[发明专利]智能变电站继电保护装置寿命预测方法

权利要求书

1.一种智能变电站继电保护装置寿命预测方法，基于马尔科夫模型建立继电保护设备健康预测模型，利用在线监测信息和历史运行数据预测设备剩余寿命，包括以下步骤：

步骤1，对继电保护设备进行数据收集；

步骤2，确定继电保护设备健康状态空间；

步骤3，确定继电保护设备初始状态概率分布向量；

步骤4，确定继电保护设备健康状态转移矩阵；

步骤5，预测继电保护设备剩余有效寿命；

其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1.1，收集继电保护设备运行数据，为获得设备当前状态提供参考，作为继电保护设备剩余寿命预测的依据；继电保护装置包括CPU插件、GOOSE接口插件、SMV接口插件、直流电源插件，历史运行数据描述设备投运以来的运行表现，具体指标包括设备投运时间和历史监测数据记录，在线监测数据包括设备运行温度、接收光强与发送光强，每隔单位时间进行记录；

步骤1.2，定义继电保护设备健康状态评价指标的温度偏移率和光强相对劣化率，定义温度偏移率K_T为：其中，T₀表示继电保护设备额定工作温度，T表示继电保护设备实测温度；光强相对劣化率其中I₀表示继电保护设备光纤接口光强额定值，I表示光强实测值，I_min表示允许光强最小值；温度偏移率和光强相对劣化率越大，表示继电保护设备健康状态越差；

所述步骤2如下：

假定系统有N个可以区分的性能指标，状态完美时，定义状态值为M，M为一个正整数；状态完全失效时，定义状态值为0；0和M之间的数就代表状态完善和失效之间的中间状态，系统状态的退化就是状态值从M向0逐渐减小的过程，这种状态的转移是随机的，是随时间变化的随机变量；对继电保护设备以1～4的值进行状态空间划分，3～4表示良好状态，2～3表示一般状态，1～2表较差状态，0～1表示失效状态，具体划分方法如下：

健康等级	良好	一般	较差	失效
等级区间	(3,4)	(2,3)	(1,2)	(0,1)

所述步骤3的具体方法是：

步骤3.1，对于刚投入运行的继电保护设备来说，此时t₀＝0，只要符合验收标准，初始状态概率分布向量即为P(t₀)＝(1,0,0,0)；

步骤3.2，一般预测的继电保护设备都不是从刚投运开始的，而是从现役状态开始，因此需要确定现役状态的概率分布向量，在充分考虑继电保护在线监测数据的基础上，采用概率统计方法确定初始状态概率分布；

因为继电保护设备由电子元器件组成，其健康状态与温度相关，而光强是表征继电保护设备通讯状态的指标，定义评价指标K＝ε_TK_T+ε_IK_I，其中ε_T和ε_I分别为温度偏移率和光强相对劣化率的权重系数，ε_T+ε_I＝1；

根据评价指标的大小对继电保护设备的状态进行分类，分类标准如下表：

状态等级	良好	一般	较差	失效
评价指标K	(0,5％)	(5％,10％)	(10％,20％)	(20％,1)

在开始时刻t₀之后，取1000个观测点，进行温度和光强监测数据统计，分别计算观测点的评价指标值，根据状态等级分类标准，获得设备处于不同健康状态的概率，得到初始状态概率向量P(t₀)＝(a₀,b₀,c₀,d₀)，其中a₀、b₀、c₀、d₀分别表示继电保护设备初始状态是良好、一般、较差、失效的概率；

所述步骤4的具体方法是：

若设备投运时间为t_operation，则每t_operation/6的时间作为一个状态转移时段，随机选取每时段内的1000个点，根据在线监测值计算评价指标，进行统计，确定该时段内的状态概率分布向量：

状态转移概率矩阵

其中，p_nm为一年间状态n到状态m的转移概率，矩阵A和B为：

(a₁,b₁,c₁,d₁)～(a₅,b₅,c₅,d₅)为总时间为T的6个时段内的状态概率分布向量；

所述步骤5的具体方法是：

步骤5.1，若以继电保护设备投运时间为起点开始预测，计算公式为：

其中P(t_i)为时刻t_i继电保护设备的状态概率分布向量；P(0)为设备投运时的状态概率分布向量，P(0)＝(1,0,0,0)；[π]为继电保护设备的一步状态转移概率矩阵；

步骤5.2，若以在役继电保护设备当前时刻为起点开始预测，计算公式为：

其中P(t_i)为时刻t_i继电保护设备的状态概率分布向量；P(t₀)为在役设备当前时刻的状态概率分布向量，由概率统计法求得；[π]为继电保护设备的一步状态转移概率矩阵；

步骤5.3，对时刻t_i继电保护设备的状态概率分布向量预测之后，基于可靠度理论求解设备的可靠度，第t年继电保护设备健康状态的可靠指标β(t)大于等于最低可靠指标β_min的概率为：

R(t)＝P{β(t)≥β_min}＝P₁(t)+P₂(t)

其中P₁(t)和P₂(t)分别表示t时刻继电保护设备处于良好状态和一般状态的概率，按照工程中常用的85％的保证率，即R(t)＜85％时，继电保护设备某状态的可靠指标不能达到要求；因此，R(t)＝85％时，就是继电保护设备的使用极限状态，以此算出的时间差就是继电保护设备的剩余寿命，即剩余寿命RUL＝t-t₀。