辑缓冲区定值固化到装置E2PROM存储区中，再通过激活定值组，将定值存储区中新修改的定值组复制到激活缓冲区，将该组新定值投入运行，保护装置微机芯片定值固化存储区与激活缓冲区内存损坏等设备状态异常是该环节的风险源。基于IEC61850标准的远方修改继电保护定值流程如图2所示。
S2、构建远方修改继电保护定值失效的故障树模型。
故障树模型的第一层为远方修改继电保护定值失效风险源事件层；第二层为远方修改继电保护定值失效基本事件层，每类远方修改继电保护定值失效风险源下包括多个远方修改继电保护定值失效基本事件，所有远方修改继电保护定值失效基本事件构成远方修改继电保护定值失效基本事件层。
基于步骤S1的分解与识别，故障树模型的远方修改继电保护定值失效风险源事件层包括：人为失误与设备状态或设置异常。在远方修改继电保护定值失效基本事件层中，人为失误包括操作人观察定值单失误和操作人输入并确认定值失误；设备状态或设置异常包括通信通道缺失、通信通道传输中出错、(主站与子站或保护装置实际接口与子站)配置文件保护信息匹配不一致、保护装置微机芯片E2PROM存储器损坏、保护装置微机芯片闪存RAM存储器损坏。远方修改继电保护定值失效的故障树模型如图3所示。
S3、根据远方修改继电保护定值失效基本事件的本质，分别选择或构建相应的风险概率模型评估其风险概率。
基于步骤S2中构建的故障树模型，根据远方修改继电保护定值失效基本事件的特点，分别选择或构建相应的风险概率模型评估风险概率的具体步骤包括：
(1)利用CREAM人因可靠性模型计算人为失误的风险概率。
CREAM模型将任务环境归类为9类因素，称为共同绩效条件CPC，每类CPC分为不同水平，对人因可靠性产生不同的影响，并用性能影响因子PII定量计算CPC对人因可靠性的影响，共同绩效条件的水平等级划分及其对应的权重影响因子如表1所示。
表1 CPC水平及对应性能影响因子取值
结合操作人实际工作情况，获取各类CPC水平等级，进而得到对应的性能影响因子PII作为该类CPC的权重因子，以进一步修正操作任务的失效概率。
操作人的操作任务包括观察待修改定值单、输入并确认定值两个任务，分别对应于CREAM认知功能中的观察部分与执行部分。
对于远方修改继电保护定值的操作人观察任务的失效模式，包括观察错误待修改定值对象、观察错误定值内容；对于远方修改继电保护定值的操作人执行任务的失效模式，包括：输入错误定值内容、选择错误待修改定值对象(包括选择错误待修改定值的变电站、选择错误待修改定值的保护对象、选择错误待修改定值的保护定值套号)、未输入完成便确认定值。各失效模式的认知功能基本失效概率(CFP0)可由历史运行统计数据获得，或使用CREAM模型认知功能基本失效概率的典型值(如表2所示)。各失效模式的认知功能失效概率CFPi可由式(1)得到：
式中：CFPi为第i种失效模式的认知功能失效概率，CFPi0为第i种失效模式的认知功能基本失效概率，PIIj为第j类共同绩效条件CPC对应的性能影响因子，由实际情况根据表1计算可得。
表2远方修改继电保护定值人为操作失效模式及其基本失效概率
对于操作人观察待修改定值单、输入确认定值两个子任务，分别将其各失效模式的认知功能失效概率求和，如公式(2)，可得该任务的失效概率。
P＝∑CFPi (2)
(2)利用Weibull分布函数计算通信通道缺失的风险概率。
通信通道的有效性表示为通信通道运行状态下在给定时刻完成规定功能的概率，应用Weibull函数分布中的三参数概率分布模型建立电力通信传输光缆设备的失效概率分布模型，可评估通信通道缺失的风险概率。
基于Weibull分布函数的电力通信网光缆的失效概率分布模型为：
其中，变量t为光缆实际投运时间；d、c、t0分别为光缆设备的形变参数、结构参数和时间参数。形变参数d表现的是光缆受机械性外力后发生形变的参数，主要与光缆的芯数、自重、光缆的额定抗拉强度和允许承受压力等特性和指标有关；结构参数c表现的是光缆在所处环境的外部条件，特别是所处环境的温度改变时，光缆的表面和内部结构变化的相对程度的参数，主要与光缆的芯数、自重、光缆两端的电压强弱以及光缆的线膨胀系数等特性和指标有关；时间参数t0表现的是从光缆投运算起，光缆段未发生受到所处环境因素和人为外部因素开始出现裂纹、电痕等老化痕迹等失效现象的持续现象。
电力通信网光缆的失效概率分布模型参数的取值可基于系统运行维护过程中的现场记录统计、相关专家的经验判断，当数据来源受限时，还可将该通信通道光缆现有的部分实际运行数据作为样本，采用极大似然估计方法对参数值进行估计。
在计算导致远方修改继电保护定值失效的通信通道缺失的风险概率时，模型参数取值可通过相关文献资料的统计数据获取，当光缆类型为OPGW光缆时，d＝604.790，c＝4.594，当光缆类型为ADSS光缆时，d＝603.814，c＝4.586。
(3)计算通信通道传输出错的风险概率。
根据电网运行业务中调度自动化业务对主站与子站通信误码率要求为小于等于10-6，因此取10-6作为由于通信通道传输出错导致远方修改继电保护定值失效的概率。
(4)计算主站与子站保护信息匹配不一致或保护装置实际接口与子站保护信息匹配不一致的风险概率。
配置文件检验是数字化变电站继电保护系统检验的重点内容，在安装检验和运行维护过程中都应对配置文件进行一致性检查。保护信息匹配不一致，主要是由于配置检验时检验人员对点出错导致，类同于步骤S3(1)中基于CREAM人因可靠性对于观察认知功能失效概率的计算，配置检验对点出错失效模式与基本失效概率如表3所示，可评估该变电站配置检验时检验人员对点出错的概率，等效为保护信息匹配不一致的风险概率。
表3配置检验对点出错失效模式及其基本失效概率
(5)计算保护装置微机芯片存储器损坏的风险概率。
保护装置微机芯片的定值模块中，编辑缓冲区与激活缓冲区属于闪存RAM存储器，而定值固化存储区属于E2PROM存储器。存储器的使用寿命设计一般都远远超过其正常使用期限，因此存储器的可靠性考核都是厂家通过提高温度和相对湿度等环境条件的加速老化实验获取失效率，再等效转化为实际运行工况的失效率。通过查询保护装置所用微机芯片产品手册，获取微机芯片存储器实际运行工况的失效率，作为由于保护装置微机芯片存储器损坏导致远方修改继电保护定值失效的概率。
S4、基于步骤S3计算所得的远方修改继电保护定值失效基本事件层各事件的风险概率，根据故障树的结构函数推算远方修改继电保护定值失效的风险概率及可靠性。
设步骤S2远方修改继电保护定值失效的故障树模型的失效基本事件：观察定值单失误概率记为p1，输入并确认定值失误概率记为p2，通信通道缺失概率记为p3，通信通道传输出错概率记为p4，配置文件保护信息匹配不一致(包括主站与子站保护信息匹配不一致、保护装置实际接口与子站配置文件不一致)概率记为p5，保护装置微机芯片E2PROM存储器损坏概率记为p6，保护装置微机芯片闪存RAM存储器损坏概率记为p7，则远方修改继电保护定值失效概率计算公式为：
P＝1-Π(1-pi)i＝1,2,...,7 (4)
进一步地，远方修改继电保护定值可靠性计算公式为：
R＝1-P＝Π(1-pi)i＝1,2,...,7 (5)
下面以某实施远方修改继电保护定值方案的变电站中某次执行远方修改继电保护定值操作为例对本发明作进一步描述。
远方修改继电保护定值方案流程遵循步骤S1所述基于IEC61850标准的远方修改继电保护定值流程，因此步骤S2构建的远方修改继电保护定值失效故障树如图3所示。
根据该次执行远方修改继电保护定值操作人的实际工作环境条件，可得共同绩效条件CPC水平及其对应的性能影响因子如表4所示：
表4
| 共同绩效条件CPC | 水平等级 | 性能影响因子PII |
| 组织管理完善性 | 高效 | 0 |
| 工作条件 | 兼容 | 0 |
| 人机界面适宜性 | 充分 | -0.4 |
| 规程可用性 | 可接受 | 0 |
| 同时出现的目标数量 | 匹配人的处理能力 | 0 |
| 可用时间 | 充分 | -1.4 |
| 值班时间 | 白天 | 0 |
| 培训与经验 | 培训充分，经验丰富 | -1.4 |
| 班组协作质量 | 高效 | 0 |
可得性能影响因子总权重
由公式(1)与表2中各失效模式的基本失效概率，计算可得各失效模式的修正失效概率如表5：
表5
由公式(2)可得，观察定值单失误概率
输入并确认定值单失误概率
根据该次执行远方修改继电保护定值所用通信通道光缆的设备参数，光缆类型为OPGW光缆，对应时间参数t0为6年，实际运行时间为9.75年，则由公式(3)计算可得通信通道缺失概率
根据电网运行业务中调度自动化业务对主站与子站通信误码率要求为小于等于10-6，通信通道传输出错概率p4＝1e-6。
根据对配置检验环节的人因可靠性分析，对该站配置检验过程的共同绩效条件CPC进行评估，CPC水平及其对应的性能影响因子如表6：
表6
| 共同绩效条件CPC | 水平等级 | 性能影响因子PII |
| 组织管理完善性 | 高效 | 0 |
| 工作条件 | 兼容 | 0 |
| 人机界面适宜性 | 充分 | -0.4 |
| 规程可用性 | 可接受 | 0 |
| 同时出现的目标数量 | 匹配人的处理能力 | 0 |
| 可用时间 | 充分 | -1.4 |
| 值班时间 | 白天 | 0 |
| 培训与经验 | 培训充分，经验丰富 | -1.4 |
| 班组协作质量 | 高效 | 0 |
可得性能影响因子总权重
由公式(1)与表2中各失效模式的基本失效概率，计算可得各失效模式的失效概率如表7：
表7
由公式(2)可得，配置文件保护信息匹配不一致，即配置检验人为对点出错失误概率
根据厂家提供保护装置所用微机芯片产品手册，实际运行工况下，在偶然失效期中闪存RAM存储器和E2PROM存储器的失效概率分别取为p6＝4.289e-5，p7＝3.723e-5。
由公式(4)可得，该实施远方修改继电保护定值方案的变电站中该次执行远方修改继电保护定值操作失效的风险概率为：
P＝1-(1-p1)(1-p2)(1-p3)(1-p4)(1-p5)(1-p6)(1-p7)＝0.0344
由公式(5)可得，该实施远方修改继电保护定值方案的变电站中该次执行远方修改继电保护定值操作可靠性为：
R＝(1-p1)(1-p2)(1-p3)(1-p4)(1-p5)(1-p6)(1-p7)＝96.557％
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种远方修改继电保护定值的可靠性评估方法，其特征在于，包括：
基于评估远方修改继电保护定值方案，分解远方修改继电保护定值的流程环节并识别各环节中存在的风险源，并分析风险源可能导致远方修改继电保护定值失效的基本事件；
构建远方修改继电保护定值失效的故障树模型；根据远方修改继电保护定值失效基本事件的本质，分别选择或构建相应的风险概率模型评估远方修改继电保护定值失效基本事件的风险概率；
基于远方修改继电保护定值失效基本事件的风险概率，根据故障树模型的结构推算远方修改继电保护定值失效的风险概率及可靠性；
其中：故障树模型的第一层为远方修改继电保护定值失效风险源事件层；第二层为远方修改继电保护定值失效基本事件层，每类远方修改继电保护定值失效风险源下包括多个远方修改继电保护定值失效基本事件，所有远方修改继电保护定值失效基本事件构成远方修改继电保护定值失效基本事件层；
故障树模型的远方修改继电保护定值失效风险源事件层包括：人为失误与设备状态或设置异常；
人为失误包括操作人观察定值单失误和操作人输入并确认定值失误；设备状态或设置异常包括通信通道缺失、通信通道传输出错、配置文件保护信息匹配不一致、保护装置微机芯片E2PROM存储器损坏、保护装置微机芯片闪存RAM存储器损坏；
分别选择或构建相应的风险概率模型评估远方修改继电保护定值失效基本事件的风险概率包括：
(1)利用CREAM人因可靠性模型计算人为失误的风险概率；
(2)利用Weibull分布函数计算通信通道缺失的风险概率；
(3)根据电网运行业务中调度自动化业务对主站与子站通信误码率要求，计算通信通道传输出错的风险概率；
(4)计算保护信息匹配不一致的风险概率；
(5)计算保护装置微机芯片存储器损坏的风险概率。
2.根据权利要求1所述的可靠性评估方法，其特征在于，远方修改继电保护定值的流程环节包括：定值修改录入、定值修改上传和定值修改确认三个关键环节。
3.根据权利要求1所述的可靠性评估方法，其特征在于，利用Weibull分布函数计算通信通道缺失的风险概率包括：
基于Weibull分布函数的电力通信网光缆的失效概率分布模型为：
其中，变量t为光缆实际投运时间；d、c、t0分别为光缆设备的形变参数、结构参数和时间参数；形变参数d表现的是光缆受机械性外力后发生形变的参数，与光缆的芯数、自重、光缆的额定抗拉强度和允许承受压力有关；结构参数c表现的是光缆在所处环境的外部条件，是所处环境的温度改变时，光缆的表面和内部结构变化的相对程度的参数，与光缆的芯数、自重、光缆两端的电压强弱以及光缆的线膨胀系数有关；时间参数t0表现的是从光缆投运算起，光缆段未发生受到所处环境因素和人为外部因素而开始出现裂纹、电痕的持续现象。
4.根据权利要求1所述的可靠性评估方法，其特征在于，使用变电站配置检验时检验人员对点出错的概率等效为保护信息匹配不一致的风险概率。
5.根据权利要求1所述的可靠性评估方法，其特征在于，获取微机芯片存储器实际运行工况的失效率，作为保护装置微机芯片存储器损坏的风险概率。
6.根据权利要求1所述的可靠性评估方法，其特征在于，设步骤S2远方修改继电保护定值失效的故障树模型的失效基本事件：观察定值单失误概率记为p1，输入并确认定值失误概率记为p2，通信通道缺失概率记为p3，通信通道传输出错概率记为p4，配置文件保护信息匹配不一致概率记为p5，保护装置微机芯片E2PROM存储器损坏概率记为p6，保护装置微机芯片闪存RAM存储器损坏概率记为p7，则远方修改继电保护定值失效概率计算公式为：
P＝1-Π(1-pi) i＝1,2,… ,7
远方修改继电保护定值可靠性计算公式为：
R＝1-P＝Π(1-pi) i＝1,2,… ,7。
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