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一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置

阅读：127发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请公开了一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置，所述方法包括根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；根据所述最小路径集，确定结构函数；获取所述相关器件的可靠度；根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。本申请在断路器控制回路可靠性评估建模方面，主要根据断路器控制回路的结构、断路器控制回路内元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立可靠性概率模型，通过递推或迭代等过程精确求解模型，从而计算出系统的可靠性指标。本申请物理概念清晰，模型精度高。，下面是一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种断路器控制回路可靠性评估方法，其特征在于，包括：
根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；
根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；
根据所述最小路径集，确定结构函数；
获取所述相关器件的可靠度；
根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制回路包括跳闸回路，合闸回路，跳位监视回路，合位监视回路，防跳回路，跳闸压力回路和合闸压力回路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关器件包括继电器，继电器接点，断路器位置接点和线圈。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据最小路径集，确定结构函数的步骤包括：
确定每个最小路径集的结构函数；
根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定每个最小路径集的结构函数的公式包括：
其中，ΦAi(X)表示第Ai条最小路径集的结构函数，Xi为Ai上的第i个器件的状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数的公式包括：
其中，Φ(X)为所有最小路径集并联后的结构函数。
7.一种断路器控制回路可靠性评估装置，其特征在于，包括：
构造单元，用于根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；
第一确定单元，用于根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；
第二确定单元，用于根据所述最小路径集，确定结构函数；
获取单元，用于获取所述相关器件的可靠度；
计算单元，用于根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元包括：
第一确定子单元，用于确定每个最小路径集的结构函数；
第二确定子单元，用于根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数。

说明书全文

一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置

技术领域

[0001] 本申请涉及继电保护技术领域，特别涉及一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置。

背景技术

[0002] 作为保障电网安全的第一道防线，继电保护系统的可靠运行对电力系统的安全稳定有着重要意义，其误动、拒动也是触发或加速系统扰动并导致电网大面积崩溃的重要因
素。20世纪60年代以来多个国家的大停电事故为电力系统可靠性研究的发展提供了契机，
可靠性评估的理论方法和工程应用技术开始成熟，鉴于继电保护及安全控制装置对系统可
靠性的重要影响及装置本身可靠性问题的复杂性，保护系统可靠性逐渐被作为子系统单独
进行分析。

[0003] 现有的广泛使用的继电保护及二次回路(包括断路器控制回路)可靠性指标，诸如拒动率、误动率、正确动作率、故障频率、可用度、平均失效时间、平均失效前时间等，几乎都不顾及继电保护系统运行中可靠性的变化和面临的实际风险，在一定程度上限制了保护可
靠性建模和评估工作的进一步发展。对于断路器控制回路来说，可靠性评估所需要的一些
基础数据仍然缺乏，导致在分析过程中对可靠性评估所需要的基础数据做了假设，可靠性
评估可信度存疑。
发明内容

[0004] 本申请的目的在于提供一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置，以解决在分析过程中对可靠性评估所需要的基础数据做假设，可靠性评估可信度存疑的问题。

[0005] 一方面，根据本申请的实施例，提供了一种断路器控制回路可靠性评估方法，包括：

[0006] 根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；

[0007] 根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；

[0008] 根据所述最小路径集，确定结构函数；

[0009] 获取所述相关器件的可靠度；

[0010] 根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。

[0011] 进一步地，所述控制回路包括跳闸回路，合闸回路，跳位监视回路，合位监视回路，防跳回路，跳闸压力回路和合闸压力回路。

[0012] 进一步地，所述相关器件包括继电器，继电器接点，断路器位置接点和线圈。

[0013] 可选地，所述根据最小路径集，确定结构函数的步骤包括：

[0014] 确定每个最小路径集的结构函数；

[0015] 根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数。

[0016] 进一步地，所述确定每个最小路径集的结构函数的公式包括：

[0017]

[0018] 其中，ΦAi(X)表示第Ai条最小路径集的结构函数，Xi为Ai上的第i个器件的状态。

[0019] 进一步地，所述根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数的公式包括：

[0020]

[0021] 其中，Φ(X)为所有最小路径集并联后的结构函数。

[0022] 另一方面，根据本申请的实施例，提供了一种断路器控制回路可靠性评估装置，包括：

[0023] 构造单元，用于根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；

[0024] 第一确定单元，用于根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；

[0025] 第二确定单元，用于根据所述最小路径集，确定结构函数；

[0026] 获取单元，用于获取所述相关器件的可靠度；

[0027] 计算单元，用于根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。

[0028] 进一步地，所述第二确定单元包括：

[0029] 第一确定子单元，用于确定每个最小路径集的结构函数；

[0030] 第二确定子单元，用于根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数。

[0031] 由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置，所述方法包括根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠
性框图；根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；根据所述最小路径集，确定结构函数；获取所述相关器件的可靠度；根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。本申请在断路器控制回路可靠性评估建模方面，主要根据断路器控制回路
的结构、断路器控制回路内元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立可靠性概率模型，通过递推或迭代等过程精确求解模型，从而计算出系统的可靠性指标。本申请物理概念清晰，模型精度高。
附图说明

[0032] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

[0033] 图1为根据本申请实施例示出的一种断路器控制回路可靠性评估方法的流程图；

[0034] 图2为跳闸回路及合位监视回路图；

[0035] 图3为合位监视回路可靠性框图；

[0036] 图4为跳闸回路可靠性框图；

[0037] 图5为跳闸压力回路可靠性框图；

[0038] 图6为根据本申请实施例示出的一种断路器控制回路可靠性评估装置的结构框图。

具体实施方式

[0039] 断路器控制回路由于器件较多，回路接线较为复杂；某一器件或回路故障会导致断路器拒动、误动，从而引起系统风险。对断路器控制回路的可靠性评估，可以提升断路器控制回路的运维效果。

[0040] 参阅图1，本申请实施例提供了一种断路器控制回路可靠性评估方法，包括：

[0041] 步骤S1、根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；

[0042] 其中，所述控制回路包括跳闸回路，合闸回路，跳位监视回路，合位监视回路，防跳回路，跳闸压力回路和合闸压力回路。所述相关器件包括继电器，继电器接点，断路器位置接点和线圈。

[0043] 步骤S2、根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；

[0044] 最小路径集为{A1,A2,A3......}。

[0045] 步骤S3、根据所述最小路径集，确定结构函数；

[0046] 需要根据实际最小路径的串联或并联关系确定最终的结构函数。

[0047] 可选地，所述根据最小路径集，确定结构函数的步骤包括：

[0048] 确定每个最小路径集的结构函数；

[0049] 由于每一个最小路径中各个方框之间都是串联关系，因此，所述确定每个最小路径集的结构函数的公式包括：

[0050]

[0051] 其中，ΦAi(X)表示第Ai条最小路径集的结构函数，Xi为Ai上的第i个器件的状态。Xi是布尔型的，因此在展开的过程中应该按照布尔型的计算方法来将Xi展开，多个相同的元件状态可以相乘以后合为一个。

[0052] 根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数。

[0053] 如果控制回路由各个串联的最小路径集并联而成，所述根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数的公式包括：

[0054]

[0055] 其中，Φ(X)为所有最小路径集并联后的结构函数。

[0056] 步骤S4、获取所述相关器件的可靠度；

[0057] 步骤S5、根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。

[0058] 用各个元件的可靠度代替式上式中的Xi就能够算出回路的可靠性函数。根据上述最小路径计算回路的可靠度方法，结合各个回路的可靠性框图就能够计算出各个回路的可
靠性。其中，有些元件的可靠度可以直接替代，有些元件的可靠度需从其他控制回路计算得到。

[0059] 本申请在断路器控制回路可靠性评估建模方面，主要根据断路器控制回路的结构、断路器控制回路内元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立可靠性概率模型，通过递推或迭代等过程精确求解模型，从而计算出系统的可靠性指标。本申请物理概念清晰，模型精度高。

[0060] 断路器控制回路主要包括断路器的跳闸、合闸回路，继电保护装置主要通过断路器的跳闸、合闸回路来控制断路器。断路器跳合闸回路的可靠性直接关系到继电保护系统
的可靠性。本申请首先对断路器控制回路进行解析，然后按照逻辑关系生成各功能回路的
可靠性框图，再根据可靠性框图，按照最小路径法，给出了控制回路的可靠性概率公式。由于断路器控制回路较为复杂，现以断路器跳闸回路为例对该方法进行阐述。

[0061] 跳闸保持回路及合位监视回路图如图2所示，图中TQ为跳闸线圈，跳闸线圈在通电之后需要短暂延时才能使断路器跳闸。R11和R12为电阻，防止监视回路流过电流过大。TQ2为常开接点，当断路器处于合位时，该接点闭合，当断路器处于跳位时，TQ2断开。TBJ为跳闸保持继电器，当TBJ励磁时，TBJ接点闭合，为跳闸线圈TQ持续供电，保证断路器能够跳闸。
HWJ1、HWJ2为合闸位置继电器，监视回路中设置多个合闸位置继电器的目的是增加接口数
量，方便信息输出。LP2为保护跳闸压板。TYJ1常闭接点和TYJ2常闭接点分别由跳闸压力回路上的TYJ1继电器和TYJ2继电器控制，当跳闸压力低或者气压不足时，发出跳闸压力信号
或气压不足信号，跳闸压力回路上的TYJ1和TYJ2继电器动作，跳闸回路上的TYJ1常闭接点
和TYJ2常闭接点断开，跳闸回路断路，无法完成跳闸，从而完成跳闸闭锁功能。

[0062] 图2是RCS-941内置断路器控制回路接线，RCS-941是主流继电保护厂家的主流装置，目前国内110kV断路器控制回路基本都是此种构成原理，其他电压等级断路器控制回路与此相比，原理相同，具体构造稍有差异。

[0063] 一、根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造跳闸回路可靠性框图：

[0064] (1)合位监视回路可靠性框图

[0065] 当断路器处于合闸位置，而保护装置没有发出跳闸信号，也没有手动跳闸信号时，控制回路处于合位监视环节。

[0066] 断路器常开接点闭合，直流电源通过HWJ1、HWJ2、R11、R12、断路器常开接点、TQ形成回路，监视跳闸线圈之中流过电流，该回路就是监视回路。依据图2以及上述跳闸回路原理，可得出合位监视回路可靠性框图，如图3所示。

[0067] (2)跳闸回路及跳闸压力回路可靠性框图

[0068] 跳闸回路分为保护装置跳闸回路和手动跳闸回路.

[0069] 对于保护装置跳闸回路,当微机继电保护装置发出跳闸信号之后，TJ接点闭合，LP2跳闸压板投入跳闸功能，当气压足够且跳闸压力足够时，跳闸压力回路不接通，TYJ2继电器不动作，跳闸回路中的常闭接点TYJ2不断开。TQ2常开接点在跳闸信号出现之前就已经闭合。因此，电流通过TJ接点、TYJ2接点、LP压板、TBJ继电器、TQ2接点和TQ形成回路给跳闸线圈TQ持续供电，保证断路器跳闸。

[0070] 对于手动跳闸回路，当工作人员手动跳闸时，如果气压足够并且跳闸压力足够，跳闸压力回路无电流，TYJ1继电器不动作，常闭接点TYJ1不断开。TQ2在跳闸信号出现之前就己经闭合。因此,电流通过手跳接点、TYJ1接点、TBJ继电器、TQ2接点和TQ形成回路，TBJ继电器动作，TBJ接点闭合。TBJ接点、TBJ继电器、TQ2接点和TQ形成回路给跳闸线圈TQ持续供电，保证断路器跳闸。

[0071] 根据上述工作原理，跳闸回路可靠性框图如图4所示。

[0072] 在图4中，跳闸回路到了TQ框图阶段就已经给TBJ继电器通电，但是还需要TBJ继电器动作使TBJ接点闭合给TQ线圈供电，保证断路器跳闸。该跳闸保持回路也需要经过TQ、TQ2接点，但是跳闸回路正确动作已经保证了TQ2接点闭合和TQ跳闸线圈正确动作，在后续的计算中前面的跳闸回路可靠性已经包含了TQ2接点闭合和TQ线圈正常工作的概率，因此在跳
闸回路的可靠性框图上加一个TBJ接点闭合概率即可。

[0073] 跳闸回路中，TYJ1和TYJ2跳闸压力接点是由跳闸压力回路控制。跳闸压力回路的可靠性框图如图5所示。

[0074] 其他回路可以仿照以上方法构造可靠性框图。

[0075] 二、根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集

[0076] 对于跳闸回路，首先画出的跳闸回路可靠性框图，可知，框图中可以看成支路1与支路2串联，支路1是一个并联子系统包括两个串联支路3和4。支路3包括TJ接点闭合、LP2压板闭合、TYJ1接点闭合，三个串联；支路4包括手跳闭合、TYJ2接点闭合，两个串联；支路2包括TQ2接点闭合、TQ导通、TBJ接点闭合，三个串联。由此，最小路径集包括支路3和支路4和支路2。

[0077] 三、根据所述最小路径集，确定结构函数

[0078] (1)写出支路3和支路4和支路2的结构函数：

[0079] φC3＝XTJ闭合XLP2闭合XTYJ1闭合；

[0080] φC4＝X手跳XTYJ2闭合；

[0081] φC2＝XTQ2闭合XTQ闭合XTBJ闭合；

[0082] (2)由于支路1是由支路3和支路4并联而来，所以：

[0083]

[0084] (3)支路1与支路2串联，所以得到最终的跳闸回路的结构函数为

[0085]

[0086] 四、获取所述相关器件的可靠度

[0087] 五、根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性

[0088] 在跳闸回路中，X不能简单地由P代替掉，因为部分元件由其他控制回路控制的，那些元件的P必须由专门的二次回路来计算。例如跳闸回路中的PTYJ1接点闭合是需要通过其他回路计算得到的。

[0089] 跳闸回路的TYJ接点闭合的概率就必须由跳闸压力回路来确定。根据跳闸压力回路中元件的关系得出跳闸压力回路导通的概率，即当有气压不足或者跳闸压力不足的情况
时，TYJ1和TYJ2常闭接点断开的概率如式(4)所示:

[0090] PTYJ1断开＝PTYJ2断开＝P跳闸压力回路导通＝P跳闸压力不足P气压不足PTYJ1继电器PTYJ2继电器；

[0091] 其中，PTYJ1继电器和PTYJ2继电器表示TYJ跳闸压力继电器正常工作的概率。因此在有气压不足信号或者跳闸压力不足的情况下，只有跳闸压力回路故障了，跳闸回路上的TYJ才能正常闭合。因此在气压不足或者跳闸压力不足的情况时，跳闸回路的TYJ1和TYJ2接点闭合的概率如下式所示：

[0092] PTYJ1接点闭合＝PTYJ2接点闭合＝1-P跳闸压力不足P气压不足PTYJ1继电器PTYJ2继电器；

[0093] 但是当跳闸压力足够也没有气压不足信号时，TYJ1和TYJ2常闭接点只有在接点故障情况下才会跳开。因此，跳闸压力足够也没有气压不足的信号时，TYJ1和TYJ2常闭接点闭合的概率为接点正常工作的概率。

[0094] 综上所述，TYJ1和TYJ2常闭接点闭合的概率如下式所示:

[0095]

[0096] 在跳闸回路中导通的条件是TYJ1接点和TYJ2接点闭合，从而手跳回路或保护装置跳闸回路能够形成回路完成跳闸，所以将跳闸回路结构函数φ跳闸回路(X)中XTYJ1接点闭合和XTYJ2接点闭合用PTYJ1接点闭合和PTYJ2接点闭合代替，其他X用相应的P来代替。断路器跳闸的概率如下式所示：

[0097] P(跳闸)＝PTJ接点PLP2闭合PTYJ1接点闭合PTQ2接点闭合PTQPTBJ接点闭合+P手跳PTYJ2接点闭合PTQ2接点闭合PTQPTBJ接点闭合-PTJ接点闭合PLP2接点闭合PTYJ1接点闭合PTYJ2接点闭合PTQ2接点闭合PTQPTBJ接点闭合P手跳[0098] 式中PTJ接点闭合是由微机保护装置成功发出跳闸信号的概率决定的。PTJ接点闭合概率代表着微机保护装置给断路器控制回路成功发送跳闸命令，而TJ接点根据跳闸命令成功闭合的概率。P手跳代表工作人员手动跳闸，而手动合闸接口有电流输入。

[0099] 另外，当确定为工作人员手动跳闸时，P手跳为手动跳闸接口正常工作的概率，而PTJ接点为微机保护没有发送跳闸命令而跳闸接点TJ误动的概率。而当微机保护发送跳闸命令而没有人工手动跳闸时，P手跳为手动跳闸信号出口故障的概率，而PTJ接点为跳闸接点TJ正常工作的概率。

[0100] 参阅图6，本申请的实施例提供了一种断路器控制回路可靠性评估装置，包括：

[0101] 构造单元1，用于根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠性框图；

[0102] 第一确定单元2，用于根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；

[0103] 第二确定单元3，用于根据所述最小路径集，确定结构函数；

[0104] 获取单元4，用于获取所述相关器件的可靠度；

[0105] 计算单元5，用于根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。

[0106] 进一步地，所述第二确定单元3包括：

[0107] 第一确定子单元，用于确定每个最小路径集的结构函数；

[0108] 第二确定子单元，用于根据每个最小路径集的结构函数，确定每个最小路径集并联后的结构函数。

[0109] 由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种断路器控制回路可靠性评估方法及装置，所述方法包括根据断路器控制回路的基本原理及与相关器件，构造出控制回路可靠
性框图；根据所述控制回路可靠性框图，确定最小路径集；根据所述最小路径集，确定结构函数；获取所述相关器件的可靠度；根据所述结构函数和所述相关器件的可靠度，计算控制回路的可靠性。本申请在断路器控制回路可靠性评估建模方面，主要根据断路器控制回路
的结构、断路器控制回路内元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立可靠性概率模型，通过递推或迭代等过程精确求解模型，从而计算出系统的可靠性指标。本申请物理概念清晰，模型精度高。

[0110] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识
或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的
 权利要求指出。

[0111] 应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

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