福建船政交通職業(yè)學(xué)院 軌道交通學(xué)院 任 慧

1 引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用，變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著輸配電的關(guān)鍵任務(wù)。在這個(gè)過程中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究至關(guān)重要。

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是變電站中用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制和故障診斷的核心系統(tǒng)。其可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。近年來，雖然變電站自動(dòng)化技術(shù)取得了顯著成果，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和故障問題，仍然會(huì)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的影響[1]。

本文旨在分析影響變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，本文將探討現(xiàn)有的可靠性評價(jià)方法。通過對這些方法的研究，本文試圖提出一種新的評估方法，以更好地評估和提高變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性。

本文還將提出針對性的改進(jìn)措施，包括設(shè)備選型與應(yīng)用、軟件開發(fā)與維護(hù)、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化、人員培訓(xùn)與管理以及環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)等方面。通過這些改進(jìn)措施，旨在降低故障率，提高變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，從而為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行提供有力保障。

2 影響可靠性的關(guān)鍵因素

2.1 設(shè)備故障

設(shè)備故障是影響控制系統(tǒng)可靠性的主要因素之一。自動(dòng)化控制系統(tǒng)由各種電氣設(shè)備組成，如開關(guān)、斷路器、變壓器等。這些設(shè)備在長期運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械磨損、接觸不良、絕緣老化等問題，從而導(dǎo)致設(shè)備故障。為降低設(shè)備故障率，需要加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)、定期檢查和故障診斷，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。

2.2 軟件故障

軟件故障是另一個(gè)關(guān)鍵因素。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)依賴于軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制邏輯實(shí)現(xiàn)和故障處理。軟件設(shè)計(jì)、編程和測試過程中的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致系統(tǒng)功能異常，影響可靠性。因此，軟件開發(fā)過程中需遵循嚴(yán)格的軟件工程規(guī)范，以降低軟件故障率。

2.3 通信故障

通信故障對控制系統(tǒng)可靠性也有重要影響。現(xiàn)代變電站智能化程度不斷提高，自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)。通信故障可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、傳輸延遲和誤碼等問題，從而影響系統(tǒng)的可靠性。為提高通信可靠性，需要優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提高通信設(shè)備性能，以及采用容錯(cuò)和冗余技術(shù)。

2.4 人為因素

人為因素同樣會(huì)影響自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性。操作人員的技能、經(jīng)驗(yàn)和培訓(xùn)水平直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的正確操作。此外，設(shè)備維護(hù)、軟件更新和故障處理等過程中的人為失誤也可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效。為了降低人為因素對系統(tǒng)可靠性的影響，需要加強(qiáng)人員培訓(xùn)、完善操作規(guī)程和提高維護(hù)水平。通過定期培訓(xùn)和考核，確保操作人員具備足夠的業(yè)務(wù)知識和技能，從而降低人為失誤對系統(tǒng)可靠性的影響。

2.5 環(huán)境因素

環(huán)境因素對變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性也具有一定的影響。自然環(huán)境中的極端氣候條件，如高溫、低溫、濕度、鹽霧、沙塵等，都可能對設(shè)備的性能和壽命產(chǎn)生不利影響。此外，設(shè)備所處的環(huán)境中可能存在電磁干擾、振動(dòng)、噪聲等因素，這些都可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)的故障。因此，需要在設(shè)計(jì)和選型階段充分考慮環(huán)境因素，選擇適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力好的設(shè)備。同時(shí)，要對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢測，確保其在惡劣環(huán)境下的可靠運(yùn)行。故障的影響因素及解決措施詳見表1。

表1 故障的影響因素及解決措施

影響變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素包括設(shè)備故障、軟件故障、通信故障、人為因素和環(huán)境因素等[2]。要提高控制系統(tǒng)的可靠性，就需要從這些方面入手，采取針對性的措施。

3 可靠性評價(jià)方法

3.1 概率統(tǒng)計(jì)方法

概率統(tǒng)計(jì)方法是一種基于歷史數(shù)據(jù)的可靠性評價(jià)方法。通過收集大量設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)其故障率、故障間隔等參數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)果直觀、易于理解，但缺點(diǎn)是需要大量可靠的數(shù)據(jù)支持，對于新型設(shè)備或系統(tǒng)可能無法得出準(zhǔn)確的評價(jià)結(jié)果[3]。

3.2 故障樹分析法（FTA）

故障樹分析法是一種基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和故障傳播的可靠性評價(jià)方法。通過構(gòu)建故障樹模型，分析系統(tǒng)的故障傳播路徑和關(guān)鍵故障源，從而評估系統(tǒng)的可靠性。FTA 可以定量分析系統(tǒng)的故障概率，有助于發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)和提出改進(jìn)措施。然而，F(xiàn)TA 的缺點(diǎn)是構(gòu)建故障樹模型比較復(fù)雜，需要專業(yè)知識[4]。

3.3 Markov 模型

Markov 模型是一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的可靠性評價(jià)方法。通過建立系統(tǒng)各部件的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，分析系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的運(yùn)行特性，從而得出系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。Markov 模型可以考慮各部件之間的依賴關(guān)系和動(dòng)態(tài)特性，適用于復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性評價(jià)。但是，Markov 模型需要大量的參數(shù)和計(jì)算，實(shí)際應(yīng)用中可能面臨計(jì)算復(fù)雜度較高的問題。

3.4 模糊綜合評判法

模糊綜合評判法是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的可靠性評價(jià)方法。通過建立模糊評價(jià)矩陣，綜合考慮各影響因素的權(quán)重，得出系統(tǒng)的可靠性評分。該方法可以處理不確定性信息，適用于缺乏精確數(shù)據(jù)的情況。但是，模糊綜合評判法的結(jié)果可能受主觀因素影響較大，需要注意權(quán)重設(shè)置的合理性。評價(jià)方法見表2。

表2 評價(jià)方法

4 改進(jìn)措施與實(shí)際案例

4.1 改進(jìn)措施

4.1.1 設(shè)備選型與應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，選擇性能優(yōu)良、可靠性高的設(shè)備。考慮設(shè)備的故障率、壽命、抗干擾能力等因素，盡量選擇具有成熟技術(shù)、良好口碑和售后服務(wù)的品牌。同時(shí)，考慮設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，確保其能在不同工況下穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1.2 軟件開發(fā)與維護(hù)

軟件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循模塊化、層次化原則，便于后期維護(hù)和升級。在軟件開發(fā)過程中，充分考慮異常處理、容錯(cuò)和安全性等因素。同時(shí)，定期對軟件進(jìn)行更新、維護(hù)和優(yōu)化，及時(shí)修復(fù)已知問題，提高軟件的穩(wěn)定性和可靠性。

4.1.3 通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化

建立健壯的通信網(wǎng)絡(luò)，提高通信的可靠性和實(shí)時(shí)性。采用冗余設(shè)計(jì)，確保關(guān)鍵通信鏈路的穩(wěn)定性。對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定期監(jiān)測和維護(hù)，確保通信質(zhì)量。同時(shí)，對通信系統(tǒng)進(jìn)行防雷、防電磁干擾等措施，降低外部因素對通信系統(tǒng)的影響。

4.1.4 人員培訓(xùn)與管理

加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高操作人員的業(yè)務(wù)知識和技能。制定完善的操作規(guī)程，規(guī)范人員的操作行為。加強(qiáng)對操作人員的考核，確保其具備足夠的業(yè)務(wù)能力。同時(shí)，優(yōu)化維護(hù)流程，提高維護(hù)水平，降低人為因素對系統(tǒng)可靠性的影響。

4.1.5 環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)

考慮設(shè)備所處環(huán)境的特點(diǎn)，提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性。采用防腐、防潮、防塵、防振等措施，確保設(shè)備在惡劣環(huán)境下的可靠運(yùn)行。對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢測，預(yù)防環(huán)境因素對設(shè)備性能的影響。

通過此類改進(jìn)措施，可以從多個(gè)方面提高變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性，保障變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定供電提供有力保障。

4.2 模擬案例演示

模糊綜合評判法是一種在不確定性環(huán)境下進(jìn)行多因素評價(jià)的方法。在本模擬案例中，將使用模糊綜合評判法對某變電站的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評估。

案例描述：假設(shè)某220kV 變電站需要對其電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估。評估涉及設(shè)備故障、軟件故障、通信故障、人為因素和環(huán)境因素等五個(gè)方面。每個(gè)方面的評價(jià)指標(biāo)分為優(yōu)秀（A）、良好（B）、一般（C）、較差（D）和差（E）五個(gè)等級。

步驟1：構(gòu)建模糊評價(jià)矩陣。根據(jù)變電站實(shí)際情況，對每個(gè)方面的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，構(gòu)建模糊評價(jià)矩陣R。

R = |0.2 0.5 0.3 0 0 | （設(shè)備故障）

|0 0.6 0.4 0 0 | （軟件故障）

|0.1 0.3 0.5 0.1 0 | （通信故障）

|0 0.4 0.5 0.1 0 | （人為因素）

|0.05 0.35 0.4 0.2 0 | （環(huán)境因素）

步驟2：確定權(quán)重向量。工程師根據(jù)各方面在整體可靠性評估中的相對重要性，確定權(quán)重向量W。

W = |0.3 0.25 0.2 0.15 0.1|

步驟3：進(jìn)行模糊綜合評判。根據(jù)模糊綜合評判法，計(jì)算評價(jià)結(jié)果向量B。

B = W × R = |0.0725 0.415 0.405 0.065 0 |

步驟4：結(jié)果解析。由計(jì)算得到的評價(jià)結(jié)果向量B=|0.0725 0.415 0.405 0.065 0 |，可以分析各評價(jià)等級的隸屬度。結(jié)果向量B 中的每個(gè)元素值代表了對應(yīng)方案在各評價(jià)等級上的隸屬度，值越大表示該方案在該評價(jià)等級上的隸屬度越高。將結(jié)果向量B 與評價(jià)等級進(jìn)行對應(yīng)，可以得到變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性的最終評價(jià)等級。

在本例中，各評價(jià)等級的隸屬度分別為：

A（優(yōu)秀）0.0725；B（良好）0.415；C（一般）0.405；D（較差）0.065；E（差）0。

結(jié)果顯示模擬變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性的評價(jià)等級為B（良好）。這意味著該變電站的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)整體表現(xiàn)良好，但仍有一定的提升空間。

5 結(jié)語

本文針對變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了深入分析。首先，梳理了影響控制系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素，包括設(shè)備故障、軟件故障、通信故障、人為因素和環(huán)境因素。然后，介紹了可靠性評價(jià)方法，為評價(jià)控制系統(tǒng)的可靠性提供了理論支持。根據(jù)關(guān)鍵因素，提出了針對性的改進(jìn)措施，以提高變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性。通過對現(xiàn)有變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的模擬案例的分析，可以評價(jià)系統(tǒng)是否處于良好運(yùn)行狀態(tài)。這些措施在理論上和模擬應(yīng)用中都取得了一定的效果，為提高變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性作出了有益的嘗試。