[发明专利]一种±800kV换流站主接线可靠性评估方法

摘要

一种±800kV换流站主接线可靠性评估方法，其特征在于：建立了改进的元件四状态模型，在评估主接线可靠性过程中加入了继保和二次设备的可靠性模型，利用元件的合并分区将原本比较复杂的±800kV换流站主接线进行简化，并应用改进的元件四状态模型于简化后的各分区，重新定义元件的异常状态和检修状态，将元件的状态检修状态与计划检修状态合并归入元件的检修状态，并确定各状态之间的转换关系以及参数的求取，用矩阵乘法简化最小路矩阵搜索的方法对有向网络进行最小路搜索，利用解析法枚举有向网络的各种故障状态，并计算出该网络的可靠性数据。

主权项

1. 一种±800kV换流站主接线可靠性评估方法，其特征在于：建立了改进的元件四状态模型，在评估主接线可靠性过程中加入了继保和二次设备的可靠性模型，利用元件的合并分区将原本比较复杂的±800kV换流站主接线进行简化，并应用改进的元件四状态模型于简化后的各分区，重新定义元件的异常状态和检修状态，将元件的状态检修状态与计划检修状态合并归入元件的检修状态，并确定各状态之间的转换关系以及参数的求取，用矩阵乘法简化最小路矩阵搜索的方法对有向网络进行最小路搜索，利用解析法枚举有向网络的各种故障状态，并计算出该网络的可靠性数据，具体步骤如下：(1)建立改进元件四状态模型在改进元件四状态模型中，重新定义设备的异常状态，检修状态和故障状态，及其相关关系：元件异常状态(A)：元件次要功能出现故障或者元件出现故障征兆时该元件所处的状态；元件检修状态(M)：为元件处于检修的状态，包含计划检修状态与状态检修状态；元件故障状态(R)：当元件无法保证其应有的主要功能时所处的状态，对于开关设备，其误动和拒动归纳入元件的故障状态；根据改进元件四状态模型，元件从正常状态N出发对应检修状态M和异常状态A，元件的异常状态A转换为故障状态R和检修状态M；(2)在主接线可靠性评估中增加了继保及二次设备的可靠性模型，继保可靠性包括软件和硬件两个部分，硬件可靠性为：λ＝γQ(C1γTγV+C2γE)γL ${\lambda }_M=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\lambda }_i$ λH＝λT+λJ 式中：γQ为器件质量因数；C1为电路复杂因数；γT为温度加速因数；γV为电压应力因数；C2为封装复杂因数；γE为应用环境因数；γL为为器件成熟因数；N为模块M中元器件的总个数；λH为硬件故障率；λT为通讯模块故障率；λJ为继电保护模块故障率；软件可靠性模型采用John Musa模型处理，该模型的软件失效率为：${\lambda }_s=e^{-\frac{{\tau }^{\prime }}{\tau }{M}_0{T}_0}={\lambda }_0{e}^{-\frac{{\tau }^{\prime }}{\tau }}$ 式中：τ为累积执行时间，即程序从开始运行到本次评估可靠性所经历的时间；τ’为程序运行时间，即从本次评估开始，程序可无故障运行的时间；λ0为初始故障率，与最初的无故障时间T0及软件的缺陷总数M0有关；则继电保护可靠性如下式：λJB＝λS+λH 式中：λJB为继电保护故障率；λS为软件故障率；λH为硬件故障率；(3)元件合并分区对主接线四状态模型进行分区，主元件与其附属元件合并形成分区，相邻串、并联主元件如果合并不影响接线方式则可以合并为一个分区，如果合并后影响接线方式，则单独作为分区；(4)分区可靠性参数的确定由于各个分区都是由元件组合而且，可见元件的状态对应着各分区状态，将元件四状态模型应用于各分区，以取得分区可靠性参数，对于断路器-换流变压器形成的分区，其故障率参数如下式：λR＝λR(d-b)+λ(Jb) λA＝λA(d-b)+λx λ′M＝λx λ′A＝λJB ${\mu }_M=\frac{{\lambda }_{d-M}+{\lambda }_{b-M}+{\lambda }_x+{\lambda }_{\mathrm{JB}}}{\frac{{\lambda }_{d-M}}{{\mu }_{d-M}}+\frac{{\lambda }_{b-M}}{{\mu }_{b-M}}+\frac{{\lambda }_x}{{\mu }_x}+\frac{{\lambda }_{\mathrm{JB}}}{{\mu }_{\text{JB}}}}$ ${\mu }_R=\frac{{\lambda }_{d-R}+{\lambda }_{b-R}}{\frac{{\lambda }_{d-R}}{{\mu }_{d-R}}+\frac{{\lambda }_{b-R}}{{\mu }_{b-R}}}$ 其中：λR为分区故障率，λA为分区异常概率，λ’M为分区状态检修概率，λ’A为分区状态检修概率，μM为分区检修修复率，μR为分区故障修复率；λR(d-b)为断路器和变压器故障率之和；λA(d-b)为断路器和变压器异常状态率之和，λd-M为断路器检修率，λb-M为变压器检修率，λd-R为断路器故障率，λb-R为变压器故障率，μd-M为断路器检修修复率，μb-M为变压器检修修复率，μd-R为断路器故障修复率，μb-R为变压器故障修复率；对于换流阀、避雷器形成的分区，其故障率参数如下式：λR＝λh-R+λbl λA＝λbl＝λ′A λ′M＝0${\mu }_M=\frac{{\lambda }_{h-M}+{\lambda }_{\mathrm{bl}}}{\frac{{\lambda }_{h-M}}{{\mu }_{h-M}}+\frac{{\lambda }_{\mathrm{bl}}}{{\mu }_{\mathrm{bl}}}}$ ${\mu }_R=\frac{{\lambda }_{h-R}+{\lambda }_{\mathrm{bl}}}{\frac{{\lambda }_{h-R}}{{\mu }_{h-R}}+\frac{{\lambda }_{\mathrm{bl}}}{{\mu }_{\mathrm{bl}}}}$ 其中：λh-R为换流器故障率，λh-A为换流器异常率，λh-M为换流器检修率，λbl为避雷器故障率，μh-M为换流器检修修复率，μh-R为换流器故障修复率；对于平波电抗器、滤波器形成的分区，其故障率参数如下式：λR＝λc-R+λk-R λA＝0＝λ′M＝λ′A ${\mu }_M=\frac{{\lambda }_{c-M}+{\lambda }_{k-M}}{\frac{{\lambda }_{c-M}}{{\mu }_{c-M}}+\frac{{\lambda }_{k-M}}{{\mu }_{k-M}}}$ ${\mu }_R=\frac{{\lambda }_{c-R}+{\lambda }_{k-R}}{\frac{{\lambda }_{c-R}}{{\mu }_{c-R}}+\frac{{\lambda }_{k-R}}{{\mu }_{k-R}}}$ 其中：λc-R为滤波器故障率，λc-M为滤波器检修修复率，λk-R为平波电抗器故障率，λk-M 为平波电抗器检修修复率，μc-M为滤波器检修修复率，μc-R为滤波器故障修复率；μk-M为平波电抗器检修修复率，μk-R为平波电抗器故障修复率；对于直流侧断路器形成的分区，其故障率参数如下式：λR＝λp-R+λJB λA＝λx＝λ′M λ′A＝λJB ${\mu }_M=\frac{{\lambda }_{p-M}+{\lambda }_x+{\lambda }_{\mathrm{JB}}}{\frac{{\lambda }_{p-M}}{{\mu }_{p-M}}+\frac{{\lambda }_x}{{\mu }_x}+\frac{{\lambda }_{\mathrm{JB}}}{{\mu }_{\mathrm{JB}}}}$ ${\mu }_R=\frac{{\lambda }_{p-R}+{\lambda }_{\mathrm{JB}}}{\frac{{\lambda }_{p-R}}{{\mu }_{p-R}}+\frac{{\lambda }_{\mathrm{JB}}}{{\mu }_{\mathrm{JB}}}}$ 其中：λp-R为直流侧断路器故障率，λp-M为直流侧断路器检修率，μp-R为直流侧断路器故障修复率，μp-M为直流侧断路器检修修复率，μx为断路器通讯模块检修修复率，μJB为断路器继保模块修复率；(5)利用最小路搜索法对分区形成的网络进行搜索，具体步骤如下：a.定义各分区为一个节点，建立网络的邻接矩阵A1＝[a1 ij]；其中：当节点vi和vj之间有连接时，a1 ij＝1或a1 ij＝-1；当vj和vj之间无连接或j＝i时，a1 ij＝a1 ji＝0；b.建立网络的邻接终点矩阵R＝[rjk]；其中：当节点vj和终点vk之间有连接时，r1 jk＝1；当vj和vk之间无连接或j＝k时，r1 jk＝0；c.将矩阵A1与邻接终点矩阵R相乘，得到新矩阵A2＝[a2 ik]；$a_{\mathrm{ik}}^2=\left\{a_{\mathrm{ij}}^1{r}_{\mathrm{jk}}\right|j=\mathrm{1,2},···n\}$ 其中：当i，j，k三个节点各不相同时，a2 ik＝a1 ijrjk；当a1 ij＝0或rjk＝0或vk至少与vi和vj中的一个相同时，a2 ik＝0；d.改变终点vk，重复以上步骤，得到矩阵A3，A4，...An-1；e.将A1，A2，...An-1中对应位置(i，j)的非零元素组合起来，就得到从节点i到节点j之间的所有最小路；f.由于所选择的节点已经包含了主接线内所有需要评估的元件，没有单节点元件被遗漏，则该最小路集矩阵即为最终的路集矩阵，利用路集矩阵可以对任意的节点进行割集分析。