一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法

摘要

本发明提供了一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法，能够定量确定继电保护装置核心元器件国产化后对单套继电保护装置可靠性的影响，为继电保护装置国产化提供参考。首先，根据实际继电保护装置缺陷数据，确定继电保护装置典型核心元器件及其失效模式；其次，考虑继电保护装置的典型核心元器件及其失效模式，构建适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型；基于Markov模型建立状态转移矩阵并建立可靠性指标；最后，考虑国产化核心元器件与进口元器件的失效率差异，确定核心元器件国产化后单套继电保护装置的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法。

背景技术

继电保护装置是电力系统的第一道防线，其可靠性至关重要。继电保护装置的核心元器件包括CPU插件、电源插件、开入插件、开出插件、A/D插件、AC插件、MMI插件等模块，任一元件失效均会导致继电保护装置失效。另一方面，继电保护装置作为电网核心设备，其自主可控同样重要。然而，目前继电保护装置的核心元器件几乎全部依赖欧美进口，存在巨大的安全隐患。一旦发生类似美国禁运中兴通讯芯片事件，将严重威胁电网安全。

目前我国已有部分适用于继电保护装置的国产芯片，但是其硬件质量与进口芯片存在一定差距，能否满足继电保护专业可靠性需求缺乏相关研究。因此，有必要研究一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法，从而为继电保护装置国产化提供参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法。该方法能够定量确定继电保护装置核心元器件国产化后对单套继电保护装置可靠性的影响，为继电保护装置国产化提供参考。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法，所述方法包括：

步骤1、根据实际继电保护装置缺陷数据，确定继电保护装置典型核心元器件及其失效模式。

步骤2、考虑继电保护装置的典型核心元器件及其失效模式，构建适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型。

步骤3、基于Markov模型建立状态转移矩阵并建立可靠性指标。

步骤4、考虑国产化核心元器件与进口元器件的失效率差异，确定核心元器件国产化后单套继电保护装置的可靠性。

由上述本发明提供的技术方案可看出，上述方法给出了一种适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法，可定量评估核心元器件国产化的单套继电保护装置可靠性，为继电保护装置国产化提供参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估流程示意图；

图2为本发明实施例所述的适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估流程示意图，所述方法包括：

步骤1、根据实际继电保护装置缺陷数据，确定继电保护装置典型核心元器件及其失效模式。

在该步骤1中，确定继电保护装置典型核心元器件及其失效模式具体过程为：

根据继电保护装置缺陷数据，分别计算CPU插件、电源插件、开入插件、开出插件、A/D插件、AC插件、MMI插件等继电保护装置核心元器件的失效率：

式中，λ

选择失效率最高的两种插件作为典型核心元器件具体分析，其余插件均归为“其他”类统一分析。

在核心元器件的失效模式方面，根据继电保护装置缺陷数据，核心元器件的失效模式分为硬件失效、软件失效以及人因失效。其中，硬件失效进一步划分为致命性失效和非致命性失效。具体的，致命性失效是指元器件老化或损坏，需要更换器件的失效模式；非致命性失效是指可通过插件重新拔插、紧固、清除异物、重启等手段使保护装置恢复正常，不需更换元器件的失效模式。

步骤2、考虑继电保护装置的典型核心元器件及其失效模式，构建适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型。

在该步骤2中，考虑步骤1所确定的继电保护装置典型核心元器件，并考虑核心元器件的硬件失效、软件失效以及人因失效，进一步区分硬件致命性失效与非致命性失效，同时考虑继电保护装置定期检修、自检等因素，构建适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型如图2所示，图2中各符号含义如表1所示。

表1继电保护装置Markov模型各符号释义

注：i＝1,2,3分别表示典型核心元器件1、典型核心元器件2以及其他核心元器件的状态转移率。

步骤3、基于Markov模型建立状态转移矩阵并建立可靠性指标。

在该步骤3中，基于步骤2所建立的单装置继电保护Markov模型，建立状态转移矩阵：

式中a

继电保护装置处于各个状态的概率P为：

PA＝0,P＝[P

在该适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型中，继电保护装置正常工作的状态为状态1，其余14个状态均为继电保护装置不可用状态，因此，继电保护装置可靠性指标——不可用度为：

U＝1-P

步骤4、考虑国产化核心元器件与进口元器件的失效率差异，确定核心元器件国产化后继电保护装置的可靠性。

在该步骤4中，考虑国产化核心元器件与进口元器件的失效率差异，分别取国产化核心元器件的失效率是进口元器件失效率的不同倍数，代入步骤3中公式(3)～(5)确定国产化后单装置继电保护的不可用度。

下面再以具体的实例对上述适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法进行说明：

该实施例利用全国2018年继电保护装置缺陷数据确定典型核心元器件。

根据全国2018年继电保护装置缺陷数据，全国共182172台在运继电保护装置，共发生1740次继电保护装置本体缺陷，按照缺陷部位分布情况以及相应的失效率如表2所示。

表2保护装置本体缺陷按缺陷部位分布情况

其中，“未明确分类”是指缺陷次数较少的部位以及未能定位插件的情况，不予考虑。因此，失效率最高的核心元器件为CPU插件和电源插件，选择CPU插件和电源插件作为典型核心元器件具体分析，其余插件均归为“其他”类统一分析。

根据全国2018年继电保护装置缺陷数据，计算得适用于核心元器件国产化的单装置继电保护Markov模型各参数取值如表3所示。

表3单装置继电保护Markov模型参数

在此基础上，分别取国产化核心元器件的失效率为进口元器件失效率的1倍、1.5倍以及2倍，并将表3中各参数代入步骤3所述公式(3)～(5)，确定单个插件国产化后以及全部插件国产化后单装置继电保护的不可用度如表4所示。表4表明，当继电保护装置单个插件替换为国产插件并且国产插件硬件失效率不超过进口的2倍时，单装置继电保护的不可用度不超过原来的1.01倍；当全部插件替换为国产插件且国产插件硬件失效率不超过进口的2倍时，单装置继电保护的不可用度不超过原来的1.02倍。

表4国产化单装置继电保护的不可用度

综上所述，本发明提供的适用于核心元器件国产化的单装置继电保护可靠性评估方法是合理的，具有一定的工程实际应用价值。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

显然，所述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。