一种继电保护维修性评估指标体系及评估方法与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种继电保护维修性评估指标体系及评估方法。

背景技术：

继电保护装置作为保障电网安全运行、防止灾难性事故的发生的第一道防线，其可靠动作与电网安全稳定运行息息相关。确保继电保护装置的正常工作是保障电网安全稳定运行的重要内容之一。当电网发生故障时，如果继电保护装置不能正确动作，不仅会使电力系统的故障扩大，甚至可能因不良的连锁反应而造成整个电网崩溃，导致大面积停电，给人们的正常生活、经济发展及社会稳定带来严重影响。保护装置维修性指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。北美电力可靠性委员会(nerc)对17年的事故数据进行统计研究，发现63％以上的电力系统事故和继电保护不正确动作有关。根据以往的事故分析中，一些跨区域的大停电事故多因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。

对于现场运行的继电保护装置而言，检修和更换是维护、提高装置正常运行的有效措施。目前，检修体制主要是实行计划检修，一般采取定期检修的形式。检修课题、工程安排和检修周期均由管理部门根据相应的规程或经验确定，设备运行一旦达到规定日期就开始检修。这种检修方式会引起超量检修，增加了误碰、误接线、误整定的概率，不利于提高企业的经济效益，而且继电保护检修体制缺乏科学性，缺乏制定检修策略的依据和方法。当前的继电保护维修性研究中尚未涉及对检修过程中延误时间、核查时间、维修费用、维修工时等清晰的划分，尚未对继电保护维修性评估指标进行深入研究。因此，有必要提出一种继电保护维修性评估指标体系，并基于这一指标体系进行评估方法的研究。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种继电保护维修性评估指标体系及评估方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种继电保护维修性评估指标体系及评估方法，包括以下步骤：

步骤1：划分继电保护维修性评估指标体系。

步骤2：提出继电保护维修性评估方法，根据工程实际，这一方法选取具有代表意义的评估指标作为计算的底层指标，并为这些底层指标按其重要性赋权，最后结合保护实际运行数据、评估分析报告中的历史数据和相关文献中提供的参考值等计算继电保护维修性维度下的评估分值。

所述步骤1中对继电保护维修性评估指标体系的划分；

维修性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。本发明所指的继电保护维修性指标将对现存检修和维修范畴内指标进行甄别，在总结指标意义的基础上，在维修性这一维度下进行划分，使其真正具有相对独立性、狭义性，可在这一维修性维度内做出评估。根据实际指标分布情况，继电保护维修性指标包括5类二级指标：基础性指标、与维修时间相关的指标、与维修工时相关的指标、与维修费用相关的指标、运维检修指标；

基础性指标包括修复密度、修复率等基础性指标，这类指标无论在数学或者物理意义上，都有其基础性质；

与维修时间相关的指标包括平均修复时间、预防性维修时间、故障矫正时间、核查时间等指标，此类指标特点是都是时间的单位，反映了在维修检修这一范畴内各个环节所花费的时间，统计这类指标的意义在于只有精细的划分了对于时间各个环节的花费，找到更高效的时间安排提高工作效率，减少因维修检修造成的损失。

与维修工时相关的指标包括维修工时、平均修复性维修工时、每次修复工作的维修工时等，这类指标从工时的角度体现维修性范畴内对保护进行维修检修工作花费工时的情况，在实际现场中有其重要意义。

与维修费用相关的指标包括每使用小时的直接维修费、维修器材费、维修人员工资费、保护年均检修费用等，此类指标突出维修时发生的费用，对维修检修环节的费用进行统计，从费用的角度体现维修性范畴内各项花费费用的情况。

运维检修指标包括最优检修周期、保护剩余运行时间、保护装置最佳服役时间、役龄回退因子、定检计划完成率等，此类指标从运维检修的角度总结维修性范畴内的指标，从最优检修周期的计算，到最佳服役时间和剩余运行时间的确定，甚至役龄回退因子等其他健康因子的确定，都对检修计划的制定、运行维护方式的调整具有重要的指导意义。

部分维修性指标定义及计算方法如下:

(1)失效率：组件从起始时刻至时刻t完好条件下，在时刻t以后时间内发生失效的概率。继电保护的故障失效可以分为拒动失效和误动失效两类。l(t)dt表示组件从起始时刻至t时刻完好，在(t，t+dt]间发生失效的概率。失效率为：

(2)继电保护装置累计失效概率f(t)：即t时刻内继电保护装置发生失效的概率，可表示为：

当失效率函数恒定，失效率函数可简称为失效率，此时，可靠度函数可简化为如下指数函数，rg)＝p(x＞t)＝exp(-λt)。

(3)保护拒动失效率和保护误动失效率：保护单元已经无故障的工作到时间t而在t后无限小的时间δt内发生拒动失效和误动失效的条件概率概率。

其中，tj和tw为保护发生拒动失效和发生误动失效的时间。

保护系统总的失效率表示为：

λp＝λpj+λpw(5)

(4)保护正确动作率pra和保护不正确动作率pnra：

式中，nr为同类保护一定时间内正确动作次数；na为同类保护一定时间内总的动作次数；nj为同类保护一定时间内拒动次数；nw为同类保护一定时间内误动次数；

(5)保护拒动频率和保护误动频率：表示保护系统在单位时间内发生拒动次数和误动次数的期望。

式中，tmttji和tmtjri为保护发生拒动和误动的时间；tmttwi和tmtwri为拒动和误动后的修复的时间；nj为同类保护一定时间内拒动次数；nw为同类保护一定时间内误动次数；

(6)保护原理性拒动概率：

pj(i)＝p″j(i)p″j(i)p″j(i)(10)

其中p′j(i)，p″j(i)，p″j(i)分别为三段保护各段的运行拒动概率。

(7)保护原理性误动概率：

pw(i)＝p′w(i，δi)p″w(i，δi)p″w(i，δi)(11)

其中p″w(i，δi)p″w(i，δi)p″w(i，δi)为各段运行误动概率，是相邻下一段线路发生故障时保护非选择性动作的概率。

(8)保护原理性拒动失效率指标：

其中t为当前时刻，t0为上一次原理性拒动时刻，若没有统计记录，则取为保护投运时刻。

(9)保护原理性误动失效率指标：

其中t为当前时刻，t0为上一次原理性误动时刻，若没有统计记录，则取为保护投运时刻。

(10)首次大修期(ttfo)：在规定的条件下，保护从开始使用到首次大修的寿命单位数。

(11)损耗故障发生前时间：发生损耗故障前，保护元件工作的总时间。

(12)故障切除时间：发生必须切除的故障时，保护装置和断路器动作的时间总和。一般的快速保护动作时间在0.06-0.12s，最快的可达0.01-0.04s。一般断路器的动作时间是0.06-0.15s，最快的可达0.02-0.06s。

(13)速动率：发生故障时，继电保护切除故障的时间满足规定时间要求的次数和继电保护动作切除故障的总次数之比。

(14)无故障误动率λnf：

(15)保护原理性误动失效率指标：

(16)拒动率λr：

(17)误动率λmn：

(18)运行失效率λ0：

λ0＝λmn+λr(18)

19)综合失效率λ∑：

(20)区内故障正确动作率εico：

(21)区外故障正确动作率εoco：

其中：nmof为定期维修时发现的失效数累积，t0为运行时间累积，tmof为定期维修时间累积，tmnsr为失效停休时间累积，nico为区内故障正确动作次数，noco为区外故障不动作次数；

(22)运行失效率λ0：

εco＝εico+εoco(22)

(23)综合失效率λ∑：

(24)后备保护拒动隐患概率：对于有后备保护的继电保护系统，为了评估其在被保护设备故障情况下也难以表现出来的隐患状态，定义后备保护拒动隐患概率jby。假定保护系统状态空间中的被保护设备故障而后备保护未表现出拒动隐患的状态有j个，系统在状态i的稳态概率为，计算系统的拒动隐患概率jby为：

(25)重合闸正确动作率：重合闸正确动作动作次数与总动作次数之比。

(26)误用失效率：元件使用中负荷超出允许范围引起的失效数占元件总失效次数的比例。

(27)渐变失效率：元件规定的性能随时间的推移逐渐变化产生的失效数占元件总失效次数的比例。这种失效有可能通过事前的检查或监测来预测，有时可能通过预防性维修加以避免。

(28)突然失效率：事前的检查或监测不能预测到的失效数占元件总失效次数的比例。原发性失效率：不是由另一个元件的失效或故障直接或间接引起的元件或系统的失效数占元件或系统总失效次数的比例。

(29)从属性失效率：由另一个元件的失效或故障直接或间接引起的元件或系统的失效数占元件或系统总失效次数的比例。

(30)部分失效率：元件或系统能够完成某些规定功能，但不能完成全部规定功能的失效数占元件总失效次数的比例。

继电保护维修性评估指标体系框架如图1所示。

所述步骤2中，提出继电保护维修性评估方法，根据工程实际，这一方法选取具有代表意义的评估指标作为计算的底层指标，并为这些底层指标按其重要性赋权，最后结合保护实际运行数据、评估分析报告中的历史数据和相关文献中提供的参考值等计算继电保护维修性维度下的评估分值。

根据当前工程实际，本发明拟选取平均修复时间、修复率、平均修复性维修工时、最优预防性检修间隔时间、保护年均检修费用作为维修性评估指标体系中的典型底层指标。本发明拟选用较客观的改进熵值法和主观性更强的g1法，并组合两者计算的结果得到综合权重，使赋权计算结果更加可信和准确。本发明结合某地区电网运行实际数据、评估分析报告中的历史数据和相关文献中提供的参考值，在继电保护维修性评估指标体系中进行继电保护维修性维度下的评估分值计算。基于步骤2赋权的结果，根据当前实际电网的一批运行数据，确定典型底层指标的实测值，查找相关参考资料确定以上典型底层指标的标准值，通过和标准值的对比，将当前这批指标的实测值转化为评分值，再结合典型指标赋权的结果计算最终继电保护维修性评估维度下的指标值。

在继电保护维修性评估指标体系中进行评估计算。具体流程如图2所示。

本专利基于提出的继电保护维修性指标体系得到评估结果，本发明采用的技术方案具有以下优点：1、本发明创造性的提出了继电保护领域维修性的相关指标，提出了一套全面的维修性评估指标体系，通过这一体系的建立可以为继电保护装置的维护管理研发人员提供维修性维度内保护的运行分析思路。2、由于底层指标的选取依据所处维护、管理、研发等阶段会体现出不同，本发明考虑了底层指标重要性不同的问题，并在此基础上使用了改进熵值法和g1法综合赋权的办法，因此得到的结果更加可信，而且这种处理思路具有灵活性，适用于继电保护维护、管理、研发等各个阶段的评估。

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一种继电保护维修性评估指标体系及评估方法流程示意图；

图2为本发明实施例所举出的继电保护维修性指标体系框架；

图3为本发明实施例的继电保护维修性多维度评估流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提供的一种继电保护装置评估指标体系，包括以下步骤：

步骤1：划分继电保护维修性评估指标体系。

本发明对继电保护维修性评估指标体系的划分如图1所示：

根据当前工程实际，本发明拟选取平均修复时间、修复率、平均修复性维修工时、最优预防性检修间隔时间、保护年均检修费用这5个指标作为维修性评估指标体系中的典型底层指标。

步骤2：选用改进熵值法和g1法，并组合两者计算的结果得到综合权重。

改进熵值法的计算假设评价指标集共有m个因素，让n个专家对每个因素进行赋权重，那么，得到权重矩阵f：

rij表示第j个专家对第i个指标的赋权值，其中i＝1，2，…m,j＝1，2，…n先对每一列的权值进行求熵运算称为列熵，也就是求某位专家对m个指标赋予的权值的熵值,且列熵的公式为：

hj表示的是第j个专家对m个指标赋予的权值的熵值。当列熵值越大表示这个专家提供权重所带来的效用值小，应舍弃。为此我们需设定一个阈值，舍弃大于这个阈值的专家赋予权值，根据专家经验我们舍去列熵最大的那个值。假设舍弃了大于阈值的专家赋予的权值，还有q个专家赋予的权值。据此重新构建权重矩阵f′：

再求这个矩阵的每一行的熵值，也就是q个专家对某个指标的赋权的权值的熵值，称为行熵。求取行熵之前先对f′的每一行的权值进行归一化：

使得其中i＝1，2，…m,j＝1，2，…q。据此可以得到行熵hi：

当hi越大说明q个专家对第i个指标的赋权值没有异议，认同率高，正确率较高，表示第i个指标不会导致评价结果出现较大误差，反之则使评价结果误差大，所以hi越大表示指标i的重要性越大。求取第i行的标准差:

其中若σi的值越大代表这些专家对于同一个指标的分歧较大，则该指标的权重可能不准确，故应降低该指标的权重。根据标准差σi和行熵hi，得到最终的指标权值应为：

其中ui是指标q个专家对指标i的均值。

g1法的计算让专家根据继电保护装置评估准则对指标因素集{x1，x2，…xm}按照重要性排序，首先让专家在指标集{x1，x2，…xm}选出认为是最重要的一个指标记为x1^*，再继续在余下的m-1个指标中，选出认为是最重要的一个指标记为x2^*，以此类推，经过m-1次的挑选，最终剩下的评价指标记为这样就唯一确定了一个序关系：

设专家关于评价指标与的重要性程度之比的理性判断如表1所示：

表1赋值参考表

其中：

若专家给出的的理性赋值，则指标权重为：

通过上述(33)，(34)可以得到最终的值。

改进的熵值法的得到权重为wi和g1法得到权重vi(i＝k＝m，m-1，…3，2),组合两种权重得到综合权重采用如下公式：

其中ai就是两种权重组合之后指标i的权重，得到组合的权重之后，当某个指标的实测值超出正常范围时候，组合权重已经无法准确反应出其在评估体系中的重要性，需对其进行变权重得到合适权重。当实测值超过正常范围的上限那么变权重的公式为：

当实测值低于正常范围的下限则变权重公式为：

其中a′i(i＝1，2，…m)是指标i的变权重，umin和umax分别是指标i的最小值和最大值ui是实际测量值。最后将得到变权重和组合权重进行归一化就可以得到最终各个指标的权重：

或者：

当指标i是异常指标时候采用(38),当i是正常指标时候采用(39)。a代表综合权重的指标和，a’代表异常指标的变权重之和。让专家根据经验并结合得到各个指标的实测数据对这m个指标给予一定分值，每个指标的满分是100，那么使得每个指标的评估分值结合该指标的权重，并且将它们相加得到所评估维度内的评分：

p＝t1s1+t2s2+…+tmsm(40)

p是所评分维度内的评分值，si(u＝1，2，…m)是专家对指标i评估分值。

步骤3：基于建立的继电保护维修性评估指标体系，以某地区实际电网保护运行数据为依据，计算评估值。

拟选取a、b地区电网继电保护装置作为对比分析计算的实例，对本发明继电保护评估指标体系作进一步详细说明。选取的保护同批次服役，应用于220kv系统，选用不同厂家。以下将基于a地区电网保护数据进行多维度评估分析计算，同理可得b地区电网保护的分析结果。具体的：

(1)a地区电网保护维修性维度指标评估分析

基于继电保护维修性评估指标体系，a地区电网保护维修性维度指标评估中维度下选取的典型底层指标、根据相关资料确定的标准值范围、保护的实测值如表2所示：

表2继电保护维修性指标参数表

step1改进熵值法计算权重：

根据表1所示的参考数据，得到指标评分值如表3所示：

表3维修性底层指标评分值

得到指标数m为5，专家n为5，权重矩阵f为：

由式(27)得到5个专家的列熵后舍弃最大的，重新构造的权重矩阵f′:

当行熵hi越大说明q个专家对第i个指标的赋权值没有异议，认同率高，正确率较高，表示第i个指标不会导致评价结果出现较大误差，反之则使评价结果误差大，所以hi越大表示指标i的重要性越大。

由式(29)，(30)，(31)可得行熵hi、标准差σi、均值ui、指标权重wi如表4所示：

表4改进熵值法维修性指标计算结果表

step2g1法计算权重：

已知这5个指标{x1＝平均修复时间，x2＝修复率，x3＝平均修复性维修工时，x4＝最优预防性检修间隔时间，x5＝保护年均检修费用}；

让专家根据经验按照顺序从大到小列出这5个指标：{x4≥x1≥x2≥x5≥x3}；

重新表示为：

那么的值可以让专家根据表1进行理性判断:

若专家给出的的理性赋值，则指标权重为：

表5g1法计算指标的权重值

step3综合权重计算：

改进的熵值法的得到权重为wi和g1法得到权重vk(i＝k＝m，m-1，…3，2),组合两种权重得到综合权重采用式(4-11)：可得综合权重：

a1＝0.2618,a2＝0.1712,a3＝0.1334,a4＝0.2182,a5＝0.2154；

step4维修性维度评分计算：

让专家根据经验并结合得到各个指标的实测数据对这m个指标给予一定分值，每个指标的满分是100，那么使得每个指标的评估分值结合该指标的权重，并且将它们相加得到最终维修性维度的评分：

p＝t1s1+t2s2+…+tmsm

p是维修性维度的评分，si(i＝1，2，…m)是专家对指标i评估分值。计算最后的评估的分值p＝81.2742；

(2)同理可得b电网保护维修性维度评估分析结果：

表6b电网保护维修性底层指标评分值

计算最后的评估的分值p＝85.4405；

上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。