淺析變電站微機綜合自動化系統(tǒng)的可靠性運行

1、<p>　　淺析變電站微機綜合自動化系統(tǒng)的可靠性運行</p><p>　　[摘 要]針對變電站微機綜合自動化系統(tǒng)從系統(tǒng)硬、軟件的可靠性以及人為操作引起的故障等方面進行分析并針對以上提出提高系統(tǒng)可靠性的措施和要求。 </p><p>　　[關鍵詞]變電站 綜合自動化系統(tǒng) 可靠性 </p><p>　　中圖分類號：TM 文獻標識碼：A 文章編號：1009-91

2、4X（2015）35-0393-01 </p><p>　　變電站綜合自動化系統(tǒng)的可靠性是指變電站綜合自動化系統(tǒng)工作的可靠性程度，而可靠性是對微機變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本要求。 </p><p>　　1 可靠性的基本理論 </p><p>　　系統(tǒng)指由若干基本元件或子系統(tǒng)有機組合起來， 可完成某種預定功能的整體。系統(tǒng)可靠性是指一個系統(tǒng)在預定時間內(nèi)， 在規(guī)定的條件下

3、完成規(guī)定功能的能力。 </p><p>　　一般有以下幾種典型的系統(tǒng)可靠性模型： </p><p>　　（1） 串聯(lián)系統(tǒng)（series system） 模型 </p><p>　　串聯(lián)系統(tǒng)是指系統(tǒng)中當任何一個元件失效時， 均會構成系統(tǒng)失效的一種系統(tǒng)。也就是說， 組成系統(tǒng)的全部元件必須正常工作時， 整個系統(tǒng)才算正常工作 </p><p>　　（

4、2） 并聯(lián)系統(tǒng)（parallel system）模型 </p><p>　　并聯(lián)系統(tǒng)中只有當所有元件失效時系統(tǒng)才會失效。只要系統(tǒng)中有1個元件正常工作， 就認為系統(tǒng)是正常工作。 </p><p>　?。?） 混聯(lián)系統(tǒng)模型 </p><p>　　工程系統(tǒng)并非只有單純的串聯(lián)和單純的并聯(lián)， 也有串并或并串等混合模型。具體系統(tǒng)應具體分析。 </p><p&

5、gt;　　2 變電所綜合自動化系統(tǒng)可靠性分析 </p><p>　　變電所綜合自動化系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能就是完成對系統(tǒng)控制、監(jiān)視、測量、保護、自動控制、所內(nèi)自動化管理及遠程通信等功能。一般組成變電所綜合自動化系統(tǒng)的元件都屬于可修復元件， 所以該系統(tǒng)屬于可修復系統(tǒng)。在可修復系統(tǒng)中， 系統(tǒng)不僅指物， 而且還包括人――檢修人員。該系統(tǒng)采用分層分布式結構， 由站級管理層、網(wǎng)絡通信層、間隔設備層三部分組成。 </p&g

6、t;<p>　　硬件設備作為基本元件， 通信網(wǎng)絡是其中的一個子系統(tǒng)。系統(tǒng)的可靠性取決于組成元件的可靠性和系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構， 同時軟件的可靠性和人為操作引起的故障對系統(tǒng)可靠性有很大影響。以下從變電所綜合自動化系統(tǒng)的硬件、網(wǎng)絡結構、軟件可靠性以及人為故障進行分析。 </p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件可靠性分析 </p><p>　?。?）硬件可靠性有關指標 </p>

7、<p>　?、倏煽慷?R（t）： 元件或系統(tǒng)在預定的時間內(nèi)及在規(guī)定的條件下，完成其規(guī)定功能的成功概率。 </p><p>　?、诳捎寐蔄（t）：元件或系統(tǒng)在規(guī)定條件下及在特定時刻，能夠維持其功能的概率。 </p><p>　?、酃收下师耍涸趩挝粫r間內(nèi)的平均故障次數(shù)。 </p><p>　?、芷骄鶡o故障工作時間MT-TF：可修復元件從投入使用到失效需

8、要檢修為止的平均工作時間。 </p><p>　?、菪迯吐?μ： 元件在發(fā)生故障的條件下， 在單位時間內(nèi)修復的概率。 </p><p>　　⑥平均修復時間 MTTR ： 元件故障后修復時間的平均值。 </p><p>　?。?）系統(tǒng)硬件的可靠性 </p><p>　　變電所綜合自動化系統(tǒng)的硬件主要分布在兩層 （站級管理和間隔設備層）上。站級管

9、理層設備有主監(jiān)控單元。間隔設備層設備有繼電保護、測控裝置。對于采用工業(yè)以太網(wǎng)， 還包括相應網(wǎng)絡設備， 即工業(yè)以太網(wǎng)交換機及通信控制器。每個裝置都是由許多功能插件組成，每一插件又由許多元件組成。因此， 從根本上講， 系統(tǒng)的可靠度取決于元件的可靠度以及它們的串、并或冗余配置的組合方法。 </p><p>　　2.2 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡結構的可靠性 </p><p>　　目前綜合自動化系統(tǒng)間隔層設備與

10、變電所綜合自動化系統(tǒng)主干網(wǎng)絡結構方案有以下模式： </p><p>　　模式一： 間隔層設備采用現(xiàn)場總線直接與主監(jiān)控單元智能接口模塊相連。由于供電設備的多樣化， 使得系統(tǒng)網(wǎng)絡結構形式受制于被保護和控制的設備。而不同公司的產(chǎn)品其接口標準差異較大， 致使系統(tǒng)主干網(wǎng)絡為多種現(xiàn)場總線共存模式，主 要 有 Canbus、Modbus、RS232/422/485總線等。 </p><p>　　模式二：

11、 間隔層設備的通信采用現(xiàn)場總線， 在開關柜內(nèi)總線連接后經(jīng)通信處理器轉換為以太網(wǎng)接口， 通過交換機構成星型以太網(wǎng)， 與主監(jiān)控單元進行數(shù)據(jù)傳輸。當間隔設備層某一繼電保護或測控裝置故障后， 該裝置停運并發(fā)出報警信號， 這時其它裝置和整個系統(tǒng)仍能繼續(xù)運行， 綜合自動化系統(tǒng)僅喪失故障裝置部分的功能。當主監(jiān)控單元或交換機故障時， 整個系統(tǒng)故障。因此， 按可靠性分析，這既不是串聯(lián)系統(tǒng)， 也不屬于并聯(lián)系統(tǒng)。 </p><p>　

12、　2.3 系統(tǒng)軟件的可靠性 </p><p>　　軟件可靠性定義：軟件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間周期內(nèi)執(zhí)行所要求功能的能力。 </p><p>　　軟件可靠度定義：軟件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間周期內(nèi)不引起系統(tǒng)故障的概率。 </p><p>　?。?）軟件質(zhì)量的可靠性指標軟件故障與硬件不同，只要查找出軟件中的缺陷并加以修正，以后就不會再重復出現(xiàn)，提高了可靠性，所以故

13、障率 h（t） 不是常值。軟件質(zhì)量是很多因素及指標的綜合反映。 </p><p>　　決定軟件質(zhì)量的因素有： </p><p>　?、贂r間因素。MTBF、MTTR、MTBSD（系統(tǒng)平均不工作間隔時間）和平均操作錯誤間隔時間（MTB-HE） 等。 </p><p>　?、谌毕蓊l數(shù)。軟件缺陷數(shù)、文件缺陷數(shù)、致命缺陷數(shù)、用戶提出的補充要求數(shù)等。 </p>&

14、lt;p>　?、叟c軟件可靠性有關的百分率?？煽啃?、可維護性、有效性、故障率、不合格率、延遲率、錯誤操作率、原因不明率、同故障事件率等。 </p><p>　?、軐浖耐度?。完成軟件所用不同水平人員的工時數(shù)、軟件檢查項目數(shù)、對用戶的要求采取對策的費用等。 </p><p>　　⑤軟件特性。如軟件系統(tǒng)特點（在線、實時、離線等） 、計算機性能、所用體制與質(zhì)量標準。 </p>

15、<p>　?。?）變電所自動化系統(tǒng)的軟件故障 </p><p>　　①通信規(guī)約未全面通過。這是現(xiàn)場自動化系統(tǒng)無法運行和不正常運行的主要原因。 </p><p>　?、诮M態(tài)軟件整定錯誤， 引起故障。 </p><p>　　③應用軟件缺陷引起故障等。軟件故障將直接影響軟件的可用度，而使可用率降低。軟件故障的平均修復時間（MTTR） 一般較長。因此， 要求軟件

16、在未經(jīng)全面測試情況下盡量不要投入現(xiàn)場運行。 </p><p>　　2.4 變電所綜合自動化系統(tǒng)人為操作引起的故障人為操作引起的故障取決于值班員、計算操作員的技術水平， 對系統(tǒng)硬、軟件掌握的熟練程度， 以及工作時的精神狀態(tài)等。對系統(tǒng)掌握的熟練程度包括：對組態(tài)工具的理解和熟練程度； 對各種通信規(guī)約特性的了解程度； 對硬件安裝和維護的理解及熟練程度。 </p><p><b>　　3

17、結論 </b></p><p>　　通過上述分析和討論，為提高變電所綜合自動化系統(tǒng)的可靠性，應達到如下要求。 </p><p>　　3.1 對硬件要求 </p><p>　?。?）對重要的變電所，采用設備冗余配置； </p><p>　?。?）系統(tǒng)各單元硬件故障大多是由于元件老化、磨損和其它物理原因所引起，若變電站自動化系統(tǒng)各裝置

18、均可自診斷， 當某裝置出現(xiàn)故障時能自動停運，系統(tǒng)僅喪失部分功能，其它單元和整個系統(tǒng)仍繼續(xù)運行，這樣就能提高 MTBF； </p><p>　　（3）能實現(xiàn)帶電拔插， 現(xiàn)場有充足的備品備件。這樣可減少平均修復時間 MTTR，提高可用率； </p><p>　?。?）提高供電電源質(zhì)量。電源的故障率同其它單元板相比要高得多。而且系統(tǒng)一般因外部干擾引起的故障中大部分由電源干擾引起， 因此， 提高供

19、電電源質(zhì)量是很重要的。 </p><p>　　3.2對通信網(wǎng)絡要求 </p><p>　?。?）加強變電所綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾措施， 注意合理的屏蔽和完善接地系統(tǒng)； </p><p>　?。?）網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)盡量使用光纖傳輸系統(tǒng)， 加強系統(tǒng)抗電磁干擾的能力； </p><p>　?。?）合理選用高可靠性的網(wǎng)絡拓撲結構， 并可采用雙網(wǎng)冗余系統(tǒng)。

20、 </p><p>　　3.3 對軟件要求 </p><p>　　（1）與調(diào)度主站的通信規(guī)約采用標準成熟的規(guī)約， 以避免規(guī)約轉換； </p><p>　?。?）變電站內(nèi)的通信采用可實現(xiàn)互操作性和互換性的規(guī)約； </p><p>　?。?）各廠家編制的規(guī)約必須通過全面的測試考驗； </p><p>　?。?）組態(tài)軟件和應