[发明专利]低压成套开关设备可用度预测方法

摘要

本发明公开了一种低压成套开关设备可用度预测方法，该方法包括如下步骤：步骤1低压成套开关设备可靠度逻辑图的建立；步骤2低压成套开关设备分层结构；步骤3低压成套开关设备顶层模型的建立；步骤4低压成套开关设备子系统模型的建立。本发明的有益效果是，该方法分析十分有效，十分可靠。

主权项

1.一种低压成套开关设备可用度预测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1 低压成套开关设备可靠度逻辑图的建立低压成套开关设备种类、型号较多，本文以给水电解制氢装置供电的MCC为例进行分析；该MCC为全组合式封闭结构，由柜体和抽屉单元组成，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统，该设备的技术指标如表1所示；该MCC由六个塑壳断路器(QF1—QF6)，两个万能转换开关(QC1—QC2)，两个钮子开关(SA1—SA2)，八个按钮开关(SB1—SB8)，六个熔断器(FU1—FU6)，六个交流接触器(KM1—KM6)，四个热继电器(FR1—FR4)和六个小型继电器(KS1—KS6)组成；记λij、μij(i＝1,2,…6，j＝1,2,…)为第i个系统第j个元件的故障率和维修率；根据实际电路，构建该MCC可靠度逻辑图，如图4所示；分析MCC的运行特点，设备在使用过程中如果遇到不能正常运行的情形，一般情况下需要维修或更换故障元件以消除故障，保证设备能够正常工作，因此属于可修复杂系统；设备的使用过程一般是从正常运行状态转移到故障状态，经过修理重新恢复到正常运行状态，如此循环到不可再修复；整个过程是一个从一种状态转移到另一种状态的随机过程，系统将来所处的状态只与现在的状态有关，与之前的状态无关，因此该随机过程具有马尔科夫性，并且元件的故障率和维修率均为常数，为避免状态空间难以建立，降低效率，采用分层马尔科夫模型对设备进行可靠性分析；步骤2 低压成套开关设备分层结构根据MCC功能进行分块，MCC可分为六个子系统组成，1#、2#吸附器回路、3#碱液循环回路、4#送水泵回路、5#电解间风机回路及6#配电间风机回路；为便于分析，将3#子系统中SB1与SB2串联构成的单元记为BB，单元BB与KS3组成的并联系统记为单元B；4#子系统中SB3与SB4串联构成的单元记为CC，单元CC与KS4组成的并联系统记为单元C；5#子系统中SA1与KS5组成的串联系统记为单元EE，单元EE与SB5组成的并联系统记为单元E；6#子系统中SA2与KS6组成的串联单元记为DD，单元DD与SB7组成的并联系统记为单元D；根据图3中MCC的功能和结构特点划分层次，如图5所示；该MCC共分为五层，最底层是基本的元器件；从图4中可以看出，对MCC进行分层之后，结构比较清晰，避免了建立复杂的状态空间，为应用马尔科夫模型分析系统可靠性创造有利条件；步骤3 低压成套开关设备顶层模型的建立分析MCC的顶层可知，它有6个不可用状态和1个可用状态，全态模型如图6所示；将MCC处于正常运行状态及不可用状态分别记为状态0～状态6，状态0～状态6各子系统的运行情况如表2所示；将MCC顶层处于正常运行状态的概率记为P0(t)，处于不可用状态的概率分别记为P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)、P5(t)、P6(t)，根据顶层全态模型，建立MCC顶层状态转移图如图7所示；图7中，λi0、μi0(i＝1,2,…6)分别为六个子系统的故障率和维修率；根据马尔科夫过程原理，顶层的状态转移密度矩阵为：当t→∞时，记Pi＝Pi(∞)，P＝[P0···P6]，求解方程组可得出系统处于各状态的稳态概率；则MCC的稳态可用度为：A(∞)＝P0    (3)步骤4 低压成套开关设备子系统模型的建立在配电间风机电力回路中，断路器、熔断器等元件中任何一个元件发生故障都会导致该回路无法正常工作，因此元件之间为可靠性串联关系；分析配电间风机电力回路，它有1个可用状态，即所有元件都正常工作，处于此状态的概率记为P60(t)；有6个不可用状态，分别为QF6故障、KM6故障、FU6故障、单元D故障、SB8故障及FR4故障，处于各状态的概率分别记为P61(t)、P62(t)、P63(t)、P64(t)、P65(t)、P66(t)，状态与状态之间的转移符合马尔科夫过程，其状态转移图如图8所示；在图8中，λ6D、μ6D分别表示6#子系统中单元D的故障率及维修率；根据图8，当Δt→0时，6#子系统的状态转移密度矩阵为：记P6i＝P6i(∞)，P6＝[P60…P66]，求解方程组得到6#子系统处于各状态的稳态概率，进而还可得到系统的稳态可用度；6#子系统的稳态可用度为：A6(∞)＝P60     (6)单元D处于第三层，是单元DD与SB7两个不同型部件组成的并联系统，该单元共有五个状态，如表3所示；状态6D0、6D1、6D2是单元D的可用状态，状态6D3和状态6D4是其故障状态；记PD0(t)、PD1(t)、PD2(t)、PD3(t)及PD4(t)为单元D处于各个状态的概率，状态与状态之间的转移符合马尔科夫过程；状态6D0～状态6D4之间的状态转移图如图9所示，λDD及μDD分别表示单元DD的故障率及维修率；单元D的转移密度矩阵为：记PD0、PD1、PD2、PD3及PD4为单元D处于各状态的稳态概率，则求解下列方程组,得到单元D处于各状态的稳态概率；单元DD处于第四层，是SA2与KS6两个不同型部件组成的串联单元；单元DD总共有三个状态(状态6DD0～6DD2)，状态6DD0表示两个元件SA2与KS6都能够正常工作，状态6DD1表示元件SA2能够正常工作而KS6发生故障，状态6DD2表示元件KS6能够正常工作而SA2发生故障；状态6DD0是单元DD的可用状态，状态6DD1及状态6DD2是单元DD的故障状态，处于各状态的概率记为PDD0(t)、PDD1(t)、PDD2(t)、PDD3(t)及PDD4(t)，状态与状态之间的转移符合马尔科夫过程，应用马尔科夫过程分析其可靠性；单元DD的状态转移密度矩阵为：记P6DD0、P6DD1及P6DD2表示t→∞时单元DD处于各状态的稳态概率，则求解下列方程组，得到单元DD的P6DD0、P6DD1及P6DD2值；同理，对1#～5#子系统应用分层马尔科夫模型分析，则可以得到子系统、单元及元件处于各状态的稳态概率。