一种用于评估继电保护装置可靠性的方法及系统与流程

本发明涉及继电保护，并且更具体地，涉及一种用于评估继电保护装置可靠性的方法及系统。

背景技术：

1、继电保护装置是保障电网安全运行的第一道防线，装置内部板件包括cpu板、电源板、ad采样板、通讯板、i\o板等，受板件中各类元件的固有寿命和板件焊接、印刷工艺不同的影响，保护装置有其固定的设计寿命。保护装置在投入现场运行前均经过严格的检测和系统的调试工作，投入运行后在一定程度上可以保证装置的可靠性运行，从而可以保证保护装置的高可靠性运行。保护装置投入运行后，其可靠性受装置本体、电流电压二次回路以及通信系统的影响。随着装置运行时间的增长，装置老化程度逐步加深，装置的可靠性逐步降低，因设计、材料和生产工艺或其他随机因素所导致的薄弱点就会随着老化程度的加深而增加其显现的可能性，从而增大装置缺陷发生的可能性。

2、失效率(failure rate)是指在任意时刻t尚未发生故障的系统或元件，在下一个单位时间内发生故障的概率。从装置投入到退役的整个全寿命周期内，失效率具有以下特征：在寿命初期或“早期失效期”，失效率的初始值较高，但随着装置运行年限的增加，失效率也迅速降低，因此曲线呈快速下降趋势，这一阶段的特征主要与制造过程中工艺的波动性、材料强度的不确定性所产生的累积效应有关，但对于出厂后投入使用的设备，一般不考虑此阶段；在寿命中期或“偶然失效期”，装置的失效率降至最低水平，此期间装置失效的原因多为人为误操作或环境条件突变等；在寿命后期或“损耗失效期”，装置失效率随服役年限的增加出现上升趋势，这一特征通常是由设备使用年限较长而出现的老化、受潮、产品劣化、强度退化等造成。由于上述“失效率——时间”曲线整体形状形似浴盆，故称为“浴盆”曲线，如图1所示。浴盆曲线可以由形状参数及尺度参数可调的weibull函数进行表示。准确分析装置失效率的变化规律、变化趋势对评估装置可靠性及寿命具有重要意义。

3、duane模型是用于分析产品研发阶段装置可靠性试验数据的重要方法。将可修复的单装置或者多台装置同时投入可靠性试验，试验过程中及时修复发现的隐患及缺陷，同时结合缺陷原因，改进产品设计方案、生产工艺、设备维护方案，然后将维修好的装置重新投入可靠性试验。使用duane模型计算产品累积失效率的变化趋势，直到装置失效率得到显著降低或降低到预定目标后停止实验，并最终确定产品的设计方案、生产工艺或者设备维护方案等。

4、duane模型可以有效分析产品研发阶段装置可靠性试验数据或者某台(多台)复杂系统运维过程中的数据，确定改进的设计方案、生产工艺或者设备维护方案的优劣。但duane模型要求分析的产品数量保持不变，且产品发生缺陷后应及时完成修复并再次投入试验或运行中。继电保护装置为高可靠性装置，其运行寿命要求不低于12年，根据统计2018年220kv及以上电压等级保护即相关设备总体缺陷率为1.260次/百台/年，保护装置缺陷发生率非常低，大部分装置从投入运行至退役均未发生缺陷。截至2018年底国家电网公司调管范围内220kv及以上系统保护装置数量达到18.2万台，装置规模庞大，每台装置的投运日期、退役日期均不同，无法直接采用传统duane模型分析装置运行过程中发生的缺陷数据，为准确计算继电保护装置的累积失效率变化情况。

5、因此，需要对duane模型算法进行改进，需要一种应用运行数据评估继电保护装置可靠性的方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种用于评估继电保护装置可靠性的方法及系统，以解决如何确定继电保护装置的可靠性的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于评估继电保护装置可靠性的方法，所述方法包括：

3、确定需要分析的继电保护装置的样本空间；

4、按照时间段统计所述样本空间中装置运行数量及缺陷发生次数；

5、基于每个时间段对应的装置运行数量和缺陷发生次数计算每个时间段对应的缺陷次数归一值；

6、基于所述每个时间段对应的缺陷次数归一值计算不同时间段对应的累积失效率；

7、基于不同时间段对应的累积失效率分别进行拟合，以分别确定保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程；

8、基于保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程中的参数值确定继电保护装置的可靠性。

9、优选地，其中按照时间段统计所述样本空间中装置运行数量及缺陷发生次数，包括：

10、将样本空间划分为k组，并设统计样本空间中保护装置的运行时间大于kδt(k＝1,2,3…k)的装置台数m(kδt)，保护装置自投运后缺陷发生时间小于kδt(k＝1,2,3…k)且大于(k-1)δt(k＝1,2,3…k)的缺陷总次数n(kδt)；其中，t为数据分析总时间。

11、优选地，其中所述基于每个时间段对应的装置运行数量和缺陷发生次数计算每个时间段对应的缺陷次数归一值，包括：

12、nkδt＝n(kδt)/m(kδt)，

13、其中，nkδt为第k个时间段对应的缺陷次数归一值；n(kδt)为保护装置自投运后缺陷发生时间小于kδt(k＝1,2,3…k)且大于(k-1)δt(k＝1,2,3…k)的缺陷总次数；m(kδt)为运行时间大于kδt(k＝1,2,3…k)的装置台数。

14、优选地，其中所述基于所述每个时间段对应的缺陷次数归一值计算不同时间段对应的累积失效率，包括：

15、

16、其中，λpδt为pδt时间段的累积失效率；t为数据分析总时间，k为样本空间划分的组数；nkδt为第k个时间段对应的缺陷次数归一值。

17、优选地，其中所述拟合方程为：

18、lnλpδt＝lna-mlnt，

19、其中，λpδt为pδt时间段的累积失效率；a为尺度参数；m为增长率。

20、优选地，其中所述基于保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程中的参数值确定继电保护装置的可靠性，包括：

21、对于早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段中的任一个阶段对应的拟合方程，若m＞0，则确定在该任一个阶段内装置的累积失效率降低，装置可靠性高，若m＜0，则确定在该任一个阶段装置的累积失效率增加，装置可靠性低。

22、根据本发明的另一个方面，提供了一种用于评估继电保护装置可靠性的系统，所述系统包括：

23、样本空间确定单元，用于确定需要分析的继电保护装置的样本空间；

24、统计单元，用于按照时间段统计所述样本空间中装置运行数量及缺陷发生次数；

25、归一化单元，用于基于每个时间段对应的装置运行数量和缺陷发生次数计算每个时间段对应的缺陷次数归一值；

26、累积失效率计算单元，用于基于所述每个时间段对应的缺陷次数归一值计算不同时间段对应的累积失效率；

27、拟合单元，用于基于不同时间段对应的累积失效率分别进行拟合，以分别确定保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程；

28、可靠性确定单元，用于基于保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程中的参数值确定继电保护装置的可靠性。

29、优选地，其中所述统计单元，按照时间段统计所述样本空间中装置运行数量及缺陷发生次数，包括：

30、将样本空间划分为k组，并设统计样本空间中保护装置的运行时间大于kδt(k＝1,2,3…k)的装置台数m(kδt)，保护装置自投运后缺陷发生时间小于kδt(k＝1,2,3…k)且大于(k-1)δt(k＝1,2,3…k)的缺陷总次数n(kδt)；其中，t为数据分析总时间。

31、优选地，其中所述归一化单元，基于每个时间段对应的装置运行数量和缺陷发生次数计算每个时间段对应的缺陷次数归一值，包括：

32、nkδt＝n(kδt)/m(kδt)，

33、其中，nkδt为第k个时间段对应的缺陷次数归一值；n(kδt)为保护装置自投运后缺陷发生时间小于kδt(k＝1,2,3…k)且大于(k-1)δt(k＝1,2,3…k)的缺陷总次数；m(kδt)为运行时间大于kδt(k＝1,2,3…k)的装置台数。

34、优选地，其中所述累积失效率计算单元，基于所述每个时间段对应的缺陷次数归一值计算不同时间段对应的累积失效率λpδt，包括：

35、

36、其中，λpδt为pδt时间段的累积失效率；t为数据分析总时间，k为样本空间划分的组数；nkδt为第k个时间段对应的缺陷次数归一值。

37、优选地，其中所述拟合方程为：

38、lnλpδt＝lna-mlnt，

39、其中，λpδt为pδt时间段的累积失效率；a为尺度参数；m为增长率。

40、优选地，其中所述可靠性确定单元，基于保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程中的参数值确定继电保护装置的可靠性，包括：

41、对于早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段中的任一个阶段对应的拟合方程，若m＞0，则确定在该任一个阶段内装置的累积失效率降低，装置可靠性高，若m＜0，则确定在该任一个阶段装置的累积失效率增加，装置可靠性低。

42、根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

43、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

44、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现一种用于评估继电保护装置可靠性的方法中任一项的步骤。

45、根据本发明的又一个发明，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现于评估继电保护装置可靠性的方法中任一项的步骤。

46、本发明提供了一种用于评估继电保护装置可靠性的方法及系统，包括：确定需要分析的继电保护装置的样本空间；按照时间段统计所述样本空间中装置运行数量及缺陷发生次数；基于每个时间段对应的装置运行数量和缺陷发生次数计算每个时间段对应的缺陷次数归一值；基于所述每个时间段对应的缺陷次数归一值计算不同时间段对应的累积失效率；基于不同时间段对应的累积失效率分别进行拟合，以分别确定保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程；基于保护装置早期失效阶段、偶然失效阶段和损耗失效阶段对应的拟合方程中的参数值确定继电保护装置的可靠性。本发明基于改进的duane模型进行继电保护装置的可靠性评估，评估结果简洁、直观，便于继电保护专业管理部分及人员通过分析装置不同阶段失效率的变化情况，准确掌握装置不同阶段可靠性的变化趋势，为装置技改、检修以及巡检巡视提供技术支撑。