CN102130500A - 变电站计算机监控***使用寿命的延长方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站计算机监控***使用寿命的延长方法。目前国内对变电站计算机监控***使用寿命的判断大部分依据主观经验，导致很多监控***未到使用寿命就行了更换。本发明为变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，其方法如下：推断变电站计算机监控***属于何种概率分布；通过各个模型计算***MTBF，最后根据各自的MTBF采用参数估计的方法估计各自的故障率；根据故障率和板件总数，计算出作为可修复和不可修改复***的板件年故障数，得到需要的备件数量；将故障率、维护成本和故障损失加权得到接受度，基于接受度判断***是否还在寿命周期内。本发明准确地估算了变电站计算机监控***的使用寿命，避免了投资的浪费。

Description

变电站计算机监控***使用寿命的延长方法

技术领域

本发明涉及电网企业的监控***，具体地说是一种变电站计算机监控***使用寿命的延长方法。

背景技术

随着计算机、网络、通信技术的发展，以及微机型继电保护装置的大量采用和变电站监控***在功能及可靠性方面的逐渐完善提高，变电站监控***在新建和扩建的变电站建设中得到较为广泛采用。该***通常采用分层分布式结构，按间隔设计，扩充性好，安装比较方便，各种控制电缆直接到继电保护小室，小室内IPO单元通过现场总线连接，并与站控层通过光纤连接，抗干扰能力强，大大地减少了控制电缆的使用和敷设数量。

变电站计算机监控***是以计算机和网络技术为核心，通过将变电站原有的控制、仪表、信号、远动等二次***重新组合、互连、计算机化而形成的一个***。计算机监控***集变电站控制、测量和监视于一体，可完全替代变电站常规二次设备。计算机监控***可随时在线监视电网运行参数设备运行状况、自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警，以防止事态扩大；计算机监控***可完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表、远传和保证电能质量的自动和遥控调整工作；借助于计算机监控***，可实现对变电站运行自动监视、管理、协调和控制，减轻了变电站运行值班人员的劳动强度，提高了变电站自动化水平。

目前国内对变电站计算机监控***使用寿命的判断大部分依据主观经验，一般5-8年，多的是10年，和与国外寿命12-15年差距较大。缺乏科学化、***化的对监控***等二次***全寿命周期管理的方法，导致很多监控***未到使用寿命就行了更换，导致了投资的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，准确估算当前变电站计算机监控***的使用寿命，以决定是否延长使用寿命，避免投资的浪费。

为此，本发明采用如下的技术方案：变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，其方法如下：

1)根据西门子提供的变电站计算机监控***的全球故障次数统计数据和设计参数，绘制每年故障数分布曲线，通过拟合的方法，推断变电站计算机监控***属于何种概率分布；

2)用变电站计算机监控***的实际运行缺陷数据对西门子提供的板件实验MTBF进行校核，然后根据校核后的板件MTBF通过装置模型计算装置MTBF，根据装置MTBF通过小室模型计算小室MTBF，根据小室MTBF通过***模型计算***MTBF，最后根据各自的MTBF采用参数估计的方法估计各自的故障率；

3)根据故障率和板件总数，计算出作为可修复和不可修改复***的板件年故障数，得到需要的备件数量；

4)将故障率、维护成本和故障损失加权得到接受度，基于接受度判断***是否还在寿命周期内；

5)如果***还在寿命周期内，将延长寿命合理年限的计算转化为最优化问题，目标函数为寿命周期最长，约束条件包括维护成本、故障损失和故障率，计算延长多少寿命合适。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取以下技术措施：

上述的变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，在第3)步中，依据装置在监控***中功能的不同，结合电力***的安全运行要求，对装置按照不同的可用率要求进行划分，根据可用率的不同和板件在装置中的重要性，确定板件总数的取整数量，并根据确定的备件数量反验证是否满足可用率要求。

本发明准确地估算了变电站计算机监控***的使用寿命，根据实际情况来决定是否延长使用寿命，避免了投资的浪费。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

如图所示的变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，其方法如下：

1)根据西门子提供的变电站计算机监控***的全球故障次数统计数据和设计参数，绘制每年故障数分布曲线，通过拟合的方法，推断变电站计算机监控***属于何种概率分布(本发明经计算得出是指数分布)。

2)用变电站计算机监控***的实际运行缺陷数据对西门子提供的板件实验MTBF进行校核，然后根据校核后的板件MTBF通过装置模型计算装置MTBF，根据装置MTBF通过小室模型计算小室MTBF，根据小室MTBF通过***模型计算***MTBF，最后根据各自的MTBF采用参数估计的方法估计各自的故障率。前述中的MTBF即平均无故障时间，英文全称是“Mean Time BetweenFailure”，是衡量一个产品(尤其是电器产品)的可靠性指标，单位为“小时”或“年”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说，是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。MTBF采用拓扑逻辑关系计算法，逻辑关系映射为串联、并联关系(根据功能来确定串联还是并联)。

3)根据故障率和板件总数，计算出作为可修复和不可修改复***的板件年故障数，得到需要的备件数量。

4)将故障率、维护成本和故障损失加权得到接受度，基于接受度判断***是否还在寿命周期内。

5)如果***还在寿命周期内，将延长寿命合理年限的计算转化为最优化问题，目标函数为寿命周期最长，约束条件包括维护成本、故障损失和故障率，计算延长多少寿命合适。

在第3)步中，依据装置在监控***中功能的不同，结合电力***的安全运行要求，对装置按照不同的可用率要求进行划分，根据可用率的不同和板件在装置中的重要性，确定板件总数的取整数量，并根据确定的备件数量反验证是否满足可用率要求。

下面对上述提及的基本概念作如下说明：

1)概率分布

概率分布(probability distribution)或简称分布(distribution)，是概率论的一个概念，常有离散分布、均匀分布、伯努利分布、正态分布、泊松分布、指数分布等。

2)基于经典法的故障率参数估计

考虑到变电站计算机监控***无法进行工程试验，同时电子产品的可靠性指的是其正常工作的概率，因此采用全球统计数据(西门子提供的全球故障次数统计数据和设计参数)和实际运行的缺陷数据，作为概率计算样本。

考虑到样本的数量有限，本发明是基于有限次的数据(子样)，因此采用参数估计理论，根据设计MTBF来估计故障率，具体采用的是经典方法。理论与实际统计证明电子***的可靠度符合指数分布：

$R\left(t\right)=\exp [-{\∫}_0^t\mathrm{\λdt}]=e^{-\mathrm{\λt}}$

式中：

R(t)-设备可靠度的估计值

λ(t)-***失效率(也叫故障率)

(t)-故障发生前的工作时间

使用经典的概率统计原理进行电子设备的可靠度即MTBF。取θ为MTBF，则θ＝1/λ(t)。

上述估计的可靠性，取决于故障率准确值。

为了充分利用西门子全球统计数据、设计数据和运行缺陷数据提供的信息，采用X²区间估计来估计故障率的值。

X²区间估计是以点估计θ^＝T/r，由于不同的数据有不同的θ^，θ^的分布可以由样品(西门子提供的数据，实际运行数据)分布求出。在本发明中，根据计算2rθ^/θ＝2T/θ的分布密度函数f(x)＝e^-xx^-r-1/[2^r(r-1)！]来计算故障率。

3)拟合

拟合函数是用于曲线拟合的函数。如果您知道y和x有关，但不知道是什么关系，只能通过实验得到一组数据，如x＝x1时y＝y1，x＝x2时y＝y2，...这里(x1，y1)、(x2，y2)、...都是实验结果，您就可以在直角坐标系中画出各点，描点可得两者的关系曲线。根据曲线的形状您可以选择一个函数，如果类似于直线那就简单了，如果是弯曲的可以选择y是x的多项式函数，如y＝a*x*x*x+b*x*x+c*x+d等等，也可以是其他形式的函数类型，然后利用最小二乘法或其他拟合方法求出系数a，b，c，d等，即可得到y和x的关系，这个过程就是曲线拟合，这个函数就是拟合函数。由于实验有误差，选择的函数也不一定就很合适，拟合出来的函数一般难以准确通过各点，但可以离各点尽量近，从而近似地表示y和x的关系。

4)优化问题

多目标优化问题描述为：

$\underset{P_G,A,R}{\min }(\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{p}_i{P}_{\mathrm{Gi}}+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{w}_i{a}_i(A_i^{+}+A_i^{-})+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{r}_i{R}_i)$

约束条件：

${\underset{\‾}{L}}_m\≤L_m\≤{\stackrel{\‾}{L}}_m,m\∈M$

${\underset{\‾}{S}}_i\≤\underset{j\∈{\mathrm{\Ω}}_i}{\mathrm{\Σ}}{L}_j\left(t\right)\≤{\tilde{S}}_i,i\∈\mathrm{\Ω},t\∈T$

${\underset{\‾}{P}}_{\mathrm{Gi}}\left(t\right)\≤P_{\mathrm{Gi}}\left(t\right)+A_i^{+}+R_i\≤P_{\mathrm{Gi}}\left(t\right),i\∈I$

$0\≤A_i^{-}\≤{5v}_{\mathrm{Ai}}{w}_i,i\∈I$

…………………(其他约束条件)

其中目标函数最大，取-号变为目标函数最小，多目标可以包括寿命最长、故障率最小等作为目标，将影响寿命、故障率、维护成本、备件等等作为约束条件。

或者直接作为单目标问题考虑。

可见优化目标分单目标优化和多目标优化问题，针对优化问题常用的求解算法有：线性规划法、智能算法(遗传算法、内点法、粒子寻优、蚁群算法)、精确的分支-定界、序列优化算法、内点法、拉格朗日松弛算法。

5)板件间、装置间关系及其运算

板件与板件间、装置与装置间存在相互依赖关系，如采用单纯的加权计算方式通过板件的MTBF计算装置的MTBF，通过装置的MTBF计算***的MTBF，这种方法不太合理。本发明采用的计算规则如下：

1.故障的包含：若故障A发生必然导致故障B发生，则称故障B包含

A(或A包含于B)，记为B属于A。

2.故障相等：若A属于B且B属于A，则称故障A与B相等，记为A＝B。

3.故障A与B之和：(并)A ∪B(或A+B)Δ故障A与B至少有一个发生。

推广：A1∪A2∪…∪Ak∪…∪An＝AkΔn个故障A1，A2，…An至少一个发生。

A1∪A2∪…∪Ak∪…＝AkΔA1，A2，…Ak…至少一个发生。

性质：

1)A属于A∪B；B属于A∪B

2)A∩(A∪B)＝A；B∩(A∪B)＝B

3)A∪A＝A

4.故障A与B的差(A-B)：故障A发生而B不发生。

性质：

1)A-B属于A

2)(A-B)∪A＝A；(A-B)∪B＝A∪B

3)(A-B)A＝A-B；(A-B)∩B＝φ

5.故障A与B的积A∩B(或AB)：故障A与B同时发生。

推广：A1∩A2∩…∩An＝AkΔn个故障A1，A2，…An同时发生。

A1∩A2∩…∩Ak ∩…＝AkΔ无穷个故障A1，A2，…Ak…同时发生。

性质：

1)A∩B属于A；A∩B属于B

2)(A∩B)∪A＝A；(A∩B)∪B＝B

3)A∩A＝A

6.互斥故障：若故障A与B不能同时发生，即A∩B＝φ，则称A、B为互斥故障。

推广：若故障组A1，A2，…An任意两个都是互斥的，则该故障组称为互斥故障组。

注意：

1)基本故障都是两两互斥的。

2)若A、B互斥，则A∪B＝A+B。

7.对立故障：“故障A不发生”的故障称为故障A的对立故障。

注意：由定义可知，对立故障一定是互斥故障，但互斥故障不一定是对立故障。

8.故障率的运算律(与集合的运算律相似)

故障率指故障发生的概率

1)交换律：A∪B＝B∪A；AB＝BA

2)结合律：(A∪B)∪C＝A∪(B∪C)；(A∩B)∩C＝A∩(B∩C)

3)分配律：(A∪B)C＝(AC)∪(BC)；A∪(BC)＝(A∪B)(A∪C)

9.故障率的乘法公式

条件概率：在故障B已经发生的条件下，计算故障A的概率，则这种概率称为故障A在故障B已发生的条件下的条件概率，记作P(A|B)，有如下计算公式：

P(A|B)＝P(A交B)/P(B)

乘法定理：两故障的积故障的概率等于其中一故障的概率与另一故障在前一故障出现之下的条件概率的乘积，即P(AB)＝P(A)P(B|A)＝P(B)P(A|B)

独立故障：如果两故障中任一故障的发生不影响另一故障的概率，则称这两故障是相互独立的，即P(B|A)＝P(B)或P(A|B)＝P(A)，则A与B独立。

也可这样定义：如果两故障A、B的积故障的概率等于这两故障的概率的乘积，则称两故障A与B是相互独立的，即P(AB)＝P(A)P(B)则A与B独立。

6)模糊数学

可接受或不可接受是一个模糊的概念，本发明采用模糊数学的思想将其进行量化。模糊数学用“模糊集合”作为表现模糊事物的数学模型。并在“模糊集合”上逐步建立运算、变换规律，开展有关的理论研究，就有可能构造出研究现实世界中的大量模糊的数学基础，能够对看来相当复杂的模糊***进行定量的描述和处理的数学方法。

在模糊集合中，给定范围内元素对它的隶属关系不一定只有“是”或“否”两种情况，而是用介于0和1之间的实数来表示隶属程度，还存在中间过渡状态。比如“老人”是个模糊概念，70岁的肯定属于老人，它的从属程度是1，40岁的人肯定不算老人，它的从属程度为0，按照模糊数学给出的公式，55岁属于“老”的程度为0.5，即“半老”，60岁属于“老”的程度0.8。模糊数学认为，指明各个元素的隶属集合，就等于指定了一个集合。当隶属于0和1之间值时，就是模糊集合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，其方法如下：

1)根据西门子提供的变电站计算机监控***的全球故障次数统计数据和设计参数，绘制每年故障数分布曲线，通过拟合的方法，推断变电站计算机监控***属于何种概率分布；

2)用变电站计算机监控***的实际运行缺陷数据对西门子提供的板件实验MTBF进行校核，然后根据校核后的板件MTBF通过装置模型计算装置MTBF，根据装置MTBF通过小室模型计算小室MTBF，根据小室MTBF通过***模型计算***MTBF，最后根据各自的MTBF采用参数估计的方法估计各自的故障率；

3)根据故障率和板件总数，计算出作为可修复和不可修改复***的板件年故障数，得到需要的备件数量；

4)将故障率、维护成本和故障损失加权得到接受度，基于接受度判断***是否还在寿命周期内；

5)如果***还在寿命周期内，将延长寿命合理年限的计算转化为最优化问题，目标函数为寿命周期最长，约束条件包括维护成本、故障损失和故障率，计算延长多少寿命合适。

2.根据权利要求1所述的变电站计算机监控***使用寿命的延长方法，其特征在于在第3)步中，依据装置在监控***中功能的不同，结合电力***的安全运行要求，对装置按照不同的可用率要求进行划分，根据可用率的不同和板件在装置中的重要性，确定板件总数的取整数量，并根据确定的备件数量反验证是否满足可用率要求。

Images