摘要：針對數(shù)字式繼電保護系統(tǒng)，提出了一種基于故障維修和保護功能的單主保護和雙主保護系統(tǒng)的隱式馬爾可夫可靠性模型，該模型基于狀態(tài)檢修(CBM)環(huán)境和可靠性指標計算了保護系統(tǒng)隱藏故障狀態(tài)的概率。分析了不同參數(shù)(含人為誤差的影響)對隱藏故障狀態(tài)概率的影響，采用可變參數(shù)法提高了可靠性的最優(yōu)措施。與單主保護相比，雙主保護系統(tǒng)具有更高的隱藏故障概率，從而降低了實際的良好狀態(tài)概率，同時提高了兩個主保護的可靠性，實現(xiàn)了整個繼電保護系統(tǒng)的簡化配置。通過對數(shù)字保護系統(tǒng)中的在線自校驗和監(jiān)控系統(tǒng)的進行改進，CBM的實際應(yīng)用可以降低隱藏故障狀態(tài)概率，這對保護系統(tǒng)的可靠性設(shè)計具有一定的參考價值。

　　關(guān)鍵詞：繼電保護;隱藏故障;馬爾可夫;狀態(tài)檢修;人為誤差

　　電力論文范文：《廣西電力》Guangxi Electric Power(雙月刊)曾用刊名：廣西電力技術(shù)，1978年創(chuàng)刊，是國內(nèi)外發(fā)行的技術(shù)類刊物。堅持為社會主義服務(wù)的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導(dǎo)，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針，堅持實事求是、理論與實際相結(jié)合的嚴謹學(xué)風(fēng)，傳播先進的科學(xué)文化知識，弘揚民族優(yōu)秀科學(xué)文化，促進國際科學(xué)文化交流，探索防災(zāi)科技教育、教學(xué)及管理諸方面的規(guī)律，活躍教學(xué)與科研的學(xué)術(shù)風(fēng)氣，為教學(xué)與科研服務(wù)。

　　繼電保護是對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進行檢測，從而發(fā)出報警信號或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。文獻[1]首次提出研究繼電保護中的隱藏故障問題，后來許多學(xué)家對繼電保護隱藏故障及其對保護系統(tǒng)和電力系統(tǒng)可靠性進行了研究，并取得了許多顯著的成果[2-5]。目前，CBM(狀態(tài)檢修)技術(shù)已在中國的電力系統(tǒng)和保護系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并將隱藏故障定義為保護裝置的功能缺陷;在新的CBM環(huán)境下[6]，隱藏故障定義為一個隱藏的保護缺陷，不能通過CBM等在線自檢和監(jiān)控系統(tǒng)進行檢測，在一定條件下可能導(dǎo)致保護系統(tǒng)誤操作或非法操作，例如保護裝置的設(shè)置不隨保護設(shè)備的運行方式而改變[7]。

　　CBM的應(yīng)用是基于保護裝置的狀態(tài)而不是運行時間，因此，它可以減少檢測時間和檢測成本。CBM是針對保護系統(tǒng)的隱藏故障狀態(tài)檢測，其實施水平直接決定了保護系統(tǒng)的良好狀態(tài)。采用馬爾科夫方法對保護系統(tǒng)進行可靠性研究時，假定保護的故障率和修復(fù)率保持恒定不變，并且CBM采用在線自檢和監(jiān)測方法替代常規(guī)檢測。針對數(shù)字繼電保護系統(tǒng)，分別針對單主保護和雙主保護系統(tǒng)提出了一種新的隱藏故障馬爾可夫可靠性模型，并計算保護系統(tǒng)隱藏故障狀態(tài)的概率。分析不同參數(shù)(包含人為誤差的影響)對隱藏故障狀態(tài)概率的影響，通過變量參數(shù)法提高可靠性的最優(yōu)措施。這對保護系統(tǒng)的可靠性研究和CBM在保護系統(tǒng)中的應(yīng)用提供一定的參考價值。

　　1單主保護系統(tǒng)隱藏故障可靠性模型

　　受保護的部件有兩種狀態(tài)：正常狀態(tài)UP和故障狀態(tài)DN;保護有四種狀態(tài)：正常狀態(tài)UP和故障狀態(tài)DN、隱藏非操作狀態(tài)DUN和隱藏誤操作狀態(tài)DUM。假定CBM不能檢查保護系統(tǒng)的所有故障，因此保護系統(tǒng)可能處于隱藏故障狀態(tài)，由于隱藏故障狀態(tài)不是故障狀態(tài)，則它沒有故障后果且不屬于誤操作狀態(tài)或非操作狀態(tài);它僅表明保護系統(tǒng)處于隱藏的不健康狀態(tài)，并且在某些情況下可能會發(fā)生故障。例如，當故障發(fā)生在保護區(qū)外時，隱藏故障狀態(tài)下的保護系統(tǒng)可能會發(fā)生誤操作，當故障發(fā)生在保護區(qū)內(nèi)時，可能會錯誤地拒絕操作。在研究保護系統(tǒng)的可靠性時，必須考慮系統(tǒng)的每個狀態(tài)的概率和狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換率。

　　馬爾可夫過程是分析狀態(tài)切換最為有用的工具[8]。狀態(tài)1表示部件被保護和保護設(shè)備的正常狀態(tài);狀態(tài)2表示當部件失效時，其保護正常運行;在部件修復(fù)后進入狀態(tài)1;狀態(tài)3表示部件良好，保護器有自校驗錯誤;狀態(tài)4表示部件良好，保護器有非自校驗誤操作故障;狀態(tài)5表示部件良好，保護器具有非自校驗非操作故障;狀態(tài)6表示在外部故障或自身故障情況下觸發(fā)隱藏錯誤操作，并發(fā)生非自校驗錯誤操作;狀態(tài)7表示當部件發(fā)生故障時，發(fā)生非自校驗的非保護動作;如果部件先修復(fù)，則進入狀態(tài)3;如果保護先修復(fù)，則進入狀態(tài)2;狀態(tài)8表示部件故障，保護的誤操作被認為是正確的操作，在部件修復(fù)后，則進入狀態(tài)4。隱藏的錯誤操作狀態(tài)(狀態(tài)4)可以轉(zhuǎn)換為隱藏的非操作狀態(tài)(狀態(tài)5)，反之亦然。

　　姿C表示被保護部件的故障率，滋C表示被保護部件的修復(fù)率，姿P是表示故障率(包括硬件故障率和軟件故障率)，C1表示自校驗成功率，C3表示誤操作的保護率。C5=C3姿(P1-C1)表示非自校驗的誤操作率，C6=(1-C3)姿(P1-C1)表示非自校驗非操作保護率。滋1表示保護器的修復(fù)率，姿ext表示被保護部件的外部故障率。P(n)伊B=0(1)8i移=1Pi=1(2)通過等式(1)和(2)可以得到穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣B和每個狀態(tài)概率P(n)=[P1，P2，…，P8]，定義保護器隱藏故障狀態(tài)概率：Phidden=P4+P5(3)定義隱藏誤操作保護器的故障狀態(tài)概率：Phw=P4(4)定義隱藏的非操作保護器的故障狀態(tài)概率：Phj=P5(5)2雙主保護系統(tǒng)隱藏故障可靠性模型模型。

　　2給出了雙主保護系統(tǒng)的可靠性模型。

　　該模型與模型1相似，但雙主保護更復(fù)雜，保護器P1和P2的位置相同。定義姿P為保護P1的故障率，主保護器P1的參數(shù)與模型1的相同。對于保護器P2，姿P2為保護失效率，C3為自檢成功率，C4為誤保護率，P7=P4姿P(21-C2)為非自校驗保護誤動率，P8=C4姿P(21-C2)為非自校驗非運行保護率，滋2為保護器的修復(fù)率，滋是兩種保護的同時修復(fù)率。定義：C9=C1姿P，C10=C2姿P2。定義類似于模型1的可靠性指標：Phidden=16i移=5Pi(6)Phw=P14+10i移=5Pi(7)Phj=P13+P15+P16(8)

　　3考慮人為誤差的單個主保護系統(tǒng)隱藏故

　　障可靠性模型人為誤差可以定義為任何不正當行為而導(dǎo)致的影響系統(tǒng)正確動作的事件。從系統(tǒng)角度來看，使用可靠的硬件和軟件，人為誤差仍然對系統(tǒng)安全構(gòu)成極大威脅[9-10]。

　　人為誤差可分為六類[11-13]：設(shè)計誤差、操作者誤差、制造誤差、維修誤差、檢測誤差和操作誤差。有許多可用于進行人為誤差可靠性評估的技術(shù)，例如THERP(人為誤差率預(yù)測技術(shù))[14]，HEART(人為誤差評估和縮減技術(shù))[15]等。保護系統(tǒng)的兩種故障模式分別是誤操作和非操作，人為誤差對保護系統(tǒng)的影響有兩種：誤操作和非操作。在下面的分析中，假定在某些操作和修理之后出現(xiàn)人為誤差。考慮了人為誤差的單主保護系統(tǒng)的隱藏故障可靠性模型。

　　該模型以模型1為基礎(chǔ)，考慮兩類人為誤差：(1)由于操作人員操作不當造成的保護系統(tǒng)誤操作，例如調(diào)度人員或值班人員不按正確程序操作;(2)維修后保護系統(tǒng)沒有完全回復(fù)。例如修理后保護設(shè)置不變，這可能導(dǎo)致保護系統(tǒng)的隱藏誤操作或非操作。當保護器P由于人為誤差而跳閘時，狀態(tài)1進入狀態(tài)6;當保護器P由于人為誤差而未完全修復(fù)時，狀態(tài)3進入狀態(tài)4(隱藏的誤操作狀態(tài))或狀態(tài)5(隱藏的非操作狀態(tài))。至于保護器P，Kh1為平均人為誤差率;v1是由于人為誤差造成的惡意操作百分比;因此，可以實現(xiàn)與模型1相同的可靠性指標。

　　4結(jié)論

　　針對數(shù)字保護系統(tǒng)必須采取措施，不僅要減少誤操作概率和非操作概率，而且要降低隱藏故障狀態(tài)概率。與單主保護相比，雙主保護系統(tǒng)增加了隱藏故障狀態(tài)概率，從而降低了實際狀態(tài)概率，同時也提高了兩個主保護的可靠性。人為誤差率會增加保護系統(tǒng)隱藏故障的狀態(tài)概率，在正常運行和維護過程中必須降低人為誤差。通過對數(shù)字保護系統(tǒng)中的在線自檢和監(jiān)控系統(tǒng)的改進，CBM的應(yīng)用可以降低隱藏故障的發(fā)生概率，只有通過這種方式，才能保證保護系統(tǒng)運行良好。

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