面向状态检修的继电保护系统可靠性评估

摘要

继电保护作为电力系统的第一道防线，其自身的可靠运行是电力系统安全稳定的重要保证。随着特高压的大规模建设及全国联网的进一步实现，电网的结构和运行模式发生重大变化，对继电保护可靠性的要求也越来越高。继电保护系统的状态检修可有效提高系统可靠性，同时，状态检修策略的制定需以继电保护系统当前的可靠性为指导，因此，研究面向状态检修的继电保护系统可靠性评估，基于各维度可靠性的评估结果制定保护系统检修策略，对于加强继电保护系统的可靠性及运行水平、保障电网安全运行具有重要意义，是电力系统所面临的共性课题。
　　本文分别从继电保护本身软硬件的可靠性、不同保护配置方案对系统可靠性的影响以及考虑继电保护处于实际工作环境的实时可靠性等3个维度对继电保护可靠性进行评估。
　　首先，以具有完整保护功能的继电保护系统为对象，以保护系统自身的硬件及软件可靠性为重点，建立了保护系统各功能模块的可靠性基础数据收集方案;基于继电保护失效特点，选取威布尔分布为继电保护寿命分布模型，并兼顾全面性、代表性和可测性，确定了继电保护可靠性评估指标体系;综合考虑继电保护装置本体，断路器、互感器等硬件系统及软件系统，建立了保护系统的动态故障树模型，并提出了动态故障树与故障矩阵的转换方式;并最终基于蒙特卡罗仿真实现了对继电保护系统可靠性的动态定量评估。
　　其次，以具有完整保护功能的继电保护系统为对象，以不同保护配置方式的继电保护系统为重点，分析了进行不同保护配置方式继电保护可靠性评估的意义;研究电力系统元件、电力线路、母线、变压器等不同电力设备的具体保护配置方案;基于马尔科夫状态空间法，建立了不同保护配置方案的继电保护可靠性模型;并对不同保护配置方案的可靠模型以运用到实际算例进行可靠性分析，比较了不同保护配置方案的可靠性指标及相关影响因素和薄弱环节。
　　第三，以具有完整保护功能的继电保护系统为对象，以温度、湿度等继电保护实际运行环境为侧重点，建立了影响继电保护可靠性的评价因素集;采用多级模糊理论评价模型，基于隶属度函数法和层次分析法对继电保护进行状态评估，评估结果能够反映继电保护当前运行环境对其可靠性的影响。
　　最后，基于以上三个维度可靠性的评估，开发了继电保护可靠性评估软件，并基于三个维度的评价结果综合制定继电保护系统的状态检修策略。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 继电保护可靠性评估研究现状

1．2．2 继电保护状态检修研究现状

1．3 本文的主要工作

2 继电保护系统的可靠性评估

2．1 继电保护系统可靠性的概述

2．1．1 继电保护的可靠性特点

2．1．2 继电保护的可靠性影响因素

2．1．3 继电保护系统的工作状态

2．2 继电保护可靠性基础数据的收集

2．2．1 数据来源

2．2．2 数据特点及类型

2．2．3 可靠性数据收集方案

2．3 继电保护失效分布模型选取及模型参数估计

2．3．1 浴盆曲线

2．3．2 指数分布模型

2．3．3 正态分布模型

2．3．4 威布尔分布模型

2．3．4 基于最小二乘法和平均秩次法的威布尔分布模型参数估计方法

2．3．5 威布尔分布模型参数估计实例

2．4 继电保护系统可靠性指标体系

2．4．1 主要可靠性指标

2．4．2 指标的相互关系

2．5 继电保护系统可靠性评估模型的建立

2．5．1 继电保护故障模式与影响分析

2．5．2 动态故障树模型的建立

2．6 动态故障树模型与故障矩阵的转化

2．7 基于Monte Carlo仿真的模型求解

2．7．1 Monte Carlo仿真

2．7．2 元件状态抽样

2．7．3 评估流程

2．8 实例分析

2．9 本章小结

3 不同保护配置方案的继电保护可靠性评估

3．1 不同保护配置方案继电保护可靠性模型建立的意义

3．2 电力系统继电保护配置方案

3．2．1 电力系统元件保护总体配置

3．2．2 线路继电保护配置

3．2．3 母线继电保护配置

3．2．4 变压器继电保护配置

3．3 基于Markov状态空间法保护系统可靠性模型

3．3．1 Markov状态空间法

3．3．2 两套主保护配置

3．3．3 一套主保护以及一套后备保护配置模型

3．3．4 两套主保护以及一套后备保护配置模型

3．3．5 两套主保护以及两套后备保护配置模型

3．3．6 两套主保护以及远、近后备保护配置模型

3．4 实例分析

3．5 本章小结

4 继电保护系统的状态评估

4．1 继电保护状态评估总体思路和步骤

4．2 继电保护状态评价因素体系建立

4．3 评语集的建立及隶属度函数的确定

4．4 基于模糊层次分析的权重分配

4．5 模糊综合评判

4．6 状态评分获取

4．7 基于状态评价的检修决策制定

4．8 实例分析

4．9 本章小结

5 继电保护评估系统开发

5．1 相关技术和基本原理介绍

5．2 系统设计

5．2．1 系统主要功能

5．2．2 系统结构设计

5．2．3 系统数据流图

5．2．4 数据库设计

5．3 系统实现

5．3．1 登录界面

5．3．2 首页

5．3．3 可靠性评估

5．3．4 检修记录

5．4 部署方法

5．4．1 服务器部署

5．4．2 客户端部署

5．5 系统访问方法

5．5．1 浏览器访问

5．5．2 客户端访问

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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