变电站自动化系统的可靠性分析

变电站自动化系统的可靠性分析
徐立子
(中国电力科学研究院，北京 100085)
摘 要：变电站自动化系统的可靠性是电网安全经济调度极为重要的因素。文中阐述了可靠性的基本概念；对变电站自动化系统（SAS）的可靠性进行了分析，并对提高SAS可靠性的措施提出了建议。
关键词：变电站自动化系统；可靠性分析；通信规约；远方终端装置

IEC 61850对变电站自动化系统的定义是：变电站自动化系统（SAS）就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化。变电站自动化系统的功能就是完成控制、监视和保护变电站的设备及其馈线，以及SAS的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。变电站自动化系统故障一般有如下类型：硬件故障、软件故障和人为操作引起的故障。因此，为了保证电网的安全经济调度，有必要对变电站自动化系统进行可靠性分析。
1 变电站自动化系统硬件可靠性分析
1.1 可靠性的基本概念
可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性贯穿于自动化系统的整个开发和运行过程，包括结构设计、制造、工厂验收(FAT)、现场验收(SAT)、运行和管理等各个环节。
可靠性工程涉及元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各个方面。
元件按规范规定的要求完成规定功能的状态称为正常状态(normal state)。把不可修复元件终止执行规定的功能称为失效(invalidation)。把可修复元件终止执行规定的功能称为故障(failure) 。
一般组成变电站自动化系统的元件都属于可修复元件。所以该系统属于可修复系统。
1.2 硬件可靠性有关指标
（1）可用性(availability)。元件或系统在规范规定的条件下执行规定功能的概率。
（2）可用率A(t)(availability at time t)。元件在起始时刻正常工作的条件下，在时刻t正常工作的概率，用百分率表示。
（3）故障率h(t)(failure rate)。元件从起始时刻直至时刻t的完好条件下，在时刻t以后单位时间内发生故障的概率，单位用10-9次故障/h表示。
（4）平均无故障工作时间(Mean Time to Failure，MTTF)。MTTF表示元件寿命的数学期望值。
当故障率h(t)为常数l时，可导出MTTF= 1/λ。当考虑修复效果后，MTTF可用故障间的平均时间 (Mean Time Between Failure, MTBF) 表示。
（5）平均修复时间 (Mean Time to Repair，MTTR)。
从元件故障起到完成首次修复所需的时间称为修复时间。平均修复时间为修复时间的期望值。
（6）修复率 m(t)(repair rate)[6]。元件在起始时刻正常完好状态，直至时刻t发生故障的条件下，在时刻t之后每单位时间内修复的概率。
对于可修复元件，若修复率为常数，则表示元件无论何时发生故障，只要时间间隔相同，元件被修复的机会都相同。
当故障率和修复率均为常数即h(t)=λ，m(t)=m 时可靠性指标间有如下关系：