一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法

摘要

本发明提供了一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法，该方法能定量评估核心元器件国产替代后双重化继电保护装置的可靠性。首先，基于继电保护装置缺陷数据，确定双重化继电保护装置中亟需国产化的核心元器件；进一步，考虑亟需国产化的核心元器件及其典型失效模式，忽略或合并实际发生概率极小的情况，构建适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型；基于双重化继电保护Markov模型建立对应的状态转移矩阵，并根据双重化继电保护Markov模型中不可用的状态建立可靠性指标；最后，考虑继电保护装置国产化核心元器件失效率较高，将参数代入状态转移矩阵及可靠性指标，确定核心元器件国产替代后双重化继电保护装置的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法。

背景技术

继电保护装置是电力系统的第一道防线，其可靠性不容忽视。对于220kV及以上电压等级的电力系统，为确保继电保护装置的可靠性，规程规定主保护需双重化配置。但是，CPU插件、电源插件、开入插件等继电保护装置核心元器件的失效仍然会引起双重化继电保护装置失效。另一方面，在中兴公司芯片禁运事件后，我国开始重视芯片的自主研发，继电保护装置作为电力系统的重要设备，其核心元器件的国产化刻不容缓。

目前我国部分公司已开发了少数用于继电保护装置的国产芯片，但是其可靠性与进口芯片差距较大，其对双重化继电保护装置可靠性的影响缺乏定量研究。因此，有必要研究一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法，从而为双重化继电保护装置的国产化提供参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法。该方法能够量化国产化核心元器件对双重化继电保护装置可靠性的影响，为双重化继电保护装置国产化提供参考。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法，所述方法包括：

步骤1、基于继电保护装置缺陷数据，确定双重化继电保护装置中亟需国产化的核心元器件。

步骤2、考虑亟需国产化的核心元器件及其典型失效模式，忽略或合并实际发生概率极小的情况，构建适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型。

步骤3、基于双重化继电保护Markov模型建立对应的状态转移矩阵，并根据双重化继电保护Markov模型中不可用的状态建立可靠性指标。

步骤4、考虑继电保护装置国产化核心元器件失效率较高，将参数代入步骤3所述状态转移矩阵及可靠性指标，确定核心元器件国产替代后双重化继电保护装置的可靠性。

由上述本发明提供的技术方案可看出，上述方法给出了一种适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法，可定量评估国产替代后双重化继电保护装置的可靠性，为双重化继电保护装置国产化提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估流程示意图；

图2为本发明实施例所述的适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型示意图。

具体实施方式

下面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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估流程示意图，所述方法包括：

步骤1、基于继电保护装置缺陷数据，确定双重化继电保护装置中亟需国产化的核心元器件。

在该步骤1中，选择双重化继电保护装置中亟需国产化的核心元器件的具体过程为：

根据220kV及以上电压等级的继电保护装置缺陷数据，继电保护装置的核心元器件包括CPU插件、电源插件、开入插件、开出插件、A/D插件、AC插件、MMI插件等等，分别计算各核心元器件的失效率：

式中，λ

将各核心元器件的失效率进行排序，其中，核心元器件的失效率越高，其对双重化继电保护装置可靠性的影响越大，表明该核心元器件越重要，那么该核心元器件应优先国产化。因此，选择失效率最高的两种插件作为亟需国产化的核心元器件具体分析，其余插件统一归为“其他”类。

步骤2、考虑亟需国产化的核心元器件及其典型失效模式，忽略或合并实际发生概率极小的情况，构建适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型。

在该步骤2中，根据继电保护缺陷数据，核心元器件的典型失效模式为硬件失效、软件失效以及人因失效。其中，硬件失效按照是否需要更换元器件进一步分为硬件致命性失效和硬件非致命性失效。

考虑步骤1所述亟需国产化的继电保护装置核心元器件，并考虑其典型失效模式，同时考虑继电保护装置定期检修、自检等因素，忽略两套保护装置在同一时刻定期检修、两套保护装置在同一时刻失效、一套装置硬件失效(包括硬件致命性失效和非致命性失效)被自检检出或是软件失效维修过程中另一套装置发生失效等实际发生概率极小的情况，构建适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型如图2所示，图2中各符号含义如表1所示。

表1双重化继电保护装置Markov模型符号含义

注：i＝1,2,3分别代表亟需国产化的核心元器件1、亟需国产化的核心元器件2以及其他核心元器件的状态转移率。

步骤3、基于双重化继电保护Markov模型建立对应的状态转移矩阵，并根据双重化继电保护Markov模型中不可用的状态建立可靠性指标。

在该步骤3中，根据步骤2所述适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型，建立状态转移矩阵：

式中a

双重化继电保护装置处于各状态的概率P为：

PZ＝0,P＝[P

对于双重化继电保护装置，当一套保护装置失效另一套保护装置正常时仍为正常工作状态，因此，在此双重化继电保护Markov模型的30个状态中，仅状态29“一套保护装置硬件失效未被自检检出，一套装置硬件或软件失效”以及状态30“一套保护装置硬件失效未被自检检出，一套保护装置定期检修”是不能正常工作的状态，因此，双重化继电保护装置的可靠性指标——不可用度为：

U＝P

步骤4、考虑继电保护装置国产化核心元器件失效率较高，将参数代入步骤3所述状态转移矩阵及可靠性指标，确定核心元器件国产替代后双重化继电保护装置的可靠性。

在该步骤4中，考虑国产化继电保护核心元器件与进口元器件的失效率差异，分别取国产化核心元器件的失效率是进口元器件失效率的不同倍数，将参数代入步骤3中公式(3)～(5)确定国产化后双重化继电保护装置的可靠性。

下面再以具体的实例对上述适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法进行说明：

该实施例基于全国2018年220kV及以上电压等级继电保护装置缺陷数据，确定亟需国产化的核心元器件及相应模型参数。根据该继电保护装置缺陷数据，2018年继电保护装置本体缺陷中各核心元器件按照失效率从大到小排序如表2所示。

表2保护装置本体缺陷按缺陷部位分布情况

除去“未明确分类”外，继电保护各核心元器件中失效率最高的是CPU插件和电源插件。因此，CPU插件和电源插件是对双重化继电保护可靠性影响最大的核心元器件，也是亟需国产化的核心元器件，将CPU插件和电源插件单独分析，其余插件均归为“其他”类统一分析。

基于全国2018年220kV及以上电压等级继电保护装置缺陷数据，计算得适用于核心元器件国产化的双重化继电保护Markov模型各参数取值如表3所示。

表3双重化继电保护Markov模型参数

由于目前在运继电保护装置的核心元器件均为进口产品，因此，表3所示参数为进口元器件参数。目前缺乏国产化继电保护装置的缺陷数据，按照专家经验，分别取国产化核心元器件的失效率为进口元器件失效率的1倍、1.5倍以及2倍，其余参数不变，代入步骤3所述公式(3)～(5)，计算得单个插件国产化后以及全部插件国产化后双重化继电保护的不可用度如表4所示。

表4国产化后双重化继电保护装置的不可用度

表4表明，若双重化继电保护装置中单个插件国产替代并且国产插件硬件失效率不超过进口插件失效率的2倍，国产化后双重化继电保护装置的不可用度不超过原来的1.40倍；若双重化继电保护装置中全部插件替换为国产插件且国产插件硬件失效率不超过进口的2倍，国产化双重化继电保护的不可用度不超过原来的1.70倍。

综上所述，本发明提供的适用于核心元器件国产化的双重化继电保护可靠性评估方法是合理的，具有一定的工程实际应用价值。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

显然，所述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。