[发明专利]基于失效物理的智能变电站二次系统可靠性评估方法

摘要

本发明提供一种基于失效物理的智能变电站二次系统可靠性评估方法，对继电器、光耦、光纤和CPU芯片进行失效模式、潜在失效机理分析；考虑时间‑应力与器件固有参数之间的关系，建立各种失效机理的失效物理模型，获得器件在各种失效模式下的失效寿命函数；建立各种失效机理下失效时间的分布模型，构造描述失效时间的概率密度函数；根据器件失效机理的概率密度函数和累计失效分布函数，计算器件该失效机理的即时失效率；根据各器件失效率函数，构建智能变电站二次系统可靠性模型，评估智能变电站二次系统可靠性；评估结果将为智能变电站二次设备的检修工作提供参考，有利于智能变电站的安全稳定运行。

主权项

一种基于失效物理的智能变电站二次系统可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对智能变电站关键二次器件进行失效模式和机理分析；对智能变电站二次系统常见的失效现象进行鉴别分类，对继电器、光耦、光纤和CPU芯片进行失效模式、潜在失效机理分析；步骤2，考虑时间‑应力与器件固有参数之间的关系，建立失效机理的失效物理模型，获得器件在各种失效模式下的失效寿命函数TF＝f(T,RH,V,A0)；根据失效物理模型中的参数建立器件各种失效机理的失效寿命模型与器件固有参数之间的联系；所述的失效物理模型中的参数来自于器件的特征参数与环境参数；步骤3，建立失效机理i下失效时间的分布模型Fi(t)，构造描述失效时间的概率密度函数fi(t)；通过蒙特卡洛方法对失效过程进行仿真，将温度T、湿度RH、电压V，器件参数A0设为呈正态分布的随机变量，并为其设置一个合理的方差，进行仿真；将每个样本的随机参数代入失效寿命公式，计算出其寿命TFi，并进行统计，得到失效分布的统计图；将统计数据分别绘制在威布尔坐标系、对数正态坐标系中，比较得到的统计分布符合的分布类型；若概率密度函数符合对数正态分布，则根据寿命公式推算对数正态分布的期望与方差；若概率密度函数符合威布尔分布，则根据寿命公式推算威布尔分布的形状因子及尺度因子；符合对数正态分布的失效机理累计失效函数可表示为：Fi(t)=∫-∞lnt-μσ12πex22dx]]>其中，μ为对数正态分布的期望，σ为对数正态分布的标准差；符合威布尔分布的失效机理累计失效函数可表示为：Fi(t)=1-exp[-(tα)β]]]>其中，α表示特征失效时间，β为形状参数，称为威布尔斜率；步骤4，计算各器件失效率；根据器件失效机理i的概率密度函数fi(t)和累计失效分布函数Fi(t)，器件在失效机理i下的即时失效率为：λi(t)=fi(t)1-Fi(t)]]>总体失效分布是各种失效机理共同作用的结果，且各失效机理相互无关，任何一种失效的出现，都代表器件总体的失效；在多种失效机理相互无关的情况下，器件总的失效率函数等于各失效机理的失效率函数之和；单个器件在n个失效机理下的失效率函数为：λ(t)=Σi=1nλi(t),(i=1,2,...n)]]>步骤5，根据各器件失效率函数，评估智能变电站二次系统可靠性；智能变电站二次系统包括合并单元、继电保护装置、智能操作箱、后台服务器，其中继电器、光耦、光纤、CPU芯片在逻辑关系上构成串联系统实现继电保护功能；串联系统中组成系统的所有单元中任一单元失效都会导致整个系统失效，且各单元的失效率函数相互独立，智能变电站二次系统可靠性数学模型为：RS(t)=Πj=1m(1-λj(t)),(j=1,2,...m)]]>其中RS(t)为系统可靠度，λj(t)为第j个单元在多失效机理下的失效率函数，m为单元个数。