电力系统远动_远动系统可靠性_1

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 )
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！
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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
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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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
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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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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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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。
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
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
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.
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。
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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
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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。
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
工作站2：A5 通信前置机2： A7 以太网2：A9
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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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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。
远动系统可靠性
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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
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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
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→ ∞
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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
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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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。
= (1− A1A2 ) * A3 * (1− A4 A5 ) * A6 * (1− A6 A7 ) * (1− A8 A9 )
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一、远动通道及通信设备双冗余
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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！
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9 并联系统的可用率
1
2
……
N
思考题： 并联系统的可靠性>串联系统的可靠性，为什么?
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可用性参数(Availability , Maintainability) 1. 系统维修度G(t)