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继电保护系统可靠性的定量计算

  • 简介:(毕业论文 页数:65 字数:311530摘要:随着电力系统的发展、“西电东送”建设的加快,超高压、远距离、大容量输电及全国性联网的局势已成必然。继电保护装置在电力系统中发挥着重要作用,其正常工作与否将对电力系统的运行造成重大影响。...
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(毕业论文 页数:65 字数:311530摘要:随着电力系统的发展、“西电东送”建设的加快,超高压、远距离、大容量输电及全国性联网的局势已成必然。继电保护装置在电力系统中发挥着重要作用,其正常工作与否将对电力系统的运行造成重大影响。因此如何提高继电保护装置的可靠性也就成为人们日益关注的重要课题。
本文针对继电保护装置可靠性(即其误动和拒动的概率)的研究,建立评价继电保护装置可靠性的模型;计算继电保护装置的状态概率和可靠性指标,主要工作有:
1.掌握各种可靠性计算的理论方法,选定可靠性计算的指标及可靠性预计与建模的数学分析方法。
2.了解当前一些软件可靠性模型的局限性后,提出“基于分代修正的电力系统微机继电保护软件可靠性模型”,深入阐述其合理性,提出评价软件可靠性的几个指标,详细介绍了该模型的预测阶段及应用阶段的可靠性定量计算方法、软件在各个生命周期的失效率的计算方法、软件换代概念及换代时间的推算逻辑,并以一例子推算及证明此模型的可测性与可算性。
3.纵观影响继电保护系统可靠性的各大因素,提出了两个评估继电保护系统可靠性的指标,对影响继电保护系统可靠性的因素进行分类并分别建立软件数学模型、硬件数学模型及人员可靠性模型,得到数字保护系统的状态空间图,应用马尔柯夫过程求解系统在无备用及有备用情况下的综合失效率及可用度。最后采用一实际保护系统参数为例进行计算及结果验证。
4. 从提高继电保护软硬件可靠性的角度出发,全面阐述了各种措施及注意事项。软件方面,提出基于数据挖掘的继电保护软件可靠性工程,阐述这种面向可靠性的继电保护软件工程的具体流程,应用数据挖掘作为辅助程序开发的工具,详细说明如何在软件的市场调研阶段、程序设计阶段及软件测试维护阶段构建软件可靠性开发的库存系统及数据表格,切实做到通过提高软件质量保证其可靠性。硬件方面,主要论述提高电子元器件及继电保护辅助装置可靠性的措施。并介绍了继电保护软硬件抗干扰的方法。最后,强调加强可靠性管理的重要性及主要管理方针。
关键词:继电保护,可靠性,定量计算
Abstract
Along with the development of the power system, transmitting electricity by exceed-high voltage, long distance, great capacitance and nationally electricity network will come true. The protector is quite important in power system, whether it can work normally or not will bring some grave infections. Therefore, we pay attention increasingly to how to improve the reliability of the protector.
The thesis establishes a model of evaluating the reliability of proctor according to the research on the protector’s fault, and calculates the proctor’s state probability and reliability target. The main jobs are as follows:
Firstly, Study every theory of reliability evaluation, then select the reliability target and the mathematic analytic method for the reliability model.
Secondly, point out the localization of some existent software reliability model and bring forward a software reliability prediction and evaluation model of power relay protection. At the same time, it expatiates the model’s rationality, bring forward several target of software reliability evaluation, introduce the calculation method of the software invalidation rate in its each life cycle ,and put forward the software rebirth conception, expound the calculate logic of the software rebirth time .A simple example proved that it is measurable and can be work-out.
Thirdly, The paper defines two reliability evaluative index after viewing every factors which affect the reliability of the proctor. Classify the factors that affect the protection system’s reliability and then establish the software, hardware and human factor mathematics models respectively. Apply Markov process to slove the protection availability and fault rate when with standby and without standby based on the state space. An application in a practical protective production was given to demo the techniques. The result was in reason.
Fourty, it entirely expatiates every measurement and notice to improve the reliability of relay’s software and hardware. At the side of software, this paper bring foreward a reliability project based on data mining, expound the flow of the project facing reliability. And it defines how to build the storage system and data form at the moment of market researching, the moment of programming and the moment of testing and maintenance of the software, so that we can improve the software’s quality and then ensure its reliability. At the side of hardware, it discusses the measurement of improving the reliability of electronic organ and proctor assistant equipment. Finally, it emphasizes the essentiality of reliability management and introduces some administrant guideline.
Key words:Power System Protection; Reliability;Quantitative evaluation

 

目 录
摘要 I
Abstract III
第一章 绪论 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2本文的主要研究内容 2
1.2.1定量计算继电保护系统可靠性 2
1.2.2切实提高继电保护系统的可靠性 3
1.3国内外研究现状 3
1.3.1继电保护系统可靠性的研究现状 3
1.3.2数据挖掘用于继电保护软件可靠性的研究现状 4
第二章 可靠性工程 5
2.1 可靠性概念及指标 5
2.2 可靠性模型 7
2.2.1 电子元器件 7
2.2.2 软件模型 8
2.2.3 人员可靠性 10
2.3系统可靠性分析方法 11
2.3.1故障树分析 12
2.3.2状态空间(马尔柯夫)分析 14
第三章 基于分代修正的电力系统保护软件可靠性定量计算 17
3.1前言 17
3.2软件可靠性及相关概念 17
3.3软件可靠性模型 18
3.3.1预测模型 18
3.3.2评估模型 19
3.4分代修正的继电保护软件可靠性模型 20
3.4.1第1代软件失效率 21
3.4.2推算代的生存时间 21
3.4.3第 代软件可靠性的评估 22
3.5算例分析 23
3.6结论 25
第四章 综合定量计算继电保护系统可靠性 26
4.1引言 26
4.2继电保护系统可靠性指标 26
4.2.1 失效率 26
4.2.2保护装置可用度 27
4.3影响继电保护系统的因素 27
4.3.1继电保护软件因素 27
4.3.2继电保护系统硬件装置因素 27
4.3.3人为因素 28
4.4软/硬件及人为因素建模 28
4.4.1软件模型 28
4.4.2故障树求解硬件综合失效率 29
4.4.3人员可靠性分析(HRA)模型 31
4.5马尔柯夫综合求解继电保护系统可靠性指标 31
4.5.1单套继电保护系统的综合可靠性 31
4.5.2具有备用时继电保护系统的综合可靠性 33
4.6算例分析 34
4.6.1单套继电保护系统的可靠性计算 35
4.6.2有备用时的继电保护系统可靠性计算 36
4.7结论 36
第五章 切实提高继电保护可靠性的理论措施 37
5.1基于数据挖掘的继电保护软件可靠性工程 37
5.1.1面向可靠性的保护软件工程 37
5.1.2数据挖掘及其在继电保护软件中的应用 39
5.1.3防止软件错误 46
5.2提高继电保护硬件可靠性措施 48
5.2.1提高电子元器件的可靠性 48
5.2.2提高辅助装置的可靠性 49
5.3抗干扰 50
5.4加强可靠性管理 51
5.5结论 51
总结 53
参考文献 55
攻读硕士学位期间所发表的论文 58
独创性声明 59
致谢 60

 

第一章 绪论
1.1 研究的目的与意义
电力系统是国民经济的基础工业,电力系统运行生产的安全性和可靠性对国民经济发展起到重要的作用,一旦在电力系统运行中出现恶性事故,将会造成国民经济的重大损失,并对国家政治和人民生活产生严重的影响。更甚之,电网是反恐的薄弱环节。历史上每一次大停电都导致巨大的经济损失及严重的社会影响。如2003年8月1 4日,美国的纽约、底特律和克利夫兰以及加拿大的多伦多、渥太华等城市发生的大停电事故引发几十场严重火灾、造成重大经济损失 [1];2005年5月25日,俄罗斯首都莫斯科大部分地区突然停电,2万人被困于地铁隧道内,150万~200万人口受到影响。
随着电力系统规模的扩大,结构越来越复杂,电网二次系统的可靠性问题受到越来越多的关注,如何使电力系统在可接受的质量标准下不间断地向电力用户供应优质电能是广大科研工作者力求解决的问题。传统的电力系统管理认为决定电力系统可靠性的关键是电力系统一次设备。无论是在20世纪七八十年代可靠性管理的 “重发轻供不管用”的时期,还是到了2004年底制定了涉及到1268台机组以及所有城市和17个省(区、市)的902个县供电企业的用户供电可靠性指标的从点到面的年代,可靠性管理都只是立足于制定发电机组、火电主要辅助设备、输变电设施、用户供电、直流输电系统的可靠性指标体系。目前,国内外关于各类机组、变压器、电网等电力系统一次设备的可靠性研究已逐步走向成熟,各种可靠性模型层出不穷,如用解析法建模、蒙特卡罗模拟法建模及将两者结合的混合法建模;另外,各国对一次系统可靠性已经迈开了从评价到建立标准的步伐。
然而,电力系统二次系统如继电保护、自动装置、就地监控和远动是保护一次设备的哨兵,它们能自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除[2],直接关系到电力系统的安全运行与可靠性。通过对各种事故的分析和总结,继电保护工作人员的误操作及安全自动装置的误动或拒动几乎成为每一次大停电的起因或催化剂。例如,美加“8.14”大停电事故的起因是一线路过负荷长时间过热并下垂,从而接触线下树林,但当时警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员,此后发生一系列连锁反应导致大停电;经调查,莫斯科5月大停电事故的主要原因是电站人员工作协调不当和缺乏明确的操作规程。但是,过去人们一直把可靠性分析的重心放在一次系统上,这造成了二次系统可靠性理论研究的空白。近几十年来一些国家大停电的教训使得建立二次系统可靠性标准的呼声越来越高,时代背景赋予了电力系统二次设备可靠性研究的理论意义。
目前,我国的电网正在不断扩张,网络的复杂性给可靠性带来了更多的风险;随着我国社会主义市场经济的不断发展,电力市场在我国逐步形成,电力改革将打破电力市场垄断,引入竞争机制,一方面,改革会降低电价,改善服务,提高经济效益[3],但另一方面,从当今国外一些大停电的教训可知,市场经济下,部分电网运营商可能为了追求更多的经济利益而牺牲系统的安全性和可靠性。此外,追求故障切除的速动性以保证系统的稳定性,也将威胁到保护动作的可靠性[4] 。
因而,安全性与可靠性在我国电网中具有越来越重要的地位,必须加强电网对事故的承受能力及提高继电保护和安全自动装置动作的可靠性来提高电网的可靠性。
在电力系统二次系统可靠性的研究中,继电保护的可靠性显得尤其重要,它不仅与电力系统的运行可靠性密切相关,其不正确动作更会使电力系统的故障扩大,甚至可能发生不良连锁反应而造成电力系统崩溃,导致大面积停电,造成重大经济损失。本课题就是基于上述现实的迫切性要求而提出的,旨在研究及提高电力二次系统中继电保护的可靠性。
1.2本文的主要研究内容
1.2.1定量计算继电保护系统可靠性
第二章、第三章及第四章主要围绕着定量计算继电保护系统可靠性而展开。其中,第二章主要介绍本文应用到的可靠性概念、可靠性指标及可靠性预计与建模的数学分析方法。第三章主要介绍当前一些软件可靠性模型的局限性,并提出“基于分代修正的电力系统微机继电保护软件可靠性模型”,深入阐述了其合理性,提出评价软件可靠性的几个指标,详细介绍该模型的预测阶段及应用阶段的可靠性定量计算方法、软件在各个生命周期的失效率的计算方法、软件换代概念及换代时间的推算逻辑,并以一例子推算及证明此模型的可测性与可算性。第四章提出两个评估继电保护系统可靠性的指标,对影响继电保护系统可靠性的因素进行分类并分别建立软件数学模型、硬件数学模型及人员可靠性模型,得到数字保护系统的状态空间图,应用马尔柯夫过程求解系统在无备用及有备用情况下的综合失效率及可用度。最后采用一实际保护系统参数为例进行计算及结果验证。

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