CN113033985A - 一种单一元件故障风险评估及整改优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单一元件故障风险评估及整改优化方法，涉及高压直流输电工程，本发明用于高压直流输电工程控制保护系统，其包括以下步骤：根据单一元件故障影响量化指标、单一元件故障整改优化代价量化指标和单一元件故障概率量化指标，构建所述保护系统的单一元件风险评估及整改优化模型；根据所述模型获取单一元件故障整改的急迫性和可行性综合指标；根据所述指标对所述系统进行评估及整改优化。本发明用于计算分析元件整改优化的紧迫性和可行性，避免对全部单一元件进行冗余配置整改优化，开展有选择性的整改，有效降低工程整改优化的工作量，保证单一元件故障对直流设备和电网安全运行的影响以及改造成本经济性。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流输电工程，具体涉及一种单一元件故障风险评估及整改优化方法。
背景技术
冗余化设计是高压直流输电工程控制保护系统较为成熟的设计原则，若实时监测自诊断到系统故障，可通过切换冗余系统或多重化保护的防误措施避免直流运行异常或闭锁。然而，早期未广泛采用通讯方式交换信息的直流输电工程控制保护系统，控制保护装置之间通过光耦继电器回路传输重要控制信号或状态信号，是控制保护系统冗余化设计中的薄弱环节，继电器故障时监控系统无法自检到，存在着单一元件故障导致直流运行异常或闭锁跳闸的风险。柔直阀控脉冲分配屏主要负责脉冲分配和信号汇集，无复杂逻辑功能，早期国内外柔性直流工程脉冲分配屏均采用单重化配置，也存在着单一板卡故障导致柔直闭锁停运风险。
2019年国内某500kV常规直流发生单一光耦继电器故障导致直流功率异常；国内某靠背柔性2016年投运至今，实际运行中也多次因阀控切换板故障导致直流闭锁，严重威胁电网安全运行。
为提升高压直流输电工程运行稳定性，防范控制保护系统单一元件故障导致直流运行异常或闭锁跳闸，需要开展高压直流输电工程单一元件故障隐患整改优化。对于早期未采用通讯方式交换信息的直流输电工程控制保护系统，控制保护装置之间通过大量光耦继电器回路传输重要控制信号或状态信号，若对全部光耦继电器回路进行冗余配置整改优化，则工程整改优化工作量巨大，需区分整改优化重点。因此，确有必要考虑单一元件故障对直流设备和电网安全运行的影响以及改造成本经济性。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种单一元件故障风险评估及整改优化方法，其基于加权多元综合评价理论的单一元件优化整改排序数学模型，用于计算分析元件整改优化的紧迫性和可行性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种单一元件故障风险评估及整改优化方法，用于高压直流输电工程控制保护系统，其包括以下步骤：
对所述系统不同类型的单一元件的故障后果、故障概率和改造经济代价进行梳理；
根据梳理的结果，建立单一元件故障影响量化指标、单一元件故障整改优化代价量化指标和单一元件故障概率量化指标，
根据单一元件故障影响量化指标、单一元件故障整改优化代价量化指标和单一元件故障概率量化指标，构建所述保护系统的单一元件风险评估及整改优化模型；
根据所述模型获取单一元件故障整改的急迫性和可行性综合指标；
根据所述指标对所述系统进行评估及整改优化。
如上所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，进一步地，所述模型为
f(x)＝kss(x)+kee(x)+kpp(x)
f(x)为单一元件故障整改的急迫性和可行性综合指标，s(x)为单一元件故障影响量化指标，e(x)为单一元件故障整改优化代价量化指标，p(x)为单一元件故障概率量化指标，ks、ke和kp分别为s(x)、e(x)和p(x)的权重系数。
如上所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，进一步地，所述单一元件故障影响量化指标的故障影响和对应的指标值如下：稳控误/拒动、直流闭锁时为1，直流功率波动或暂降时为0.8，直流功率调制功能失效时为0.6，极间功率转移、电流平衡等功能失效时为0.4，影响正常直流顺控操作时为0.2，除上述故障影响时为0.1。
如上所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，进一步地，所述单一元件故障整改优化代价量化指标的整改代价区间如下：c(x)>1000时为0.1，1000≤c(x)<750时为0.2，750≤c(x)<500时为0.4，500≤c(x)<250时为0.6，250≤c(x)<100时为0.8，c(x)≤100时为1。
如上所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，进一步地，所述单一元件故障概率量化指标的故障概率和对应的指标值如下：λ(x)>1时为1，1≤λ(x)<0.8时为0.8，0.8≤λ(x)<0.6时为0.6，0.6≤λ(x)<0.4时为0.4，0.4≤λ(x)<0.2时为0.2，λ(x)≤0.2时为0.1。
如上所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，进一步地，所述指标的计算值和对应的类别如下：f≥0.6时为H，0.2<f<0.6时为M，f≤0.2时为L，其中，等级为“H”的隐患，若出现单一元件故障将会导致功率波动甚至直流跳闸闭锁，影响直流系统正常运行，急需进行整改；等级为“M”的隐患不影响直流系统正常运行，但极端特殊工况下会对系统运行造成影响，可根据实际情况进行选择性整改；等级为“L”的隐患不影响系统正常运行，特殊工况下也不会对系统造成影响，可临时不进行整改优化。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明基于加权多元综合评价理论的单一元件优化整改排序数学模型，用于计算分析元件整改优化的紧迫性和可行性，避免对全部单一元件进行冗余配置整改优化，开展有选择性的整改，有效降低工程整改优化的工作量，保证单一元件故障对直流设备和电网安全运行的影响以及改造成本经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
参见图1，图1为本发明实施例的方法流程图。本发明基于加权多元综合评价理论的单一元件优化整改排序数学模型，用于计算分析元件整改优化的紧迫性和可行性，避免对全部单一元件进行冗余配置整改优化，开展有选择性的整改，有效降低工程整改优化的工作量，保证单一元件故障对直流设备和电网安全运行的影响以及改造成本经济性。
本发明专利提出的高压直流输电工程控制保护系统单一元件故障风险评估及整改优化模型数学模型如下：
f(x)＝kss(x)+kee(x)+kpp(x) (1)
式(1)中：f(x)为单一元件故障整改的急迫性和可行性综合指标，s(x)为控制保护系统单一元件x故障后果影响，如导致直流运行异常或跳闸闭锁等，典型的量化指标如表1所示；e(x)为控制保护系统单一元件x改造代价，典型的量化指标如表2所示；p(x)为单一元件x故障概率的量化指标，典型取值如表3所示，若实际直流运行中曾发生某一元件x故障则p(x)取值为1，若运行中未曾发生某一元件x故障则p(x)取值为0；ks、ke和kp分别为s(x)、e(x)和p(x)的权重系数，典型的取值分别为0.7、0.2和0.1。
表1单一元件故障影响量化指标
表2单一元件故障整改优化代价量化指标
注：表中c(x)为整改优化的综合代价(含设备费、人工费及试验费)，万元。
表3单一元件故障概率量化指标
注：表中λ(x)为单一元件x的故障概率，单位为次/年。
设高压直流控制保护系统待整改的单一元件集合为X＝[x1,x2,······,xi]，即存在着i个单一元件隐患，由式(1)可得目标值F＝[f(x1),f(x2),······,f(xi)]，对该数列进行排序可得单一元件故障整改优化的急迫性和可行性排序。根据f(x)值大小将单一元件故障整改的急迫性和可行性分为H(High)、M(Medium)、L(Low)三个等级，具体含义如表4所示。
表4单一元件故障整改优化的急迫性和可行性分类
表4中等级为“H”的隐患，若出现单一元件故障将会导致功率波动甚至直流跳闸闭锁，影响直流系统正常运行，急需进行整改；等级为“M”的隐患不影响直流系统正常运行，但极端特殊工况下会对系统运行造成影响，可根据实际情况进行选择性整改；等级为“L”的隐患不影响系统正常运行，特殊工况下也不会对系统造成影响，可临时不进行整改优化。
应用举例如下：
国内某2003年投运的高压直流输电工程，该直流工程投运时间较早，控制保护系统采用西门子公司SIMADYN D硬件平台，其控制保护装置为20世纪80年代产品，控制保护系统未采用快速光纤通讯，主要控制信号和状态信号由单重化配置的光耦继电器回路传送。经梳理，该直流工程控制保护系统共有65类单一元件故障隐患，由加权多元综合评价模型公式(1)可得到单一元件故障隐患整改优化等级，表5给出了等级为“H”和“M”的评估结果。由该表可见，等级为“H”的单一元件故障将会导致安稳装置不正确动作或直流功率波动、功率暂降等异常，严重影响直流稳定运行和威胁电网安全运行，整改紧迫性高，且其整改优化措施实施简单可靠。
表5单一元件故障隐患整改优化评估
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种单一元件故障风险评估及整改优化方法，用于高压直流输电工程控制保护系统，其特征在于，包括以下步骤：
对所述系统不同类型的单一元件的故障后果、故障概率和改造经济代价进行梳理；
根据梳理的结果，建立单一元件故障影响量化指标、单一元件故障整改优化代价量化指标和单一元件故障概率量化指标，
根据单一元件故障影响量化指标、单一元件故障整改优化代价量化指标和单一元件故障概率量化指标，构建所述保护系统的单一元件风险评估及整改优化模型；
根据所述模型获取单一元件故障整改的急迫性和可行性综合指标；
根据所述指标对所述系统进行评估及整改优化。
2.根据权利要求1所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，其特征在于，所述模型为
f(x)＝kss(x)+kee(x)+kpp(x)
f(x)为单一元件故障整改的急迫性和可行性综合指标，s(x)为单一元件故障影响量化指标，e(x)为单一元件故障整改优化代价量化指标，p(x)为单一元件故障概率量化指标，ks、ke和kp分别为s(x)、e(x)和p(x)的权重系数。
3.根据权利要求2所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，其特征在于，所述单一元件故障影响量化指标的故障影响和对应的指标值如下：稳控误/拒动、直流闭锁时为1，直流功率波动或暂降时为0.8，直流功率调制功能失效时为0.6，极间功率转移、电流平衡等功能失效时为0.4，影响正常直流顺控操作时为0.2，除上述故障影响时为0.1。
4.根据权利要求2所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，其特征在于，所述单一元件故障整改优化代价量化指标的整改代价区间如下：c(x)>1000时为0.1，1000≤c(x)<750时为0.2，750≤c(x)<500时为0.4，500≤c(x)<250时为0.6，250≤c(x)<100时为0.8，c(x)≤100时为1。
5.根据权利要求2所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，其特征在于，所述单一元件故障概率量化指标的故障概率和对应的指标值如下：λ(x)>1时为1，1≤λ(x)<0.8时为0.8，0.8≤λ(x)<0.6时为0.6，0.6≤λ(x)<0.4时为0.4，0.4≤λ(x)<0.2时为0.2，λ(x)≤0.2时为0.1。
6.根据权利要求2所述的单一元件故障风险评估及整改优化方法，其特征在于，所述指标的计算值和对应的类别如下：f≥0.6时为H，0.2<f<0.6时为M，f≤0.2时为L，其中，等级为“H”的隐患，影响直流系统正常运行，急需进行整改，若出现单一元件故障将会导致功率波动甚至直流跳闸闭锁；等级为“M”的隐患不影响直流系统正常运行，但极端特殊工况下会对系统运行造成影响，可根据实际情况进行选择性整改；等级为“L”的隐患不影响系统正常运行，特殊工况下也不会对系统造成影响，可临时不进行整改优化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210625 |