一种基于状态检修的输变电设备故障率的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于状态检修的输变电设备故障率的计算方法，属于电力系统输变电设备状态检修技术领域。本发明专利技术在全状态集成法的基础上引入等效状态评分模型，并利用等效状态评分法求解设备的故障率，其结果与全状态集成法计算设备故障率的结果完全相同。本发明专利技术能够正确计算出设备不同健康过程不同状态下的故障率，同时能正确反映停电检修对设备故障率的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于状态检修的输变电设备故障率的计算方法
本专利技术属于电力系统输变电设备状态检修
，更准确地说本专利技术涉及一种基于状态检修的输变电设备故障率的计算方法。
技术介绍
状态检修，是一种根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，综合评价设备的风险值，通过获取的状态评价分值(以下简称状态评分)制定对其进行检修的方式。其中，状态评分是以巡检及例行试验、诊断性试验、在线监测、带电检测、家族缺陷诊断、不良工况诊断等方式获取设备的状态信息，包括对其现象强度、量值大小以及发展趋势进行评价，得出具体设备部件的评分值，继而求得设备的综合评分值，以此作为设备的状态评分。根据设备的状态评分预计可能的设备故障率以此安排检修计划，实施设备的检修。因而，根据获取的设备的状态评分求取设备可能的故障率是状态检修的基础。文献一《基于Marquardt法参数估计的变电设备寿命周期故障率评估》(电力系统保护与控制2012年1月号第4卷第1期第85-90页)提出一种基于时间的故障率数学模型参数的计算方法，作者利用Marquardt法求解两参数的威布尔分布的故障率模型。根据求得的威布尔分布计算得到基于时间的设备故障概率。文献二《状态检修决策中的电气设备故障率推算》(电力系统自动化2010年2月号第30卷第2期第91-94页)提出了一种基于设备状态评分的故障率模型参数的算法。文章通过对历史数据的统计得到不同状态评分下的设备台数和发生故障的设备总台数并利用反演法求得故障率模型参数值。从而可以根据不同的设备状态求得不同状态评分下的设备故障率。但是，文献一中基于时间的故障率只考虑了时间对故障率的影响，并没有考虑到状态评分的作用，无法表征设备在相同运行时间不同状态评分时的故障率差别。而文献二中基于设备状态评分的故障率只考虑了状态评分对故障率的影响，没有考虑到停电检修的影响。设备经历了停电检修后即使拥有相同的状态评分故障率也是不同。文献三《基于设备完整健康过程的故障率模型参数研究》(华东电力2012年9月号第40卷第8期第1346-1349页)提出了基于完整健康过程的全状态集成法。对于经历了停运检修的设备来说，它的完整健康过程是指从设备重新投运开始到出现结束标志的整个过程。对于未经检修就投入运行的设备来说，它的完整健康过程是指从投运开始到出现结束标志的整个过程。图1为设备完整健康过程的示例，其中S表示设备的状态评分，t表示设备的役龄(时间，一般以年或月为单位)。0点时刻设备投入运行。如图1所示的t1、t2、t3和t5时刻，状态监测显示设备的存在缺陷，安排带电检修或者自行消缺使设备的状态评分重新恢复到100分。设备处于异常状态时应适时安排停电检修，设备处于严重状态时应尽快安排停电检修，图1中所示的t7时刻进行了停电检修。而t4时刻是设备故障。设备的完整健康过程有两种结束标志。1、设备故障：从新设备投运、停电检修或者消除故障后重新投运到出现故障。如图1中A点设备发生故障，立即安排停电检修，寿命T1为一个健康过程。2、设备处于异常或严重状态：从新设备投运、停电检修或者消除故障后重新投运到设备状态评分处于异常或者严重状态，并根据检修要求允许延长一段时间td(td＝t8-t6)。如图1中B点对应的t6时刻，状态监测显示设备有缺陷，状态评分处于异常状态，在C点对应的时刻t7安排检修。在这种情况下，虽然并未立即进行停电检修，但设备已经处于设备失效过程中，且离真正的失效时刻F点对应的役龄t8很近，相对于较长的整个完整健康过程来说，t8-t7这段时间可以忽略。如图1所示，T2为一个完整健康过程。设备处于异常或者严重状态时，应适时安排停电检修。因而完整健康过程的结束标志从本质上讲均为停电检修。在实际工程应用中，相邻两次状态评分之间存在着一定的时间间隔，所得到的完整健康过程中的测量数据为离散值。图2示例的完整健康过程拥有7个离散的状态评分值。将相同状态评分的持续时间相加，并按状态评分的大小倒序排列便可得到该图。令p≥1，为整数，表示设备所经历的完整健康过程的序号，令i≥1，为整数，表示相同状态评分按降序排列后的序号，则Sp,i表示设备处于完整健康过程p时降序排列序号i时的状态评分，令N≥1，为整数，表示过程p中Sp,i的个数。图2中Sp,i对应的持续时间即为Tp,i，Tp,i可直接从现场跟踪数据得到。以下提及的i、p、Sp,i、Tp.i和N均为上述含义。全状态集成法利用设备的一个完整健康过程的全部状态信息，把各个状态评分的持续时间统一折算到时间轴上的期望时间，计算得到完整健康过程对应的设备故障率模型参数，然后对所有样本得到的基于完整健康过程的故障率参数进行研究。具体而言，文献三提出了一种考虑不同完整健康过程(以下简称过程)中的状态评分对设备故障率影响的改进模型：其中:Kp表示设备所经历的过程p的全状态集成法的故障率模型比例参数。Cp表示设备所经历的过程p的全状态集成法的故障率模型曲率参数。λp,i表示状态评分为Sp,i时的设备故障率。以下提及的Kp、Cp、λp,i均为上述含义。设备的故障类型根据故障诱因的不同可以分为必然性故障和偶然性故障。必然性故障是由内部原因引起的,与设备的状态评分变化情况相关；而偶然性故障是由外部原因(如人员误操作,保护不正确动作、检修质量不良等)引起的。设备的偶然性故障率可以通过统计得到，为常数λ0。对于任意过程，当设备在状态评分为满分100分时发生故障,可以认为就是偶然性故障引起的。因此，过程p对应的全状态集成法的比例系数与曲率系数间的关系满足：为继续求解设备处于过程p时的全状态集成法的故障率参数，文献三说明了以下几个概念和定义。1、时间标准轴T0它指设备在状态评分为满分100分时的设备期望健康寿命，即假设设备不发生状态变化一直维持满分状态运行直至偶然性故障发生所经历的时间，满足：因此，时间标准轴T0的大小由偶然性故障率决定。2、设备在状态评分为Sp,i时的期望状态寿命T(Sp,i)它是指假设设备以状态评分Sp,i投运并保持该状态运行直至发生故障停运期望的时间，中间不经历任何其他状态，期望状态寿命T(Sp,i)满足：与T0不同，T(Sp,i)既会受到偶然性故障因素的影响，也会受到与状态评分Sp,i相关的必然性故障因素的影响。3、基于时间标准轴的折算系数m(Sp,i)它指设备状态评分为100分时的期望健康寿命T0与状态评分为Sp,i时的期望状态寿命T(Sp,i)的比值，即由于式(5)中过程p是可以确定的。所以基于时间标准轴的折算系数m(Sp,i)只与状态评分Sp,i有关，仅随Sp,i变化。引入基于时间标准轴的折算系数的目的是将包含必然性故障因素的期望状态寿命折算为只有偶然性故障因素影响的期望状态寿命。4、设备实际维持状态评分Sp,i在标准时间轴上的期望状态持续时间Tp0i如图3所示，它是将状态评分Sp,i的实际持续时间经时间标准轴的折算得到的时间标准轴上的期望状态持续时间。其值为:Tp0i＝Tp,i·m(Sp,i)(6)若把每个过程中所经历的各状态评分实际持续时间都进行基于时间标准轴的折算，就能得到标准时间轴上各状态评分对应的只受“偶然性故障因素”影响的期望状态持续时间。一个过程对应的所有只考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于状态检修的输变电设备故障率的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)统计设备的偶然故障率λ0、设备处于每个完整健康过程时的所有原始状态评分以及对应的持续时间，用Sp,i表示设备处于第p个完整健康过程时所有原始状态评分降序排列后序号为i的原始状态评分，Tp,i表示Sp,i对应的持续时间，p≥1；所述完整健康过程，对于经历了停运检修的设备，是指从设备重新投运开始到出现结束标志的整个过程，对于未经检修就投入运行的设备，是指从投运开始到出现结束标志的整个过程；2)利用全状态集成法计算出设备所经历的第一个完整健康过程的故障率模型参数K1、C1，令设备所经历的全部过程的故障率模型参数均与K1、C1相同，即满足K'p＝K1,C'p＝C1，其中，K'p表示设备所经历的第p个完整健康过程的等效状态评分法的故障率模型比例参数，C'p表示设备所经历的第p个完整健康过程的等效状态评分法的故障率模型曲率参数；3)首先，通过下式求解出对于设备处于每个完整健康过程时的等效状态评分：S'p,i＝ap·Sp,i+bp其中，ap为第p个完整健康过程的等效状态评分模型比例系数，bp为第p个完整健康过程的常数项，S'p,i为第p个完整健康过程时所有原始状态评分降序排列后序号为i的原始状态评分对应的等效状态评分；上述ap和bp按以下方法确定：当p＝1时，a1＝1，b1＝0；当p>1时，通过联立以下两式求得ap和bp：Σi=1NTp,ie(100-ap·Sp,i-bp)·Cp′=Σi=1NTp,ie(100-ap·Sp,i-bp)·C1=T0]]>100·ap+bp＝100上述式中，N表示第p个完整健康过程中Sp,i的个数；T0表示设备在状态评分为满分100分时的设备期望健康寿命、根据以下公式求得：T0=1λ0=1Kp′e100Cp′=1K1e100C1]]>求得设备处于每个完整健康过程时的等效状态评分后，通过下式求得基于等效状态评分的设备故障率：λp,i′=K1·e-C1·S′p,i=K1·e-C1·(ap·Sp,i+bp)]]>其中，λ'p,i表示等效状态评分为S'p,i时的设备故障率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于状态检修的输变电设备故障率的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1)统计设备的偶然性故障率λ0、设备处于每个完整健康过程时的所有原始状态评分以及对应的持续时间，用Sp,i表示设备处于第p个完整健康过程时所有原始状态评分降序排列后序号为i的原始状态评分，Tp,i表示Sp,i对应的持续时间，p≥1；所述完整健康过程，对于经历了停运检修的设备，是指从设备重新投运开始到出现结束标志的整个过程，对于未经检修就投入运行的设备，是指从投运开始到出现结束标志的整个过程；2)利用全状态集成法计算出设备所经历的第一个完整健康过程的故障率模型参数K1、C1，令设备所经历的全部过程的故障率模型参数均与K1、C1相同，即满足K'p＝K1,C'p＝C1，其中，K'p表示设备所经历的第p个完整健康过程的等效状态评分法的故障率模型比例参数，C'p表示设备所经历的第p个完整健康过程的等效状态评分法的故障率模型曲率参数；3)首先，通过下式求解出对于设备处于每个完整健康过程时的等效状态评分：S'p,i＝ap·Sp,i+bp其中，ap为第p个完整健康过程的等效状态评分模型比例系数，bp为第p个完整健康过程的常数项，S'p,i为第p个完整健康过程时所有原始状态评分降序排列后序号为i的原始状态评分对应的等效状态评分；上述ap和bp按以下方法确定：当p＝1时，a1＝1，b1＝0；当p>1时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟昭军，宋晓芳，李碧君，薛峰，方勇杰，崔晓丹，李峰，周野，朱兴兴，
申请(专利权)人：国家电网公司，国电南瑞科技股份有限公司，南京南瑞集团公司，江苏省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11