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安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)可靠性分析

文檔作者：趙麗莉王夢礙倪明李雪明文檔來源： 1．國電南瑞科技股份有限公司 2．江西省電力設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月28日
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第44卷第l3期
2016年7月1日
電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
Power System Protection and Control
Vo1．44 No．13
Ju1．1，2016
D0I：l0．7667／PSPC15l313
安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)可靠性分析
趙麗莉 ，王夢礙 ，倪明 ，李雪明
(1．國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京2111 06；2．江西省電力設(shè)計(jì)院，江西南昌330096)
摘要：安全穩(wěn)定控制裝置的可靠性對電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著重要影響。以SCS．500E安全穩(wěn)定控制裝置為例，分析
了安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的組成及內(nèi)在配合關(guān)系。將故障樹法與馬爾可夫狀態(tài)空間法相結(jié)合，建立了安全穩(wěn)
定控制裝置硬件系統(tǒng)的故障樹模型和馬爾可夫狀態(tài)空間模型，由此求得裝置分別處于正常運(yùn)行、隱性誤動(dòng)、隱性
拒動(dòng)和停運(yùn)4個(gè)不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的概率。并定義了安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的可用度、處于隱性故障狀態(tài)的概
率及因隱性故障發(fā)生停運(yùn)的概率。最后以算例驗(yàn)證了所求結(jié)果符合實(shí)際情況，表明所用方法的準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：安全穩(wěn)定控制裝置；硬件系統(tǒng)；隱性故障；故障樹；馬爾可夫
Analvsis of hardware system’S reliability of security and stability control device
ZHAO Lili ，WANG M engxun ，NI M ing ，LI Xueming
(1．NARI Technology Co．，Ltd．，Nanjing 21 l 106，China；2．Jiangxi Electric Power Design Institute，Nanchang 330096，China)
Abstract：The reliability of security and stability control device is impo~ant to the operation of electric power grid．
Taking SCS一500E which is one kind of security and stability control device for example，the components and their logical
relationship in the hardware system ofthe device are analyzed．Based on the analysis，the fault tree model and the Markov
state space model are built by fault tree method and Markov state space methodology．The paper believes that the device
has 4 operation states which are normal operation，hidden mal·operation,hidden anti—operation，and outage．The
probabilities of the 4 operation states are got by fault tree model and the Markov state space mode1．Other reliability
indexes of the hardware system of the device which are availability,hidden failure probability,and probability of outage
caused by hidden failure are also delimited．It is proved that the results worked by the method proposed in the paper are
matched with the actual facts and the method iS correct．
Key words：security and stability control device；hardware system；hidden failure；fault tree；Markov
0 引言
安全穩(wěn)定控制裝置作為電網(wǎng)安全防御的第二道
防線，其目的在于當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀態(tài)時(shí)采取緊急
控制以防止事故擴(kuò)大。過去，安全穩(wěn)定控制裝置己
為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行做出巨大貢獻(xiàn)，今后也
將一直擔(dān)當(dāng)著不可或缺的角色。但由于違規(guī)操作、
定值設(shè)置與實(shí)際電網(wǎng)不匹配及設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行面臨
的老化等隱患問題， 由安全穩(wěn)定控制裝置的失效導(dǎo)
致的電網(wǎng)故障不少Ll J。我國即將建成具有“三縱三
橫一環(huán)網(wǎng)”架構(gòu)特色的特高壓互聯(lián)電網(wǎng)，面對如此
復(fù)雜的網(wǎng)架，更需要加強(qiáng)對二次控制系統(tǒng)可靠安全
運(yùn)行的監(jiān)控。不同于繼電保護(hù)裝置，安全穩(wěn)定控制
基金項(xiàng)目：國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“考慮通信信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)
的電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御關(guān)鍵技術(shù)研究”
裝置控制范圍廣，特別是區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)采
取了分層分布式控制方式，利用多廠站的安全穩(wěn)定
控制裝置的相互配合，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域或更大范圍的電
力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。因此，一旦安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)
發(fā)生不正常動(dòng)作行為，將造成相當(dāng)嚴(yán)重的后果，付
出很大代價(jià)。如某地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制子系統(tǒng)
因通信誤碼、安全穩(wěn)定控制裝置通信模塊及校驗(yàn)存
在漏洞而誤動(dòng)，誤切了增城地區(qū)714 MW 的負(fù)荷。
為適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展，安全穩(wěn)定控制裝置也一直在
不斷升級中【j J，隨著電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，SCS．500E
分布式安全穩(wěn)定控制裝置已得到廣泛應(yīng)用，后期響
應(yīng)智能變電站的建設(shè)，將推進(jìn)SSP．200安全穩(wěn)定控
制裝置的應(yīng)用。雖然升級過程中，安全穩(wěn)定控制裝
置的可靠性得到一定提高，但仍舊存有一定缺陷。
系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有賴于裝置的可靠性，因此有必要
對安全穩(wěn)定控制裝置的可靠性進(jìn)行分析。安全穩(wěn)定
一68一 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
控制裝置的可靠性研究【4]相對較少，而隱性故障的
研究更是才剛剛起步。
繼電保護(hù)裝置與安全穩(wěn)定控制裝置同屬電力系
統(tǒng)安全防御的一部分，二者在結(jié)構(gòu)上有一定的相似
性。相對來說，繼電保護(hù)的可靠性研究l5 J較多也較
成熟，常用方法主要有故障樹法 】、馬爾可夫狀態(tài)
空間法、蒙特卡羅法和重點(diǎn)抽樣法等【9】。為充分利
用這些方法的優(yōu)勢，一些研究將這些方法進(jìn)行糅合，
形成新的方法，如故障樹法與蒙特卡羅法的結(jié)合『loj、
故障樹法與馬爾可夫狀態(tài)空間法的結(jié)合?J。除此之
外，其他方法如基于成功流的用于分析繼電保護(hù)系
統(tǒng)的邏輯原理可靠性的GO法【l引，基于風(fēng)險(xiǎn)的用于
尋找對繼電保護(hù)可靠性產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素的重要
度分析法lljJ等也相繼被提出， 旨在能更準(zhǔn)確地評估
繼電保護(hù)的可靠性及其對電力系統(tǒng)的影響。
從裝置自身來看，一個(gè)裝置本體分為硬件和軟
件兩部分，硬件(電子器件)的可靠性是保證整個(gè)裝
置可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。本文借鑒繼電保護(hù)可靠性
研究經(jīng)驗(yàn)，以SCS．500E分布式安全穩(wěn)定控制裝置
為例，將故障樹法與馬爾可夫狀態(tài)空間法相結(jié)合，
提出了該裝置硬件系統(tǒng)的可靠性的分析方法。首先
在分析了安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的組成及內(nèi)在
配合關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了安全穩(wěn)定控制裝置硬件
系統(tǒng)失效的故障樹模型， 由此得到安全穩(wěn)定控制裝
置硬件系統(tǒng)的失效率，然后將該失效率應(yīng)用到安全
穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的馬爾可夫狀態(tài)空問模型的
建立中。文中認(rèn)為安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)存在
完全正常運(yùn)行、隱性誤動(dòng)、隱性拒動(dòng)和停運(yùn)4個(gè)不
同的運(yùn)行狀態(tài)，建立馬爾可夫狀態(tài)空間模型和馬爾
可夫狀態(tài)空間方程，獲得裝置硬件系統(tǒng)處于4個(gè)不
同運(yùn)行狀態(tài)的概率。并定義了安全穩(wěn)定控制裝置硬
件系統(tǒng)的可用度、處于隱性故障狀態(tài)的概率和因隱
性故障而停運(yùn)的概率。最后， 以算例驗(yàn)證，對安全
穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了分析。
1 安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1．1硬件系統(tǒng)組成
安全穩(wěn)定控制裝置按功能由主控單元、I／o 單
元和通信單元三部分組成。不同系列的安全穩(wěn)定控
制裝置的硬件系統(tǒng)組成會(huì)有所差別。本文以
SCS．500E 安全穩(wěn)定控制裝置為例介紹裝置硬件系
統(tǒng)組成。
SCS一500E分布式穩(wěn)定控制裝置采用背插式模
塊化、整體面板結(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)功能將輸入輸出模
塊、通信模塊和決策模塊分別置于I／0單元、通信
單元和主控單元插箱內(nèi)。主控單元為系統(tǒng)的樞紐單
元，負(fù)責(zé)分析、決策和輸出控制，同時(shí)提供系統(tǒng)的
人機(jī)接口、通信管理等。1／O 單元是裝置與外部的
直接接口，負(fù)責(zé)采樣分析和出口輸出，通過光纖與
主控單元連接，主要完成數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、單元
故障判斷以及與主機(jī)箱的信息交互。通信單元將主
控單元通過光纖接口傳送來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為八路
E1／64K同向接口數(shù)據(jù)，以便接入SDH或PCM設(shè)備，
通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綄?cè)。通信單元的硬件設(shè)
計(jì)基于大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵衅骷褂迷韴D和
VHD硬件描述語言編程，實(shí)現(xiàn)所要求的全部邏輯功能。
一套安全穩(wěn)定控制裝置的主控單元、I／O 單元
及通信單元是由一系列的穩(wěn)定控制模件(Stability
Control Model，SCM)插入相應(yīng)的插箱組成。SCS．
500E裝置的主控單元內(nèi)包括電源模件、接口管理模
件、中央決策模件、光通信擴(kuò)展模件、出口模件、
強(qiáng)電開入模件、弱電開入模件以及模入模出模件；
I／O 機(jī)箱包括電源模件、交流頭模件、濾波模件、
DCJ模件、出口模件、開入模件；通信機(jī)箱內(nèi)部包
括通信主控板和通信接口板。
1．2硬件系統(tǒng)原理
SCS．500E裝置每一插箱內(nèi)各穩(wěn)定控制模件以
一定的邏輯關(guān)系相互聯(lián)接，通過機(jī)箱背板連成完整
的硬件系統(tǒng)。主控單元、I／O 單元和通信單元的硬
件邏輯原理示意圖如圖1所示。
輸開 關(guān)電量路 lr 卜_。 l 鍵盤l
{ PC104 J 一久屏帶彩色l
L位機(jī) I液醐 示I
DSP
模擬量 電源模塊
輸入輸出電路l
fb 1／O犖 c
(c)通信單
圖1 SCS．500E裝置硬件邏輯原理示意圖
Fig．1 Schematic diagram of hardware logic principlum
of a SCS．500E device
趙麗莉，等 安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)可靠性分析 一69—
2 安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)失效分析
本文中主要考慮由元件失效引起的安全穩(wěn)定控
制裝置失效，當(dāng)單個(gè)元件發(fā)生失效時(shí)，其所在的穩(wěn)
控模件即視為失效，則整個(gè)裝置視為失效。由于按
鍵面板及觸摸屏處理模件、光通信接口模件與裝置
的聯(lián)系較弱，其對裝置正常運(yùn)行的影響很小，可忽
略。根據(jù)安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成和原理，
可建立安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)失效的故障樹模
型如圖2所示。
或r o
o 模件 ④ 主控慨開入模件①I／0單元開出模件
④ 主 u模件。 鰱輸入模件2① 通信模件
(三) ①I 唧u模件@通信接口板模件
④ 主控 呲模件。交流頭模件
。 關(guān)量 橫什l① 掀棋件
圖2安全穩(wěn)定控$il裝置硬件系統(tǒng)失效故障樹模型
Fig．2 Fault tree model ofhardware system’S failure ofsecurity
and stabilitv contro1 device
失效率是評估裝置可靠性的重要指標(biāo)之一，定
義為裝置在該時(shí)刻尚未失效，之后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生
失效的概率。穩(wěn)控模件由大量的電子元器件構(gòu)成，
多數(shù)元器件失效率計(jì)算要考慮基本失效率、環(huán)境系
數(shù)、溫度應(yīng)力系數(shù)、質(zhì)量系數(shù)、成熟系數(shù)等因素I1 。
具體某個(gè)元器件的失效率計(jì)算可能還需考慮元器件
自身的一些屬性，如晶體管還需考慮電壓應(yīng)力系數(shù)
和結(jié)構(gòu)系數(shù)因素，電容器還需考慮電容量系數(shù)和串
聯(lián)電阻系數(shù)因素，集成電路需考慮電路復(fù)雜度失效
率和封裝復(fù)雜度失效率因素。在元器件的部分屬性
不知的情況下，可通過其已知的屬性查找該元器件
的通用失效率來替代。根據(jù)(MIL．HDBK一2 1 7F》可
計(jì)算各電子元器件的失效率 ，再由式(1)求各穩(wěn)控
模件的失效率。
M = Σ
i=l
式中： cM為單一穩(wěn)控模件失效率； 為元器件i
的失效率；m為穩(wěn)控模件內(nèi)元器件種類數(shù)； 為元
器件i的總個(gè)數(shù)。
根據(jù)圖2所示邏輯關(guān)系知安全穩(wěn)定控制裝置的
失效率為
= A i 十 。十 u=
K M N
Σ碡M+Σ M+Σ畿M
(2)
式中：A為裝置失效率； 、 Io和，lcu分別為主
控單元、I／O單元和通信單元的失效率； 、M和Jv
分別為主控單元、I／O 單元和通信單元的穩(wěn)控模件
總數(shù)。
雖然理論上只要某個(gè)穩(wěn)控模件失效后裝置就失
效，裝置失效率應(yīng)如式(2)最終為各個(gè)穩(wěn)控模件失效
率之和，但是各個(gè)穩(wěn)控模件對于裝置的重要性不一
樣i15]，所以考慮各穩(wěn)控模件對于裝置的重要性，賦
予各穩(wěn)控模件權(quán)重，式(2)可改寫為
／t= i + +／tcu=
M Ⅳ ， 、
Σ 碡M+Σ 餒M+Σ 餒M
式中： 為主控單元穩(wěn)控模件k在安全穩(wěn)定控制裝
置中對應(yīng)的權(quán)重； 為I／O單元穩(wěn)控模件m在安全
穩(wěn)定控制裝置中對應(yīng)的權(quán)重； 為通信單元穩(wěn)控模
件 在安全穩(wěn)定控制裝置中對應(yīng)的權(quán)重；
K M N
Σ +Σ +Σ =1
k=l m 1 1
。
3 馬爾可夫狀態(tài)空間模型
經(jīng)分析安全穩(wěn)定控制裝置存在4個(gè)狀態(tài)：完全
正常運(yùn)行狀態(tài)、隱性誤動(dòng)狀態(tài)、隱陛拒動(dòng)狀態(tài)和停
運(yùn)狀態(tài)。安全穩(wěn)定控制裝置正常運(yùn)行時(shí)，若其某個(gè)
元器件發(fā)生失效而沒被檢測出則裝置進(jìn)入隱性故障
狀態(tài)(隱性拒動(dòng)狀態(tài)或隱性誤動(dòng)狀態(tài))，如若元器件
故障被檢測出則裝置進(jìn)入停運(yùn)狀態(tài)；當(dāng)裝置的隱性
故障被外界故障觸發(fā)后會(huì)導(dǎo)致裝置發(fā)生誤動(dòng)或拒
動(dòng)，裝置相應(yīng)進(jìn)入停運(yùn)狀態(tài)。
3．1狀態(tài)空間模型建立的假設(shè)條件和參數(shù)說明
1)假設(shè)安全穩(wěn)定控制裝置的在線自檢和監(jiān)視
的故障檢出系數(shù)為c ，未檢出元器件故障引發(fā)的誤
動(dòng)次數(shù)占未檢出元器件故障引發(fā)的誤動(dòng)與拒動(dòng)次數(shù)
和的百分比為C2，則裝置由正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入隱l生
故障誤動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率和進(jìn)入隱性拒動(dòng)狀態(tài)的狀態(tài)
轉(zhuǎn)移率分別為 和C4，由正常狀態(tài)進(jìn)入停運(yùn)狀態(tài)
的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率為 ，具體詳見式(4)～式(6)。
一7O． 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
C3=C2(1一C1)
C4=(1一C2)(1一c1)
= G
(4)
(5)
(6)
式中， 為安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的失效率。
2)設(shè)故障修復(fù)率為 ，不考慮通信通道問題，
不考慮裝置的閉鎖故障問題，裝置故障后即能被立
即修復(fù)恢復(fù)如初，則裝置由停運(yùn)狀態(tài)經(jīng)修復(fù)后即進(jìn)
入完全正常運(yùn)行狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移率為 。
3)設(shè)定期檢修率為 2，且裝置的隱性誤動(dòng)故障
及隱性拒動(dòng)故障在定期檢修時(shí)可被發(fā)現(xiàn)修復(fù)進(jìn)入完
全正常運(yùn)行狀態(tài)，則裝置由隱性誤動(dòng)狀態(tài)和隱性拒
動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入完全正常運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率均為 ：。
4)設(shè)觸發(fā)安全穩(wěn)定控制裝置隱性拒動(dòng)故障和
隱性誤動(dòng)故障的故障發(fā)生率分別為 和 。 ，則裝置
由隱性誤動(dòng)狀態(tài)和隱性拒動(dòng)狀態(tài)經(jīng)外界故障觸發(fā)后
進(jìn)入停運(yùn)狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率分別為 。和 。 。
5)隱性誤動(dòng)狀態(tài)與隱性拒動(dòng)狀態(tài)之間可以發(fā)
生相互轉(zhuǎn)移，裝置由隱性誤動(dòng)狀態(tài)到隱性拒動(dòng)狀態(tài)
的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率為 ，由隱性拒動(dòng)狀態(tài)到隱性誤動(dòng)狀
態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率為 。
6)上述故障率、修復(fù)率及占比等參數(shù)均為常
數(shù)。
3．2狀態(tài)空間模型
結(jié)合上述條件和參數(shù)可建立安全穩(wěn)定控制裝置
硬件系統(tǒng)的馬爾可夫狀態(tài)空問模型如圖3所示。
圖3安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)馬爾可夫狀態(tài)空間模型
Fig．3 Markov state space model of hardware system of
security and stability control device
根據(jù)圖3的安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的馬爾
可夫狀態(tài)空問圖建立式(7)所示的狀態(tài)空間方程。
PT=0
Σ4 P =：1 k／)、
式中：P=【p ，P：，P3，P 】為各狀態(tài)的平穩(wěn)狀態(tài)概
率，P 對應(yīng)完全正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的概率，P 對應(yīng)隱
性誤動(dòng)狀態(tài)時(shí)的概率，p，對應(yīng)隱性拒動(dòng)狀態(tài)時(shí)的概
率， 對應(yīng)裝置完全失效時(shí)的概率； 為狀態(tài)轉(zhuǎn)移
概率密度矩陣，其表達(dá)式為
T=
1 C]
2
2 C7
／4 0
C4 G
C6
a33
0 a44
(8)
式中，a1 、a22、a33、a44為矩陣T的對角線元素，
具體如下：
a1l=一(G +C4+c5)
a22=一( + + )
a33=一( 2+C7+ )
4 ～
3。3硬件系統(tǒng)可靠性指標(biāo)
由式(7)可求得安全穩(wěn)定控制裝置處于完全正
常運(yùn)行、隱性誤動(dòng)狀態(tài)、隱性拒動(dòng)狀態(tài)和停運(yùn)狀態(tài)
4個(gè)狀態(tài)時(shí)的概率。當(dāng)安全穩(wěn)定控制裝置處于隱性
誤動(dòng)和隱性拒動(dòng)狀態(tài)時(shí)，若裝置的隱性故障未被觸
發(fā)，則裝置硬件系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)受到影響，只有隱
性故障被觸發(fā)后裝置才會(huì)進(jìn)入停運(yùn)狀態(tài)，據(jù)此定義
了以下幾個(gè)概率作為安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的
可靠性指標(biāo)：
1)安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)可用度 。
=P1+P2+P3 (9)
21安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)處于隱性故障
狀態(tài)的概率尸h。
eh：P2+P3 (10)
3)安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)因隱性故障被
觸發(fā)發(fā)生停運(yùn)的概率 。
=P2P。 +P3P (11)
式中，P。 和P 分別為安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的
隱性誤動(dòng)狀態(tài)和拒動(dòng)狀態(tài)被觸發(fā)的概率。
4 算例分析
4．1失效率算例
本文考慮SCS一500安全穩(wěn)定控制裝置在偶然失
效期內(nèi)的失效情況，根據(jù)產(chǎn)品失效特陛的浴盆曲線 6I
規(guī)律，此期間內(nèi)各元器件的失效率可近似視為常數(shù)。
以某SCS．500E安全穩(wěn)定控制裝置為例，結(jié)合各元
器件的屬性特征，利用文獻(xiàn)[17】提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)
算元器件失效率，其中取元器件質(zhì)量系數(shù)為0．25；
趙麗莉，等 安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)可靠性分析 一71一
生產(chǎn)工藝成熟系數(shù)為1；SCS．500E裝置的環(huán)境類別
為一般地面固定，取環(huán)境系數(shù)為2．5；SCS一500E裝
置正常運(yùn)行溫度范圍為～5。C～40。C，本文選取最高
正常運(yùn)行溫度T=40。C。將計(jì)算得到的各元器件失效
率代入式(1)計(jì)算得到各穩(wěn)控模件的失效率如表1所
不。
考慮各穩(wěn)控模件的權(quán)重(見表2)，將表1和表2
中數(shù)據(jù)代入式(3)得到裝置正常運(yùn)行溫度為40~C時(shí)
該SCS一500E裝置失效率2=5．93x10～／h=O．052／y。
表1 scs．500E裝置穩(wěn)控模件失效率計(jì)算結(jié)果
Tlable 1 Failure rate of SCM of SCS．500E
表2各模件的權(quán)重值
Table 2 Weight values ofSCM s
4．2狀態(tài)概率算例
安全穩(wěn)定控制裝置馬爾可夫狀態(tài)空間圖中的各
參數(shù)取值(除安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)失效率外
其余為結(jié)合實(shí)際情況所作的假設(shè)值)如表3所示，本
算例中假設(shè)裝置隱性故障的觸發(fā)事件為線路故障，
表3中的 和 為線路故障率。因?yàn)榫€路故障發(fā)
生概率服從泊松分布且?guī)缀跏撬查g發(fā)生，所以可用
線路故障率代替線路故障發(fā)生概率[1引，即本文中以
狀態(tài)轉(zhuǎn)移率 和 分別代替隱性拒動(dòng)故障和隱性
誤動(dòng)故障被觸發(fā)的概率 和P 。
表3安全穩(wěn)定控制裝置馬爾可夫狀態(tài)空間圖各參數(shù)
Table 3 Parameters in Markov state space graph of security and
stability control device
2／y Ci C2 C6=C7 AJy。 厶／y ~l／h-。 脅，y
0 052 0 9 0 5 0 005 0 01 0．0O1 25 0125 0．25
將表3的各參數(shù)代入式(4)一式(6)，可得安全穩(wěn)
定控制裝置由正常狀態(tài)分別到隱性誤動(dòng)狀態(tài)、隱性
拒動(dòng)狀態(tài)和停運(yùn)狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率如表4所示。
表4圖3中部分狀態(tài)轉(zhuǎn)移率
Table 4 Some state transition rates in Fig．3
將表3和表4數(shù)據(jù)代入式(7)可得安全穩(wěn)定控制
裝置分別處于完全正常運(yùn)行狀態(tài)、隱性誤動(dòng)狀態(tài)、
隱性拒動(dòng)狀態(tài)和停運(yùn)狀態(tài)時(shí)的概率值如表5所示。
表5安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)處于各狀態(tài)概率
Table 5 State probabilities of hardware system of security
and stability control device
結(jié)合表5的計(jì)算結(jié)果和式(9)一式(11)可計(jì)算得
到安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)的相關(guān)可靠性指標(biāo)
值，見表6。
表6安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)可靠性指標(biāo)值
Table 6 Reliability index values ofhardware system ofsecurity
and stability control device
由表5知安全穩(wěn)定控制裝置處于停運(yùn)狀態(tài)的概
率相當(dāng)小，數(shù)量級僅為10～，可見裝置的可靠性很
高。從表5和表6計(jì)算結(jié)果來看，安全穩(wěn)定控制裝
置處于隱性故障狀態(tài)的概率略高。實(shí)際上，裝置處
于隱性故障狀態(tài)時(shí)若無外界的觸發(fā)不會(huì)對裝置的正
常運(yùn)行產(chǎn)生影響，裝置處于隱性故障被觸發(fā)導(dǎo)致裝
置停運(yùn)須滿足“裝置處于隱性故障狀態(tài)”和“有觸
發(fā)事件發(fā)生”兩個(gè)條件，缺一不可，當(dāng)這兩個(gè)條件
同時(shí)滿足時(shí)，裝置因隱性故障發(fā)生停運(yùn)的概率已經(jīng)
非常小，從表6的計(jì)算結(jié)果也可看出。另外，實(shí)際
運(yùn)行中若裝置沒有發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)事件即認(rèn)為裝置
是正常運(yùn)行的，而這時(shí)也有可能裝置正處于隱l生故
障狀態(tài)，只是沒有被觸發(fā)而已，所以實(shí)際中其實(shí)已
經(jīng)把一部分隱性故障狀態(tài)的情況作為正常運(yùn)行狀態(tài)
72一 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制
統(tǒng)計(jì)，因此安全穩(wěn)定控制裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)的
概率應(yīng)比統(tǒng)計(jì)值略低，表5中的計(jì)算結(jié)果是符合實(shí)
際的，證明了本文評估安全穩(wěn)定控制裝置可靠性的
方法的正確性。
5 結(jié)論
安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)組成相對復(fù)雜， 目
前的在線檢測技術(shù)還不夠完善，裝置內(nèi)易發(fā)生檢測
不到的故障，致使安全穩(wěn)定控制裝置可能成為電網(wǎng)
運(yùn)行的安全隱患。本文在充分分析了其組成成分內(nèi)
在的配合關(guān)系及各組成成分的權(quán)重后，建立了硬件
系統(tǒng)的故障樹模型和馬爾可夫狀態(tài)空間模型，由此
得到安全穩(wěn)定控制裝置硬件系統(tǒng)處于完全正常運(yùn)
行、隱性誤動(dòng)、隱性拒動(dòng)和停運(yùn)4個(gè)不同運(yùn)行狀態(tài)
時(shí)的概率，并以算例驗(yàn)證了方法的正確性。當(dāng)裝置
處于隱性故障狀態(tài)時(shí)只有同時(shí)滿足觸發(fā)條件才會(huì)誘
發(fā)隱性故障，導(dǎo)致裝置發(fā)生不正確動(dòng)作，所以裝置
因隱性故障而停運(yùn)的概率很小。分析表明安全穩(wěn)定
控制裝置的可靠性很高，而且由本文方法可以得到
裝置處于隱性故障狀態(tài)的概率，可為控制策略的選
取提供參考。為進(jìn)一步提高安全穩(wěn)定控制裝置的可
靠性，未來應(yīng)考慮影響裝置運(yùn)行的多方面因素(如裝
置的老化、運(yùn)行溫度及跳閘出口壓板投退不當(dāng)?shù)?，
增加裝置的隱性故障辨識和預(yù)警Il 。另一方面，安
全穩(wěn)定控制裝置的不正確動(dòng)作還源于不同區(qū)域安全
穩(wěn)定控制系統(tǒng)問的協(xié)調(diào)隱患，此隱患造成的后果影
響范圍較廣，應(yīng)對該方面進(jìn)一步關(guān)注。
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收稿日期：2015-07—29； 修回日期：2015-10-21
作者簡介：
趙麗莉(1988一)，女，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)
安全穩(wěn)定控制；E-mail：zhaolili@sgepri．sgcc．com．cn
王夢礙(1 989一)，女，學(xué)士，助理3-程師，主要研究方
向?yàn)樽冸娬镜陌踩€(wěn)定控制；
倪明(1969一)，男，博士，博士生導(dǎo)師，主要研究方
向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化及安全穩(wěn)定控制。
(編輯周金梅)

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