可靠性分析(可靠性分析報告)

更新時間:2023-03-01 19:26:35 閱讀：評論：0

可靠性分析的詳細內容

用概率統計方法對電力系統保證按規定的電能質量標準連續供電能力進行定量分析或評估。電力系統可靠性是指該系統按規定的電能質量保證向用戶連續供電的概率。分析研究電力系統可靠性的目的在于,從電力系統各個環節和側面研究使系統喪失正常功能的因素，提出定量的評價準則，尋求提高電力系統可靠性的途徑和方法。提高電力系統可靠性的根本對策在于整個系統（包括發電、輸電、變電、配電各個環節）的正確規劃與設計，保證合理的冗余度；精心的運行、操作與維護，減少發生故障的可能性，以求盡可能地提高設備的可用率。研究分析電力系統可靠性有助于提高系統的安全運行水平，促進可靠性管理，求得管理目標定量化、綜合化和規律化，有利于提高電力系統的經濟效益。1990年中國大陸的發電量為6105億千瓦時。若能提高發電設備的可靠性，使這些設備的可用率提高1%,就可多發電61億千瓦時。
簡史可靠性理論源于20世紀50年代。1956年，穆爾和C.E.香農研究了可靠性系統和冗余理論，奠定了可靠性理論的基礎。把可靠性理論運用到電力工業則始于60年代末。當時，由于電力系統規模擴大,聯網增多,單機容量越來越大，系統安全可靠的問題日益突出。加之在60年代，美、英、日本等國相繼發生多起大停電事故，造成極大的經濟損失，促使各國都高度重視電力系統的可靠性問題。1968年美國成立了全國電力可靠性協會。以后，蘇、英、法、日等國相繼成立了專門機構，擬訂可靠性準則，陸續建立電力設備可靠性數據庫。中國于1985 年1月由水利電力部頒布了《發電設備可靠性、可用率統計評價辦法》和《配電系統供電可靠性統計暫行規則》，同年成立中國電力可靠性管理中心，并初步建立起發電設備可靠性數據管理系統和配電系統可靠性數據管理系統，定期發布可靠性信息。
研究內容和方法電力系統可靠性研究的主要內容包括發電容量可靠性估計；互聯系統可靠性估計；發電和輸電組合系統可靠性估計；配電系統可靠性估計；發電廠、變電所主接線可靠性估計及繼電保護可靠性估計等。建立基本設備的可靠性數據庫也是研究的重要內容。
分析方法有解析法和模擬法兩類。解析法的特點是，首先建立電力系統可靠性數學模型，并通過數值計算求解。在給定的簡化假設條件下,一般可得到正確結果,因此應用很廣泛。但解法有時過于復雜。模擬法是把系統分成許多元素，這些元素的特性可通過概率分布加以預測，然后將這些元素特性組合起來確定系統的可靠性。模擬法分析比較靈活，但結果不夠精確。
發電容量可靠性估計發電容量可靠性估計的任務是在不考慮輸電系統可靠性約束的條件下，研究電力系統容量的逾度。當電力系統的可用發電容量大于負荷容量，電力系統容量是充裕的；當電力系統的可用發電容量小于負荷容量，電力系統將發生電力不足。發電容量可靠性估計廣泛應用于電力系統規劃及運行管理。進行這種估計主要分3步:建立機組停運容量概率模型；建立負荷的概率模型；合并機組停運容量概率模型與負荷概率模型，得到電力系統容量適應性模型，求出系統的可靠性指標。表示發電容量可靠性的指標有電力不足概率、電能不足期望值、停電頻率和持續時間。發電容量可靠性估計的方法主要有電力不足概率法、電能不足期望值法、頻率和持續時間法。
互聯系統可靠性估計互聯系統指用具有一定輸送能力的輸電線把兩個或多個彼此獨立的發電系統聯系起來的系統。研究互聯電力系統可靠性的任務是計算互聯系統的可靠性指標；研究合理的互聯結構；研究合理的互聯方針及提高互聯效益的措施。
研究互聯系統的主要方法有4種：①LOLP法,這是一種常用方法，它包括二維概率陣列法和支援容量概率法；②網絡流法；③頻率期間法；④模擬法。
發電和輸電組合系統可靠性估計發電廠以及把這些電廠發出的電能送到主要負荷點的輸電系統的總和稱為發電和輸電組合系統，其可靠性受發電系統及輸電系統兩方面的制約。它要求估計主要負荷點的可靠性指標，因此既要考慮輸電線的正常限制和臨時性限制，還要考慮輸電系統的某一部分受擾動而擴展為大范圍的系統故障。組合系統的可靠性包括兩個內容：逾度和安全性。逾度按靜態或事故后停運狀況分析，一是分析電源的可用容量是否滿足負荷需要；二是分析輸電線是否能在發熱容限內承載負荷，某些中樞點電壓波動是否超限。安全性指分析系統是否能保持穩定，是否會產生過負荷連鎖反應和電壓崩潰。逾度不足可能引起局部電力不足，須對用戶削減電力供應或削減電量供應。安全性不足將導致停電的蔓延或整個系統解列。在組合系統的逾度評估中，主要有事故枚舉法和蒙特卡羅法。前者屬于解析法，其中網絡法用得最廣。它的基本思想是用線性網絡流作為模型，并利用圖論算法尋找網絡的臨界最小割集，以此把系統的故障狀態分離出來，再通過計算與臨界最小割集有關的各種事件的概率組合，求出系統的故障概率。蒙特卡羅法可用以詳細模擬事故前的條件，發電和輸電停運以及運行中的實際問題。描述系統運行狀態的參數，如負荷、發電元件和輸電元件的狀態，均服從一定的概率分布。計算時按參數的概率分布用隨機抽樣來選擇參數。對選定的運行狀態進行試驗時可以根據一種或多種準則判斷選定的運行狀態是否為故障。模擬法的主要優點是，把電力系統狀態的綜合統計數據引進計算，它對計算一段時間的可靠性較合適。它的缺點是費時且誤差較大。
配電系統的可靠性估計配電系統包括一次配電線路、配電站、二次配電線路等。研究配電系統可靠性的意義，一是它量大面廣，涉及大量資金（見配電規劃）；二是在評估電力系統各個組成部分(發電、輸電、配電)時需要協調；三是需要研究合理的運行策略、維修策略和管理方案，不斷提高經濟效益。
配電系統有3個主要可靠性指標:平均故障率、平均停運持續時間和年平均停運時間。它們是在某種概率分布下的期望值。為了進一步反映系統停運的嚴重程度和重要性,可由這3個指標計算出其他的可靠性指標：系統平均停電頻率指標,以(停電次數)/(年·用戶)表示；用戶平均停電頻率指標，以(停電次數)/(受停電影響的用戶·年)表示；系統平均停電持續時間指標，以(小時)/(用戶·年)表示；用戶平均停電持續時間指標；以(小時) /(受影響的用戶·年)表示；平均供電可用率指標；電量不足指標，以千瓦時表示；平均電量不足,以(千瓦時)/(用戶·年)表示；平均用戶削減指標，以 (千瓦·時)/(受影響用戶·年)表示。
分析配電系統可靠性的基本方法是故障模式及后果分析，即查清每個基本故障事件及其后果，然后加以綜合。可靠性判據主要是供電的連續性。可以分析單一故障，也可分析雙重故障或故障與計劃檢修的重疊。必要時，還可考慮氣象條件的影響。
發電廠、變電所主接線可靠性估計發電廠和變電所的主接線包括：發電機、變壓器、斷路器、母線、互感器、隔離開關等。研究電氣主接線的可靠性時，一般假定電源為起點,以負荷母線為終點,然后分析計算由起點到終點的可靠性指標。估計電氣主接線的可靠性，有助于設計工程師選擇和比較不同主接線設計方案，計算不同方案的定量可靠性指標和投資，為技術經濟決策提供科學依據。一般電氣主接線的可靠性準則主要是供電連續性，即不停電為正常，停電為故障。對發電廠，還要求計算發出給定電力的概率。可靠性指標包括故障概率、頻率及平均無故障工作時間、平均停電時間等。
展望電力系統可靠性將在以下一些主要方面發展：①進一步完善可靠性數據庫，包括發電、輸電、配電的數據庫，改善信息收集和反饋的手段，發揮數據庫在規劃、管理、設備制造等多方面的功能。②可靠性估計將不僅僅用于規劃,而且用于實時控制,因此對可靠性模型和算法均要求有新的突破性進展。③發電和輸電組合系統的安全性將是優先注意的領域。人們將探討如何用概率方法來研究電力系統對一定緊急事故的響應能力。④可靠性準則將得到更充分的研究和應用。⑤研究可靠性和經濟性的最佳協調。
參考書目
郭永基編著:《電力系統可靠性原理和應用》(上、下冊)，清華大學出版社，北京，1985、1986。

簡述和分析可靠性的定義

可靠性：產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性的概率度量叫可靠度[1] 。
壽命是指產品使用的持續期。以“壽命單位”度量。在規定的條件下和在規定的時間內，產品故障的總數與壽命單位總數之比稱為“故障率”。故障率是可靠性基本參數，其倒數為平均故障間隔時間(MTBF)[1] 。
可靠性分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性用于描述產品的設計和制造的可靠性水平，使用可靠性綜合考慮了產品設計、制造、安裝環境、維修策略和修理等因素。從設計的角度出發，把可靠性分為基本可靠性和任務可靠性，前者考慮包括與維修和供應有關的可靠性，用平均故障間隔時間(MTBF)表示；后者僅考慮造成任務失敗的故障影響，用任務可靠度(MR)和致命性故障間隔任務時間(MTBCF)表示。對多數企業主要關心產品的固有可靠性和基本可靠性。對可修產品用平均故障間隔時間表示，對不可修產品用平均失效率表示，對一次性使用產品用平均壽命表示[1] 。
對產品而言，可靠度越高就越好。可靠度高的產品，可以長時間正常工作（這正是所有消費者需要得到的）；從專業術語上來說，就是產品的可靠度越高，產品可以無故障工作的時間就越長。
可靠度分析即求出各系統的運作機率的學問，例如機具的可靠度，將影響整個生產制造的流程規劃及控制。此外，可靠度的討論，也往往離不開系統的可用度(Availability)及維修度(Maintainability)。一般談到可靠度，多是指產品的可靠程度，顧名思義，也就是將產品的好壞特別以可靠度的方法表達出來，這種定義方式對于現今許多高單價及講求售后服務的產品而言，顯得十分重要。
分類
可靠度一般可分成兩個層次，首先是所謂組件可靠度(Reliability of component)。也就是將產品拆解成若干不同的零件或組件，先就這些組件的可靠度進行研究，然后再探討整個系統、整個產品的整體可靠度，也就是系統可靠度(Reliability of system)。組件可靠度分析的方法，其實就是統計分析，至于系統可靠度分析，較為復雜，可采行的方法也較多，
①按重要程度分配可靠度。
②按復雜程度分配可靠度。
③按技術水平、任務情況等的綜合指標分配可靠度。
④按相對故障率分配可靠度。
各部分有了明確的可靠性指標后，根據不同計算準則，進行零件的設計計算。主要的計算方法為：根據載荷和強度的分布計算可靠度或所需尺寸；根據載荷和壽命的分布計算可靠度或安全壽命；求出可靠度與安全系數間的定量關系，沿用常規設計方法計算所需尺寸或驗算安全系數。與可靠性設計有關的載荷、強度、尺寸和壽命等數據都是隨機變量，必須用概率統計方法進行處理。
數學表達式
可靠度函數可用關于時間 t 的函數表示，可表示為
R（t)=P(T>t)
其中，t 為規定的時間，T表示產品的壽命。
由可靠度的定義可知，R(t)描述了產品在（0，t）時間內完好的概率，且R(0)=1，R（+∞)=0。
可靠度工程
可靠度工程是結合管理與工程技術的一種科學，它牽涉到的工程技術主要有三方面：電子(機)工程、機械工程、及材料工程。高精密的科技產品，鮮有不與此三者有關者。惟可靠度本質上是將統計方法應用在各專業領域上的一種品保技術，并將可靠度實際設計進入產品中，方能確保產品品質。
可靠度試驗
測試產品可靠度指標的試驗就是可靠度試驗。可靠度試驗有環境試驗、機械應力試驗、耐氣候測試試驗、功能試驗、EMC及安規試驗等。
可靠性工程的發展
萌芽階段：二次世界大戰期間，德國在研制V1火箭中提出了系統可靠性的基本理論，據此V1火箭的可靠度達到75%。在朝鮮戰爭時期，美國60%的機載電子設備運到遠東后不能使用，50%的電子設備在儲存期間就失效。美國海軍有16、7萬臺電子設備，每年需更換100萬個電子元件，其中電子管的更換率比其他元件高5倍。1943年美國成立了“電子管研究委員會，專門研究電子管的可靠性問題。1949年美國無線電工程師學會成立了可靠性技術組——第一個可靠性專業學術組織誕生了[1] 。
可靠性工程創建階段：20世紀50年代美國在朝鮮戰爭中發現，不可靠的電子設備影響戰爭的進行，而且需要大量的維修費用，每年的維修費是設備采購費用的2倍！軍方和制造公司及學術界都卷入了可靠性的研究工作。1950年12月美國成立了“電子設備可靠性專門委員會”，到1952年3月便提出了有深遠影響的建議[1] ：
可靠性工程全面發展階段：20世紀60年代，隨著航空航天工業的迅速發展，可靠性設計和試驗方法被接受和應用于航空電子系統中，可靠性工程得到迅速發展[1] 。主要表現在：
改善可靠性管理，建立了可靠性研究中心，美國于1965年頒發了《系統與設備的可靠性大綱要求》，可靠性工程活動與傳統的設計、研制和生產相結合，獲得了較好的效益。羅姆航空發展中心組建了可靠性分析中心，從事與電子設備有關的電子與機電、機械件及電子系統的可靠性研究，包括可靠性預計、可靠性分配、可靠性試驗、可靠性物理、可靠性數據采集、分析等[1] 。

可靠性分析應用

可靠性框圖法為各種系統可靠性分析方法中最簡單的方法，但也是使用最為廣泛的方法。可靠性框圖是用方框標識系統各組成部分的故障或它們的組合如何導致產品故障的邏輯關系圖，它描述了系統各組成部分之間的可靠性關系，并能夠給出一個確切的數學表達式。典型的系統可靠性框圖有：串聯系統、并聯系統、表決系統、旁聯系統和網絡系統。可靠性框圖的研究基礎是概率論，適用場合為不可修系統。