• ISSN 0258-2724
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城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估

林圣 林晓鸿 冯玎

林圣, 林晓鸿, 冯玎. 城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(6): 1102-1109. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.002
引用本文: 林圣, 林晓鸿, 冯玎. 城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(6): 1102-1109. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.002
LIN Sheng, LIN Xiaohong, FENG Ding. Reliability Evaluation of Relay Protection for Traction Substation of Urban Rail Transit[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1102-1109. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.002
Citation: LIN Sheng, LIN Xiaohong, FENG Ding. Reliability Evaluation of Relay Protection for Traction Substation of Urban Rail Transit[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(6): 1102-1109. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.002

城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.06.002
详细信息
    作者简介:

    林圣(1983—),男,副教授,博士,研究方向为牵引供电系统健康诊断与主动维护,E-mail: slin@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U224.4

Reliability Evaluation of Relay Protection for Traction Substation of Urban Rail Transit

  • 摘要: 为了掌握城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性,寻找继电保护系统薄弱环节,为故障排查提供指导,进行城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性评估研究. 首先针对城市轨道交通牵引变电所继电保护系统特点,确定可靠性指标;其次根据系统构成及其故障模式,建立继电保护装置故障树模型以及不同配置方案的保护系统故障树模型;最后考虑微机自检功能,基于马尔科夫理论及蒙特卡洛方法,仿真计算城市轨道交通牵引变电所继电保护可靠性指标. 研究结果表明:方法能够获取丰富的可靠性指标,进行牵引变电所继电保护可靠性评估,从而识别系统薄弱环节;自检率为0.9时,继电保护装置误动故障概率占装置故障概率比例高出拒动故障17.93%,装置误动及拒动自检成功率分别为86.09%与74.37%,保护装置可用度为99.88%;后备保护能够降低保护系统拒动概率,但由其误动造成的保护系统误动占比30%~50%,因此,在选用保护配置时需要考虑保护误动风险影响.

     

  • 图 1  牵引变电所继电保护装置动态故障树模型

    Figure 1.  DFT of relay protection device in traction substation

    图 2  不同配置方案下牵引变电所继电保护系统动态故障树模型

    Figure 2.  DFT of relay protection system for traction substation with different configuration schemes

    图 3  考虑自检功能的PAND逻辑门Markov链及状态空间

    Figure 3.  PAND state and its corresponding Markov chain and space diagram with self-test function

    图 4  可靠性评估结果

    Figure 4.  Reliability evaluation results

    图 5  主、后备保护故障率对系统稳态可用度影响程度

    Figure 5.  Influence degree of failure rate of main and backup protection on system steady state availability

    表  1  继电保护装置硬件元件故障率

    Table  1.   Fault rate of hardware component of relay protection

    元件类型 故障率 元件类型 故障率 元件类型 故障率
    AI 22.562 CPU 36.738 MEM 36.738
    DI 22.562 PSU 11.400 SC 7.000
    DO 7.544 BT 7.544
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    表  2  可靠性指标

    Table  2.   Reliability index

    类型 概率/
    × 10–4
    频率/
    ( × 10–5次•h–1
    tMTBF/h
    硬件误动 5.055 8.523
    可自检硬件误动 3.069 7.673
    硬件拒动 2.994 5.092
    可自检硬件拒动 1.626 4.066
    硬件故障 7 338.9
    不可自检硬件故障 53 266.0
    软件子系统 130 550.0
    装置误动 7.074 8.912 11 212.0
    不可自检装置误动 80 619.0
    装置拒动 4.923 5.467 18 283.0
    不可自检装置拒动 71 348.0
    装置故障 12.000 14.370 6 946.1
    不可自检装置故障 37 836.0
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    表  3  不同自检率稳态可用度

    Table  3.   Steady state availability of different self-test rates

    类型 c
    0.82 0.86 0.90 0.94 0.98
    误动 99.915 99.922 99.929 99.938 99.945
    拒动 99.942 99.947 99.951 99.956 99.960
    故障 99.857 99.869 99.880 99.894 99.904
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    表  4  不同自检率基本单元模式重要度

    Table  4.   Basic model importance of different self-test rates

    基本单元 c
    0.80 0.85 0.90 0.95
    DO 0.020 0.017 0.015 0.009
    BT 0.041 0.035 0.028 0.018
    DI 0.116 0.102 0.086 0.058
    AI 0.116 0.102 0.086 0.058
    CPU 0.190 0.166 0.140 0.093
    MEM 0.187 0.166 0.139 0.093
    PSU 0.144 0.173 0.218 0.286
    SOFT 0.187 0.238 0.289 0.387
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    表  5  不同配置方案可靠性基础数据

    Table  5.   Reliability data for different configuration schemes

    保护类型 误动率/(× 10–5
    次•百台–1•h–1)
    拒动率/(× 10–5
    次•百台–1•h–1)
    修复率/
    (次•h–1)
    主保护 10.261 10.274 0.019
    后备保护 8.672 10.274 0.016
    近后备保护 8.672 10.274 0.016
    远后备保护 6.476 10.274 0.016
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    表  6  不同配置方案牵引变电所继电保护可靠性

    Table  6.   Relay protection reliability of traction substation with different configuration schemes

    配置方案 误动概率
    /× 10–2
    拒动概率
    /× 10–5
    后备误动概率
    /× 10–3
    两套主保护 1.07 2.76
    一套主保护和
    一套后备保护
    1.07 3.23 5.40
    两套主保护和
    一套后备保护
    1.60 430.00 5.40
    两套主保护和
    两套后备保护
    2.13 0* 10.70
    两套主保护及远、
    近后备保护
    2.00 0* 9.40
      注:“0*”表示该值为无限接近于0的正数,非真     实数值0.
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  • 收稿日期:  2016-10-25
  • 刊出日期:  2018-12-01

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