一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法
2023-08-22 10:00:16 1
一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法
【專利摘要】本發明提供了一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，包括：獲取繼電保護裝置的可靠性基礎數據；依據所述可靠性基礎數據建立繼電保護裝置的Markov狀態空間模型；基於所述Markov狀態空間模型，計算繼電保護裝置中模塊的最優檢修周期；結合繼電保護裝置中檢修項目和模塊的對應關係，計算檢修項目的最優檢修周期。本發明可以基於實際失效數據和實際結構對繼電保護裝置的檢修項目和周期進行優化，使檢修周期的設定更加合理化，提高了供電可靠性和檢修經濟性。
【專利說明】—種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統繼電保護的【技術領域】，特別是涉及一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法。
【背景技術】
[0002]繼電保護作為保障電力系統安全運行的第一道防線，其可靠性與電力系統安全穩定運行密切相關。當電網發生故障時，如果繼電保護裝置不能正確動作，將會造成電力元件的損壞或者引起系統穩定的破壞，造成大面積停電，會給人們的日常生活、經濟發展以及社會穩定帶來嚴重影響。因此，如何正確評估繼電保護的可靠性，指導提高繼電保護的正確動作率，從而保障電網的安全穩定運行，具有重要意義。
[0003]通常改善繼電保護裝置可靠性的途徑主要有兩種:1)有效和及時的檢修和維護；
2)通過裝置的冗餘配置來提高系統的可靠性。而對於已投運的裝置，只能通過有效和及時的檢修和維護來改善繼電保護的可靠性，進而保證繼電保護的正常運行。
[0004]長期以來繼電保護的檢修體制主要實行的是以事後維修、預防性檢修為主的計劃檢修體制。這種檢修體制一般採用定期維護形式，檢修項目、工期安排和檢修周期均由管理部門根據相應的規程和經驗來確定。
[0005]目前，按照規程的要求，繼電保護裝置的校驗主要分為以下三類:I)新安裝裝置的驗收檢修；2)運行中裝置的定期檢驗；3)運行中裝置的補充檢驗。其中，繼電保護裝置在設備投產後一年進行一次全面校驗，以後每六年進行一次全面校驗，每一至兩年進行一次部分檢驗。
[0006]按照統一固定的時間間隔對二次設備進行檢修，而不考慮裝置的實際情況，存在著很大的強制性和盲目性，主要存在以下兩個方面的問題:
[0007](I)檢修周期固定，未考慮裝置實際情況。一律執行預先規定的檢修周期，會同時帶來過度檢修和不足檢修，不但造成設備有效利用時間的損失和人力、物力資源的浪費，甚至還會引發檢修故障，出現越修越壞的情況。
[0008](2)檢修項目固定，檢修過程沒有針對性。一律執行預先規定的檢修項目，同樣會帶來部分項目的過度檢修和部分項目不足檢修，影響設備整體的可靠性。
[0009]可見，現有的繼電保護檢修優化研究並未考慮實際檢修項目情況，只是籠統的得到一個定期檢修周期。
[0010]實際上現場定期檢修分為全檢和部檢，涉及數十種檢修項目，不同檢修項目都有其針對性。而隨著繼電保護設備的投運，由於設備中不同模塊或單元的製造工藝和工作環境不同，可靠性水平會存在差異。對於一些容易惡化的模塊，其相應的檢修項目應當加強；而對於一些可靠性水平較高的模塊，應當減少或放緩其相應的檢修項目，避免不必要的人力和財力浪費實際上。
[0011]因此，本領域的技術人員需要在繼電保護可靠性評估的基礎上，根據設備運行的可靠性和安全狀況對檢修的項目和周期進行優化，避免檢修的盲目性，提高供電可靠性和檢修經濟性。
【發明內容】
[0012]本發明針對上述現有技術存在的問題，提出了一種基於實際失效數據和實際結構 的繼電保護檢修項目優化方法，可以基於實際失效數據和實際結構對繼電保護裝置的檢修 項目和周期進行優化。
[0013]為了實現以上目的，本發明的技術方案如下:
[0014]一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，包括:
[0015]獲取繼電保護裝置的可靠性基礎數據；
[0016]依據所述可靠性基礎數據建立繼電保護裝置的Markov狀態空間模型；
[0017]基於所述Markov狀態空間模型，計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期；
[0018]結合繼電保護裝置中檢修項目和模塊的對應關係，計算檢修項目的最優檢修周 期。
[0019]較佳地，所述可靠性基礎數據包括繼電保護裝置的自檢率、繼電保護裝置中模塊 的失效率和修復率。
[0020]較佳地，所述依據可靠性基礎數據建立繼電保護裝置Markov狀態空間模型的步 驟包括:
[0021]結合繼電保護裝置的實際結構，列出繼電保護裝置的狀態；
[0022]依據所述繼電保護裝置的狀態和可靠性基礎數據，建立狀態轉移圖，獲得繼電保 護裝置的Markov狀態空間模型。
[0023]較佳地，所述計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期的步驟包括:
[0024]依據所述Markov狀態空間模型構建繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式；
[0025]採用預設的初始值，通過所述迭代計算式，依次計算繼電保護裝置中各個模塊的 最優檢修周期，獲得第一輪的計算結果；
[0026]基於所述第一輪的計算結果和迭代計算式，求解出新一輪的計算結果直至結果收 斂，獲得各個模塊的最優檢修周期。
[0027]較佳地，所述依據狀態轉移圖構建繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式的步驟包 括:
[0028]依據所述狀態轉移圖生成轉移矩陣和駐留概率矩陣；
[0029]基於所述轉移矩陣和駐留概率矩陣，建立方程組；
[0030]以不可用率最小為目標函數，解所述方程組，獲得繼電保護裝置檢修周期的迭代 計算式。
[0031]較佳地，所述不可用率為繼電保護裝置的不可用狀態的駐留概率之和。
[0032]較佳地，所述採用預設的初始值，通過所述迭代計算式，依次計算繼電保護裝置中 各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結果的步驟包括:
[0033]設定繼電保護裝置中模塊檢修周期的初始值和未知量；
[0034]將所述初始值和未知量帶入迭代計算式解出未知量；
[0035]設置新的未知量，並以所述解出的未知量作為初始值帶入迭代計算式求解新的未
知量;[0036]通過所述迭代計算式輪遍解出各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結
果O
[0037]較佳地，所述基於第一輪的計算結果和迭代計算式，求解出新一輪的計算結果直至結果收斂，獲得各個模塊的最優檢修周期的步驟包括:
[0038]將第一輪的計算結果作為初始值，通過所述迭代計算式輪遍解出各個模塊的最優檢修周期，獲得新一輪的計算結果；
[0039]比較相鄰兩輪的計算結果，若結果不收斂，則再遞解出下一輪的計算結果，若結果收斂，則將結果收斂時的一輪計算結果作為各個模塊的最優檢修周期。
[0040]較佳地，所述檢修項目的最優檢修周期取檢修項目對應的模塊的最優檢修周期的
最小值。
[0041]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0042]本發明結合繼電保護裝置的實際結構和可靠性數據，構建Markov狀態空間模型，並通過Markov狀態空間模型計算繼電保護裝置模塊的最優檢修周期，進而得出檢修項目的最優檢修周期，解決了現有繼電保護檢修優化研究並未考慮實際檢修項目，籠統的得到一個定期檢修周期的盲目性問題，使檢修周期的設定更加合理化，提高了供電可靠性和檢修經濟性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043]圖1為本發明一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法流程圖；
[0044]圖2為本發明繼電保護裝置狀態空間圖；
[0045]圖3為本發明計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期的流程圖；
[0046]圖4為本發明兩狀態系統狀態轉移圖；
[0047]圖5為本發明繼電保護裝置中各個模塊最優檢修周期圖；
[0048]圖6為本發明模塊與檢修項目對應關係圖；
[0049]圖7為本發明檢修項目最優檢修周期圖。
【具體實施方式】
[0050]下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。
[0051]圖1是繼電保護檢修項目優化方法流程圖，如圖所示，一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，包括:
[0052]S1:獲取繼電保護裝置的可靠性基礎數據；
[0053]繼電保護裝置的可靠性基礎數據包括繼電保護裝置的自檢率、繼電保護裝置中模塊的失效率和修復率。
[0054]基於可靠性理論，失效率為2=6，其中r為偶然失效總數，N為裝置數，t為運行時間；修復率為，其中MTTR為故障修復時間。
[0055]S2:依據所述可靠性基礎數據建立繼電保護裝置的Markov狀態空間模型；[0056]實際分析中，往往需要知道經過一段時間後，對象可能處於的狀態，這就要求建立一個能反映變化規律的數學模型。Markov狀態空間模型，即馬爾科夫模型，是利用概率建立一種隨機型的時序模型，並普遍用於進行可修復系統的可靠性研究的方法。
[0057]其基本模型為:
[0058]X(k+l)=X(k) XP
[0059]公式中:X(k)表示趨勢分析與預測對象在t=k時刻的狀態向量，t表示時間，P表示轉移概率矩陣。
[0060]X(k+1)表示趨勢分析與預測對象在t=k+l時刻的狀態向量。
[0061]必須指出的是，上述模型基於這樣的假設:轉移概率分布為指數分布，即轉移概率為常數的情況。繼電保護失效曲線符合「浴盆曲線」特徵，並且其長期處於偶然失效期，即失效率恆定的情況，顯然，繼電保護裝置適用Markov狀態空間模型進行研究。
[0062]較佳地，所述依據可靠性基礎數據建立繼電保護裝置Markov狀態空間模型的步驟可以包括:
[0063]結合繼電保護裝置的實際結構，列出繼電保護裝置的狀態；
[0064]依據所述繼電保護裝置的狀態和可靠性基礎數據，建立狀態轉移圖，獲得繼電保護裝置的Markov狀態空間模型。
[0065]在實際應用中，電力系統的繼電保護裝置可以包含多種模塊，本實施例中，繼電保護裝置包含電源模塊、處理器、信號處理模塊、測量模塊、通信模塊、接口模塊、光能模塊、軟體及其他模塊。
[0066]基於可靠性基礎數據，結合保護系統實際結構，可以建立如圖2所示的狀態空間圖。
[0067]圖中，繼電保護裝置正常工作標記為狀態1，繼電保護裝置故障被自檢發現標記為狀態2，處理器、電源模塊、光能模塊、接口模塊、通信模塊、測量模塊、信號處理模塊、其他模塊和軟體分別標記為3至11，這些模塊故障未被自檢發現的狀態分別對應於狀態3至11， 其故障被周期檢查發現的狀態分別對應於狀態12至20。
[0068]A I為被自檢發現的保護裝置失效率，A 1=ST ? A，其中入為失效率，ST為自檢率， 可根據不同廠家裝置情況設定自檢率ST的值，本實施例中，設ST=0.99 ;Mi=3，4...11) 為各模塊未被自檢發現的失效率，i為3至11的整數，與各個模塊對應；入嚴(1-ST) ? A/ ,
，其中A為i模塊偶然失效總數，i為3至11的整數,Ni為i模塊總數，t為運行
時間；y I為自檢修復率，U 2為定檢修復率,按照工程實際經驗,可以令y !=0.5 Ii , Ii 2=li ,
U為修復率；定期檢修率G ，其中i為3至11的整數，Ti表示各模塊檢修周期。
-tI
[0069]在本Markov狀態空間模型中，可以作如下假設:
[0070]( I)所有模塊定檢修復率均為U 2 ；
[0071 ] (2)任何一個模塊故障之後的修復過程，都會導致整個繼電保護裝置不可用。
[0072]當繼電保護裝置有故障並被自檢檢測出時，繼電保護裝置由狀態I轉移至狀態2， 通過對繼電保護裝置進行修復，可以使繼電保護裝置從狀態2重新回到狀態I。
[0073]當繼電保護裝置有故障沒有被自檢檢測出時，則由狀態I轉至3-11中的某幾個狀態，例如轉移至狀態3，此時只有當繼電保護裝置誤動或是定期檢修時才能發現故障，使繼電保護裝置由狀態3進入狀態12。
[0074]當定期檢修時，繼電保護裝置可以從狀態I轉到狀態12-20，完成定期檢修後，繼電保護裝置則從狀態12-20轉到狀態I。
[0075]S3:基於所述Markov狀態空間模型，計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期；
[0076]如圖3所示，在本實施例的一種優選實施方式中，所述步驟S3可以包括:
[0077]子步驟S31，依據所述Markov狀態空間模型構建繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式；
[0078]較佳地，子步驟S31可以包括:
[0079]依據所述狀態轉移圖生成轉移矩陣和駐留概率矩陣；
[0080]基於所述轉移矩陣和駐留概率矩陣，建立方程組；
[0081]以不可用率最小為目標函數，解所述方程組，獲得繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式。
[0082]其中，不可用率為繼電保護裝置的不可用狀態的駐留概率之和。
[0083]子步驟S32，採用預設的初始值，通過所述迭代計算式，依次計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結果；
[0084]較佳地，子步驟S32可以包括:
[0085]設定繼電保護裝置中模塊檢修周期的初始值和未知量；
[0086]將所述初始值和未知量帶入迭代計算式解出未知量；
[0087]設置新的未知量，並以所述解出的未知量作為初始值帶入迭代計算式求解新的未
知量；
[0088]通過所述迭代計算式輪遍解出各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結
果O
[0089]子步驟S33，基於所述第一輪的計算結果和迭代計算式，求解出新一輪的計算結果直至結果收斂，獲得各個模塊的最優檢修周期。
[0090]較佳地，子步驟S33可以包括:
[0091]將第一輪的計算結果作為初始值，通過所述迭代計算式輪遍解出各個模塊的最優檢修周期，獲得新一輪的計算結果；
[0092]比較相鄰兩輪的計算結果，若結果不收斂，則再遞解出下一輪的計算結果，若結果收斂，則將結果收斂時的一輪計算結果作為各個模塊的最優檢修周期。
[0093]下面通過一個具體實例進行說明。
[0094]基於上述步驟計算得到不同模塊的失效率，通過迭代計算方法，求取不同模塊的最優檢修周期，可以採用如下步驟:
[0095](I)設定初始值
[0096]可以假設電源模塊以外的其餘模塊檢修周期均為1000天，由狀態空間圖得到轉移矩陣M, M在下方給出，20個狀態的駐留概率矩陣P，P= {Pl, p2,, p20}，其中Pj為j狀態的駐留概率，j為I至20的整數，對應於繼電保護裝置的I至20個狀態。20
[0097]聯立式PM=P及
【權利要求】
1.一種優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，包括: 獲取繼電保護裝置的可靠性基礎數據； 依據所述可靠性基礎數據建立繼電保護裝置的Markov狀態空間模型； 基於所述Markov狀態空間模型，計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期； 結合繼電保護裝置中檢修項目和模塊的對應關係，計算檢修項目的最優檢修周期。
2.根據權利要求1所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述可靠性基礎數據包括繼電保護裝置的自檢率、繼電保護裝置中模塊的失效率和修復率。
3.根據權利要求2所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述依據可靠性基礎數據建立繼電保護裝置Markov狀態空間模型的步驟包括: 結合繼電保護裝置的實際結構，列出繼電保護裝置的狀態； 依據所述繼電保護裝置的狀態和可靠性基礎數據，建立狀態轉移圖，獲得繼電保護裝置的Markov狀態空間模型。
4.根據權利要求1所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期的步驟包括: 依據所述Markov狀態空間 模型構建繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式； 採用預設的初始值，通過所述迭代計算式，依次計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結果； 基於所述第一輪的計算結果和迭代計算式，求解出新一輪的計算結果直至結果收斂，獲得各個模塊的最優檢修周期。
5.根據權利要求4所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述依據狀態轉移圖構建繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式的步驟包括: 依據所述狀態轉移圖生成轉移矩陣和駐留概率矩陣； 基於所述轉移矩陣和駐留概率矩陣，建立方程組； 以繼電保護裝置的不可用率最小為目標函數，解所述方程組，獲得繼電保護裝置檢修周期的迭代計算式。
6.根據權利要求5所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述不可用率為繼電保護裝置的不可用狀態的駐留概率之和。
7.根據權利要求4或5所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述採用預設的初始值，通過所述迭代計算式，依次計算繼電保護裝置中各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結果的步驟包括: 設定繼電保護裝置中模塊檢修周期的初始值和未知量； 將所述初始值和未知量帶入迭代計算式解出未知量； 設置新的未知量，並以所述解出的未知量作為初始值帶入迭代計算式求解新的未知量; 通過所述迭代計算式輪遍解出各個模塊的最優檢修周期，獲得第一輪的計算結果。
8.根據權利要求4或5所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述基於第一輪的計算結果和迭代計算式，求解出新一輪的計算結果直至結果收斂，獲得各個模塊的最優檢修周期的步驟包括: 將第一輪的計算結果作為初始值，通過所述迭代計算式輪遍解出各個模塊的最優檢修周期，獲得新一輪的計算結果；比較相鄰兩輪的計算結果，若結果不收斂，則再遞解出下一輪的計算結果，若結果收斂，則將結果收斂時的一輪計算結果作為各個模塊的最優檢修周期。
9.根據權利要求1所述的優化繼電保護裝置檢修項目和周期的方法，其特徵在於，所述檢修項目的最優檢修周期取檢修項目對應的模塊的最優檢 修周期的最小值。
【文檔編號】G06Q50/06GK103500424SQ201310473561
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】曹小拐, 薛安成, 羅宇航, 景琦, 張蔓, 林睿, 張科峰, 邵震, 羅麟, 王瑞琛 申請人:中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司廣州局