基于模糊层次分析法的继电保护装置健康指数模型研究

引言

继电保护装置是电网安全稳定运行的第一道防线,因此,及时准确地了解智能变电站继电保护装置的运行状态可为运维人员提供决策参考。

目前,大多数研究集中在继电保护装置的状态评价,然而对继电保护装置的可靠性评估尚处于一个初步阶段。故障率是评价电气设备可靠性的一个重要指标,一般可以通过对现有运行数据统计分析得到,但在数据不多的情况下会导致评价结果滞后、不准确。为此,本文在借鉴他人模型的基础上,结合自身的研究,将设备的状态评价与可靠性评估方法相结合,以继电保护装置监测信息和历史数据为输入量,用模糊层次分析法获取继电保护装置的健康指数,进而构建继电保护装置的故障率模型。

1基于模糊层次分析法的健康指数模型

1.1基于健康指数的设备故障率计算模型

电气设备的健康指数HI(HealthIndex)可以反映设备的健康程度[4],H1与故障率之间关系如下所示:

式中,入表示电气设备的故障率;H1代表设备的健康指数,H1取值范围为[0,100],H1值越大,表明设备越健康,故障率越低,反之则故障率越高;K为比例系数;C为曲率系数。

1.2继电保护装置运行指标体系的建立

智能站的推广是大势所趋,为此本文参照文献,综合考虑智能站继电保护装置的历史工况、实时数据以及统计数据,建立保护装置的健康状态综合评估体系,如图1所示。

根据企标《广东电网公司设备状态评价与风险评估技术导则》,电气设备的健康状态s=(s1、s2、s3、s4)=(正常、注意、异常、严重)。根据文献中描述的H1与设备健康程度的关系,可取s=(100、85、70、60)。

1.3权重和评判因素隶属度函数的确定

在建立继电保护装置指标体系后,本文参照文献,采取层次分析法确定各项目层以及指标层的权重。

在本文中,可通过半梯形和三角形相结合的隶属分布函数求取评判因素的隶属度,进而构建各因素评估集Ri。

1.4建立模糊综合评判模型

可通过各单因素评估集建立单因素评判矩阵R,则各项目层的模糊综合评判矩阵BUi计算如下:

式中,WUi代表的是项目层Ui各个指标的权重矩阵。

因此,继电保护装置模糊综合评判矩阵B的计算如下:

式中,W代表的是项目层各因素的权重矩阵。

1.5综合评价结果HI

综合评价结果HI计算公式为:

2算例分析

为了验证本文所提方法的有效性和合理性,以某220kV智能站合并单元的历史工况、实时数据以及统计数据为输入,结合实践经验,采用基于模糊层次分析法来计算保护装置的健康指数,其中指标输入值如表1所示。

由层次分析法分别计算项目层各因素权重W以及指标层各因素的权重值W1、W2、W3如下:

由式(2)可求得BU1、BU2如下:BU1=[0.2278,0.0079,0.1754,0.3167]:BU2=[0.2326,0.7644,0.0029,0]:BU3=[0.2891,0.7109,0,0]。

由式(3)得保护装置的整体运行指标B如下:B=[0.2452,0.4417,0.0726,0.1293]。

利用式(4)加权平均后,得到该保护装置健康指数HI=84.2765分,因此可判定该保护装置是属于注意状态(s2)。由此可见,待评估保护装置应加强巡视。

3结语

本文以继电保护装置历史信息和运行数据为输入,建立了基于模糊层次分析法的继电保护装置健康指数模型。该模型不仅能实际反映继电保护装置的健康状态和可靠性,也可为运维管理人员安排检修计划提供决策参考。