电力系统远动_远动系统可靠性_1

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微机电源地(0V)和数字地的处理。
1)微机电源地采用浮地的方法。 2)微机电源地与机壳共地。 3)一点接地和多点接地问题。
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5
一点接地示意图
数字地和模拟地的处理。
1)数字地和模拟地共地,其连接方法如图所 示。
2)模拟地浮空的接线方式。 3)模拟地和数字地通过一对反相二极管相连
接。其连接方法如图所示。
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1.电磁干扰源分析
目前与电力系统有关的电磁干扰源有外部干 扰和内部干扰两方面。 ¾ 外部干扰源指的是与远动系统的结构无关,而是 由使用条件和外部环境因素决定的干扰源。对变 电站的RTU装置来说,外部干扰源主要有交、直 流回路开关操作、扰动性负荷(非线形负荷、波 动性负荷)短路故障、大气过电压(雷电)、静 电、无线电干扰和核电磁脉冲等。
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4
提高电磁兼容性和抗干扰能力的6大法宝:
(1)接地 (2)隔离 (3)屏蔽 (4)双绞 (5)吸收 (6)滤波
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1.接地
一次系统接地:处理一次系统接地时,应注意对 于引入瞬变大电流的地方应设多根接地线并加 密接地网,以降低瞬变电流引起的地电位升高 和地网各点电位差。
(1)设备接地线要接于地网导体交叉处。 (2)设备接地处要增加接地网络互连线。 (3)避雷针、避雷器接地点应采用两根以上的
(2)二次设备内,综合自动化系统中的测量和微机 保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、 二次绕组之间加设屏蔽层,这样可起电场屏蔽作 用,防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化 系统的相应部件。
(3)机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小 电容,可抑制外部高频干扰。
(4)执行端RTU的机柜和机箱采用铁质材料,本身 35 也是一种屏蔽。
一般,远动通道及通信设备均设计为双冗余备用结构。根 据通道的实际传输媒介的不同,通道冗余备用结构又可分为环 形结构和双T形结构。
双T结构图
特点:单T故障不会影响系统通信
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3
环型结构图
环型结构突出优点:各执行端除接收、执行来自调度端 的命令外,还对经过本站传送的报文进行中继放大(多为再 生中继方式),该方式下单点故障不会影响系统通信。
命的平均值。
平均无故障工作时间MTBF(Mean Time Between Fa ilure):
(可维修系统)系统两次相邻故障间的工作时间 的平均值。
MTTF 或
MTBF
=
1 λ
3
并联系统的可靠性: 如果组成系统的所有单元都失效,整个系统
才会失效,这种系统称为并联系统。
并联系统的可靠性:
1
2
R =1−(1− R1)*(1− R2)*......(1− RN )
概括表现为如下三类: 9 变电站设备的交流电源及直流电源受低频振动扰
动; 9 传导瞬变和高频干扰; 9 场的干扰。
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2.电磁干扰的耦合途径 电磁干扰耦合的途径可归纳为如下几
种:
(1)电容性耦合。 (2)电感性耦合。 (3)共阻抗耦合。 (4)辐射耦合
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3.电磁干扰可能造成的后果 (1)电源回路干扰的后果。 (2)模拟量输入通道干扰的后果。 (3)开关量输入、输出通道干扰的后果。 (4)CPU和数字电路受干扰的后果
BF以及系统利用率。
多冗余系统:效果进一步改善不明显,但成本大大 增加!
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服务器1
调度端
磁盘阵列
以太网交换机
磁带机
服务器2
调度员工作站1
调度员工作站2
通信前置机2 通信前置机1
设调度端系统各设备的可用率分别为:
服务器1:
A1 服务器2:A2
调度员工作站1:A4
通信前置机1: A6
以太网1:
A8
磁盘阵列A3 调度员工作站2:A5 通信前置机2: A7 以太网2:A9
换,故障或需要时切换运行。
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2
无冗余系统的可靠性:
单元系统:
MTBF1
=
1 λ
稳态有效度:
(系统利用率)
瞬时失效率
1
A1 =
λ 1+
1
λμ
对于两个相同单元组成的可维修并联热备用系修统复:率
A2 = A1 + (1 − A1) A1 = 1− A1 * A1 = 1− A12 ≥ A1
对可维修并联热备系统停机时间:
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返回本讲
6
三、外围接口电路的可靠性设计 1. 遥控输出电路
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¾ BJ1、BJ2起保护的作用。HJ、LJ分别为行、列继电器。 ¾ 计算机输出接口控制BJ、HJ、LJ。由HJ、LJ来确定被控对
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模拟地与数字地的连接图 模拟地与数字地通过二极管连接图
2.隔离
目的:通过隔离元器件把噪声干扰的路经切断, 从而达到抑制噪声干扰的效果。
1.模拟量的隔离(互感器,光电隔离) 2.开关量输入、输出的隔离 (光电隔离) 3.其他隔离措施 (继电器隔离)
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返回本讲
3.屏蔽
(1)一次设备与自动化系统输入、输出的连接采用 带有金属外皮(屏蔽层)的控制电缆,电缆的屏 蔽层两端接地,对电场耦合和磁耦合都有显著的 削弱作用。
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则调度系统的可用性模型为:
A1 A3
A2
A1+(1-A1)*A2 A3
A4
A6
A5
A7
A4+(1-A5)*A4 A6+(1-A6)*A7
A8 A9 A8+(1-A8)*A9
则系统可用性指标为As:
As=(A1+(1-A1)*A2)*A3*(A4+(1-A5)*A4)*(A6+(1-A6)*A7)*(A8+(1-A8)*A9)
接地线和加密接地网络。
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二次系统接地: 二次系统接地分安全接地(保护接地)和工
作接地两大类。
对工作接地要求是: 1)工作接地网(总线)各点电位应一致; 2)多个电路公用接地线时,其阻抗应尽量小; 3)由多个电子器件组成的系统,各电子器件的 工作接地应连在一起,通过一点与安全接地网相 连。
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1)保护性接地 ¾防电击接地 ¾防雷接地 ¾防静电接地 ¾ 2)功能性接地 ¾逻辑接地 ¾屏蔽接地 ¾信号回路接地
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二、电路优化设计
¾ CMOS电路在噪声容限方面优于TTL电路,因而执行端 的电路尽可能采用高速CMOS电路
¾ 遵循减额设计原则:“减额”使元器件产品在低于其额 定值的条件下工作。以降低元器件失效率和提高设备 可靠性。
¾ 对电源部分的设计:包括器件选择、绝缘设计、布线 设计、抗干扰、热稳定、通风等
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冗余系统定义:某一设备或系统与另一设备或系统的 基本功能完全相同,它们不管其中一个运行还是故 障,另一个都可以执行要求的功能。 冗余方式的系统配置方案:重要设备、信道、控制 终端、打印机等。
冗余配置的目的:提高系统的可靠性。 冗余的备用方式: 冷备用:作为备用的设备不运行指定的程序或关
机待命,主机故障或需切换时投入。 热备用:主备同时运行,备机监视主机,自动切
4. 瞬态有效度A(t) 系统在时刻t处于可工作状态的概率。
5. 稳态有效度A(系统利用率,系统可用率)
稳态有效度
A
=
工作时间的总和 工作时间与停机时间的
总和
=
MTBF MTBF + MTTR
稳态有效度定义:当时间t趋于无穷大情况下的瞬态有效度,
Æ系统的利用率
即: A = lim A (t ) t→ ∞
= (1− A1A2 ) * A3 * (1− A4 A5 ) * A6 * (1− A6 A7 ) * (1− A8 A9 )
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远动系统可靠性
第一讲 常用的可靠性指标 第二讲 远动监控系统冗余结构设计 第三讲 硬件可靠性设计 第四讲 软件的可靠性 第五讲 接地技术
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一、远动通道及通信设备双冗余
若系统由两个或多个并列的子系统组成,该系统在 其中一个子系统正常运行时就能保证正常运行,则 各个子系统的连接关系是并联的,这样的系统被称 为并联系统。
对于两个子系统并联而成的系统,其可用率与两个 子系统的可用率的关系为:
As = A1 +(1-A1)A2 • 举例:有两个子系统,可用率分别为90%和95%,在
可靠性参数(Reliability):
1. 可靠度R(t) 在规定的条件下和规定的时间内,系统能完成规
定功能的概率。 R(t) = e−λt
2. 瞬时失效率λ(t)-电子设备 老化 基本为一常数 单位时间内t时刻,系统发生瞬时失效的概率。
2
3. 平均寿命MTTF和平均无故障工作时间MTBF
平均寿命MTTF(Mean Time To Failure): (不可维修系统)一批相同产品失效前工作寿
4.减少强电回路的感应耦合
(1)控制电缆尽可能离开高压母线和暂态 电流的入地点,并尽可能减少平行长 度。
(2)电流互感器回路的A、B、C相线和中 性线应在同一根电缆内,避免出现环 路。
(3)电流和电压互感器的二次交流回路电
缆,从高压设备引出至监控和保护安装
处时,应尽量靠近接地体,减少进入这
些回路的高频瞬变漏磁通。
远动系统可靠性
第一讲 常用的可靠性指标 第二讲 远动监控系统冗余结构设计 第三讲 硬件可靠性设计 第四讲 软件的可靠性 第五讲 接地技术
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与可靠性有关的常用参数定义:
RAMS—Reliability, Availability , Maintainability,Security
可靠性 可用性 可维护性 安全性
并联系统的失效率:

n-1 n
λp =
1
∑ 1 N 1
λ
j=1 j
∑ 并联系统的平均无故障时间:MTBF=
1 λ
N 1 = 1 + 1 +L j=1 j λ 2λ
1 Nλ
4
串联系统:
串联系统的失效率: λs = λ1 + λ2...... + λN
串联系统的可靠性: R = R1 * R 2 * ......R N
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串联系统的可用率与各子系统可用率的关系为:

As = A1 * A2 * A3 L An
其中 As 为系统可用率; A1 , A2 , L An 为各子 系统的可用率。
举例:有两个子系统,可用率分别为90%和95%, 在它们串联后,总可用率为:85.5%
结论:子系统的串联使总的可用性下降!
8
9 并联系统的可用率
1
2
……
源自文库
N
思考题: 并联系统的可靠性>串联系统的可靠性,为什么?
5
可用性参数(Availability , Maintainability) 1. 系统维修度G(t)
在规定的条件和规定的时间内,系统能被修复的概率。 2. 修复率μ(t)
单位时间t时刻,系统瞬时被修复的概率。 3. 平均修复时间MTTR: MTTR=1/μ
6
1
大系统可用率:
¾ 一个大系统往往由多个相对独立的部分组成,这 些部分被称为子系统。每个子系统都有自己的可 用率。
¾ 这些子系统组成一个大系统时,根据这些子系统 的之间的连接关系,可以计算出整个系统的可用 率:
9 串联系统的可用率:由多个子系统组成的系统, 若该系统必须在每个子系统均正常运行的条件下 才能正常运行,则各个子系统的连接是串联的, 这样的系统为串联系统。
MTTR2
=
1 2μ
由A=MTBF/(MTBF+MTTR)可得:
MTBF2
=
1 λ
+
μ 2λ2
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例: 取:瞬时失效率λ=0.00025 系统修复率μ=0.004 则: MTBF1= 4000h, A1=94.12% MTBF2=36000h, A2=99.65%
可见: 采用双冗余可维修系统,可大幅提高系统的MT
它们并联后,总可用率为:99.5%
结论:子系统的并联使总的可用性提高!
9
提高系统可靠性指标的方法:
采取:冗余设计、减额设计、热设计、稳定性设 计、电磁兼容性设计、软件可靠性设计等 提高可靠性的方法,保证电路、系统在设计 时既具有较高的可靠性指标。
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远动系统可靠性
第一讲 常用的可靠性指标 第二讲 远动监控系统冗余结构设计 第三讲 硬件可靠性设计 第四讲 软件的可靠性 第五讲 接地技术
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被控站系统的地线种类。 在变电站综合自动化系统中,大致有如下5种地线: 1)微机电源地和数字地(即逻辑地):这种地是微
机直流电源和逻辑开关网络的零电位。 2)模拟地:这是A/D转换器和前置放大器或比较器的
零电位。 3)信号地:这种地通常为传感器的地。 4)噪声地:是继电器、电动机等的噪声地。 5)屏蔽地:即机壳接地。
¾ 看门狗电路:计时电路 ¾ ——电磁兼容(EMC),传导+辐射
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电磁兼容的意义:电气或电子设备或系统能够在规定 的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能,他们本 身所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工 作,从而达到互不干扰,在共同的电磁环境下一起执 行各自功能的共存状态。 电磁兼容的内容:抗干扰(设备和系统抵抗电磁干扰 的能力)和电磁发射控制(设备和系统发射的电磁能 量的控制)两个方面。 电磁干扰的三要素:干扰源、传播途径和接收器 干扰源:危害性电磁信号 传播途径:辐射和传导 接收器:收到电磁信号的电路.
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