一种智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法与流程

本发明涉及智能变电站
技术领域：
，特别是一种智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法。
背景技术：
：基于iec61850标准的智能变电站作为智能电网建设的重要组成部分，采用标准化的传感器数据经高速通信网实现信息的全站共享，其可靠运行是电网正常工作的重要保障，越来越受到人们的重视。智能变电站的保护系统寿命为一个平均无故障工作时间mtbf，在一个经过mtbf之后必须对智能变电站保护系统内的所有设备进行更换，通过计算整个mtbf时间内智能变电站保护系统的年平均成本，作为智能变电站保护系统可靠性的评价指标。因此，提出一种智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法就显得尤为重要。技术实现要素：有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法，通过计算整个mtbf时间内智能变电站保护系统的年平均成本，作为智能变电站保护系统可靠性的评价指标。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法，它包括有：s1：计算智能变电站保护设备的寿命密度函数；s2：建立平均无故障时间mtbf与设备的寿命密度函数之间的关系；s3：根据步骤s2中建立的关系计算智能变电站保护设备的检修成本。进一步，所述步骤s1中的寿命密度函数如下：进一步，所述步骤s2中平均无故障时间mtbf与设备的寿命密度函数之间的关系如下：进一步，步骤s3中的检修成本包括有系统在mtbf内的总成本；假设每个计划检修周期t与计划检修周期内各设备的计划检修成本cpm为固定值，则有如下关系：其中，k为系统内设备的种类，n为计划检修周期数，λi(t)为第i类设备的等效故障率函数，为第i类设备的故障维修成本，为第i类设备的更换成本。进一步，步骤s3中的检修成本还包括有年平均成本：其中floor[]为向下取整函数，即nt≤mtbf；则系统在整个mtbf内的年平均成本为：进一步，所述智能变电站保护设备包括有直采直跳模式；其中，直采直跳模式下的变电站设备连接关系如下：线路合并单元mu1通过第一光纤fb1与本间隔线路合并单元mu2连接；本间隔线路合并单元mu2通过第二光纤fb2与线路保护装置pl连接；线路保护装置pl通过第三光纤fb3与线路智能终端it连接；所述线路保护装置pl通过第四光纤fb4还与第一交换机sw1连接；第一交换机sw1还通过第五光纤fb5与第二交换机sw2连接；第二交换机sw2还通过第六光纤fb6与母线保护装置pm连接。进一步，所述智能变电站保护设备包括有直采网跳模式；其中，直采网跳模式下的变电站设备连接关系如下：线路合并单元mu1通过第一光纤fb1与本间隔线路合并单元mu2连接；本间隔线路合并单元mu2通过第二光纤fb2与线路保护装置pl连接；线路保护装置pl通过第三光纤fb3与第一交换机sw1连接；第一交换机sw1分别通过第四光纤fb4与线路智能终端it连接，以及通过第五光纤fb5与第二交换机sw2连接；第二交换机sw2还通过第六光纤fb6与母线保护装置pm连接。进一步，所述智能变电站保护设备包括有网采网跳模式；其中，网采网跳模式下的变电站设备连接关系如下：线路合并单元mu1通过第一光纤fb1与第一交换机sw1连接；本间隔线路合并单元mu2通过第二光纤fb2与第一交换机sw1连接；所述第一交换机sw1还与同步时钟源ts连接；第一交换机sw1通过第三光纤fb3与线路保护装置pl连接；线路保护装置pl通过第四光纤fb4与第一交换机sw1连接；第一交换机sw1还通过第五光纤fb5与线路智能终端it连接；所述第一交换机sw1还通过第六光纤fb6与第二交换机sw2连接；所述第二交换机sw2还通过第七光纤fb7与母线保护装置pm连接。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明通过计算整个mtbf时间内智能变电站保护系统的年平均成本，作为智能变电站保护系统可靠性的评价指标。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。附图说明本发明的附图说明如下：图1为智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法的流程示意图。图2为直采直跳模式下单套线路保护系统的结构框图。图3为直采网跳模式下单套线路保护系统的结构框图。图4为网采网跳模式下单套线路保护系统的结构框图。图5为直采直跳模式下线路保护系统可靠性曲线。图6为直采网跳模式下线路保护系统可靠性曲线。图7为网采网跳模式下线路保护系统可靠性曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例，如图1至图7所示；一种智能变电站保护设备的故障检修成本分析方法，它包括有：s1：计算智能变电站保护设备的寿命密度函数；基于威布尔模型的设备寿命分布函数：在对智能变电站保护系统进行可靠性评估时，一个重要的评估指标为平均无故障工作时间mtbf，一般超过该时间，则认为必须要对保护系统进行大修，大修内容一般包括设备的换新等。式(1)的设备寿命密度函数可改写为：s2：建立平均无故障时间mtbf与设备的寿命密度函数之间的关系；在工程实际中，为了保障智能变电站安全稳定运行，需要对智能变电站保护系统进行定期检修，本发明假设智能变电站保护系统检修为等周期计划检修，检修内容包括保护相关的设备。基于不完全检修的原则，设备在检修之后并非修复如新，通常用有效工龄和改善因子来表征不完全检修对设备运行状态的改善效果。设τ为设备运行的有效工龄，由于考虑了计划检修对设备运行状况的改善作用，则在每次检修之后设备会变得“年轻”，表现为工龄上的回退，则设备的有效工龄表示如下：t为计划维修的周期；t为设备的实际年龄；其中qi为改善因子：li为与设备相关的常数，具体值应该由专家根据设备特性以及历史统计数据进行整定。则考虑设备老化与计划检修的设备故障率为：将式(5)代入式(2)计算得：为了简化计算模型，假设每个计划检修周期t与计划检修周期内各设备的计划检修成本cpm为固定值，则有如下关系：系统在mtbf内的总成本为：其中，k为系统内设备的种类，n为计划检修周期数，λi(t)为第i类设备的等效故障率函数，为第i类设备的故障维修成本，为第i类设备的更换成本。其中floor[]为向下取整函数，即nt≤mtbf。则系统在整个mtbf内的年平均成本为：智能变电站保护系统的采样跳闸模式主要有三种，分别是“直采直跳”、“网采直跳”、“网采网跳”。以线路保护系统为例，不同采样跳闸模式下智能变电站线路保护的典型结构如图2至图4所示。如图2所示，直采直跳模式下的变电站设备连接关系如下：线路合并单元mu1通过第一光纤fb1与本间隔线路合并单元mu2连接；本间隔线路合并单元mu2通过第二光纤fb2与线路保护装置pl连接；线路保护装置pl通过第三光纤fb3与线路智能终端it连接；所述线路保护装置pl通过第四光纤fb4还与第一交换机sw1连接；第一交换机sw1还通过第五光纤fb5与第二交换机sw2连接；第二交换机sw2还通过第六光纤fb6与母线保护装置pm连接。如图3所示，直采网跳模式下的变电站设备连接关系如下：线路合并单元mu1通过第一光纤fb1与本间隔线路合并单元mu2连接；本间隔线路合并单元mu2通过第二光纤fb2与线路保护装置pl连接；线路保护装置pl通过第三光纤fb3与第一交换机sw1连接；第一交换机sw1分别通过第四光纤fb4与线路智能终端it连接，以及通过第五光纤fb5与第二交换机sw2连接；第二交换机sw2还通过第六光纤fb6与母线保护装置pm连接。如图4所示，网采网跳模式下的变电站设备连接关系如下：线路合并单元mu1通过第一光纤fb1与第一交换机sw1连接；本间隔线路合并单元mu2通过第二光纤fb2与第一交换机sw1连接；所述第一交换机sw1还与同步时钟源ts连接；第一交换机sw1通过第三光纤fb3与线路保护装置pl连接；线路保护装置pl通过第四光纤fb4与第一交换机sw1连接；第一交换机sw1还通过第五光纤fb5与线路智能终端it连接；所述第一交换机sw1还通过第六光纤fb6与第二交换机sw2连接；所述第二交换机sw2还通过第七光纤fb7与母线保护装置pm连接。智能变电站中线路保护功能需要借助网络由本间隔的合并单元、保护装置、智能终端等设备配合完成。本发明以“直采直跳”模式下单套线路保护系统为例，其中mu：合并单元，fb：光纤，pl：线路保护装置，it：线路智能终端，pm：母差保护装置，sw：交换机。mu1为母线合并单元，mu2为本间隔线路合并单元，ts：同步时钟源。220kv线路保护功能是由mu1、mu2、pl、it等完成，pl通过间隔交换机sw1、中心交换机sw2向母差保护装置pm发启失灵信号。基于上述模型，在matlab2014软件平台上进行仿真，根据智能变电站保护系统存在每年存在“春检”的这一事实，本发明将计划检修周期t取值为1年。智能变电站保护系统内各保护相关设备的故障率期望值如表1所示：表1保护元件可靠性数据保护元件故障率λ/yearmu合并单元0.0067ied智能保护设备0.0067ts同步时钟源0.0067sw交换机0.02it智能终端0.0067fb光纤0.001根据所建立的模型，以智能变电站单套线路保护系统为例进行仿真，得到三种不同跳闸采样方式下，线路保护系统在考虑计划检修和没考虑计划检修情况下的可靠性概率的时变曲线，如图5至图7所示。从上述仿真结果可以看出：1)线路保护系统的可靠性在不同的采样跳闸模式下，随时间变化均呈衰减的趋势，这一点也符合线路保护系统可靠性变化的一般规律。考虑计划检修的情况下，线路保护系统的可靠性衰减速度比没有考虑计划检修的情况要慢，因此计划检修能有效地提高保护系统的可靠性。2)在“直采直跳”和“直采网跳”这两种采样跳闸模式下，线路保护系统可靠性随时间的变化规律是相同的。导致这一结果的主要原因是这两种模式下的设备类别和数目是相同的，本发明是单从设备的角度分析这两种采样跳闸模式下的线路保护系统可靠性随时间的变化规律，而没有考虑线路保护系统在这两种采样跳闸模式下的通信网络结构。“网采网跳”模式下线路保护系统可靠性随时间衰减的速度要快于其他两种模式，这是由于“网采网跳”模式下保护相关设备数量增多的原因导致的。3)三种采样跳闸模式下，线路保护系统工龄达到10年左右时，考虑检修情况的可靠性降幅都在50％左右，符合智能变电站二次设备十年换新的实际情况。智能变电站线路保护系统的平均无故障时间分析仿真，根据所建立的平均无故障工作时间mtbf计算模型，对线路保护系统相关的各设备mtbf以及不同采样跳闸模式下线路保护系统的mtbf进行仿真计算，仿真结果如表2-3所示。表2各保护相关设备的平均无故障工作时间mtbf(年)mupritfbswts不考虑检修38.9038.9038.90120.1220.3238.90考虑检修43.7643.7643.76133.952343.76表3各采样跳闸模式下线路保护系统平均无故障工作时间mtbf(年)直采直跳直采网跳网采网跳不考虑检修10.2110.218.56考虑检修14.7114.7112.34从上述仿真结果可以看出：1)不同采样跳闸模式下线路保护系统的mtbf小于其系统内各组成设备的mtbf，这与实际情况相符。计划检修可以提高线路保护系统的mtbf。2)在“直采直跳”和“直采网跳”这两种采样跳闸模式下，线路保护系统在考虑检修和未考虑检修两种情景的mtbf对应相等。这是由于本发明是单从设备的角度分析这两种采样跳闸模式下的线路保护系统mtbf，而未考虑线路保护系统在这两种采样跳闸模式下的通信网络结构。“网采网跳”模式下线路保护系统的mtbf要小于其他两种模式，主要是由于“网采网跳”模式下线路保护系统保护相关设备数量增多导致的。3)考虑计划检修的情况时，线路保护系统在三种采样跳闸模式下的mtbf均大于10年，这与实际情况相符。智能变电站线路保护系统的成本仿真分析，由于保护设备的相关费用没有统一标准，为了简化计算模型，本发明采用来自某厂家提供的更换成本以及故障维修成本的经验值，其中计划维修成本为假设值如表4所示。表5保护设备相关费用根据上述计划维修成本分析模型进行仿真，仿真结果如下：表6各采样跳闸模式下线路保护系统总成本和年平均成本从上述仿真结果可以看出1)三种采样跳闸模式下，由于线路保护系统的计划检修作用延长了其平均无故障工作时间mtbf，因此，虽然线路保护系统在平均无故障工作时间mtbf内考虑计划检修时的总成本要高于没有考虑计划检修时的总成本，但线路保护系统考虑计划检修时在mtbf内的年平均成本要低于没有考虑计划检修时的年平均成本。2)“网采网跳”模式下线路保护系统的总成本和年平均成本均高于另外两种模式；“直采直跳”和“直采网跳”模式下线路保护系统的总成本和年平均成本相同。这主要是由于本发明是单从设备的角度分析分析线路保护系统的总成本和年平均成本，“网采网跳”模式下线路保护系统的设备数量要高于另外两种模式，另外两种模式下线路保护系统的设备数量相同。本发明通过建立基于设备老化和计划检修的线路保护系统平均无故障工作时间mtbf计算模型和检修成本模型，证明了计划检修对智能变电站保护系统可靠性有提高作用，也从侧面验证了该评估方法的可行性。本发明通过假设智能变电站的保护系统寿命为一个平均无故障工作时间mtbf，在一个经过mtbf之后必须对智能变电站保护系统内的所有设备进行更换，通过计算整个mtbf时间内智能变电站保护系统的年平均成本，作为智能变电站保护系统可靠性的评价指标。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12