中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0204-03
An Overview of the Reliability Evaluation of Very Large Scale Integrated Circuits
ZHU Xu-guang
(Department of Computer Science and Technology, Tongji University, Shanghai 201804, China)
Abstract: To meet the high performance requirements of SoC (System on Chips), the density and complexity of VLSI is increasing contin? ually, and these have negative impacts on circuit reliability. Hence, accurate reliability estimation of VLSI has become an important issue. This paper has introduced the problems and the existing reliability techniques of reliability estimation based on the early achievements. Fi? nally, this paper described the further work, the deficiency and difficulties of the current work combined with the author’s working.
Key words: VLSI; system level; register transfer level; logic level; transistor level; reliability evaluation
超大规模集成(very large-scale integrated, VLSI)电路及其相关技术是现代电子信息技术迅速发展的关键因素和核心技术，对国防建设、国民经济和科学技术的发展起着巨大的推动作用。人们对信息技术产品(主要指数字计算系统)的依赖程度越来越大，这直接牵涉到人们的生活质量，甚至关系到人类生命、财产的安全问题。因此，当前人们在应用这些产品的同时，必然会提出更高的要求，即除了传统意义上的要求和标准以外，还提出了更重要的评价体系---系统所提供服务的“可靠性”标准问题[1]。
目前，军事电子、航空航天、工业、交通、通讯，乃至普通人的个人生活都对VLSI电路和系统提出了越来越高的可靠性要求，而同时随着集成电路技术的发展，尤其是深亚微米、纳米工艺的应用、电路规模不断扩大，特征尺寸不断缩小，电路密度不断提高，给芯片的可靠性带来了严峻的挑战。因此，对VLSI电路的高可靠性研究变得越来越重要。可靠性技术研究一般包括可靠性设计与模拟、可靠性试验与评估、工艺过程质量控制、失效机理与模型研究，以及失效分析技术等五个主要的技术方向。
传统上对VLSI电路可靠性的研究主要是针对制造过程的，内容包括成品率计算模型、缺陷分布模型、软(硬)故障影响的可靠性模型、电路的串扰与延迟、电路可靠性与成品率的关系等。在集成电路制造过程中，由于各种工艺扰动会不可避免地在硅片上引入缺陷，从而引起集成电路结构的局部畸变。这些局部畸变可能改变电路的拓扑结构，导致集成电路成品率下降。因此，缺陷的几何模型、粒径分布是影响成品率的重要因素之一。另外，在深亚微米和纳米工艺下，软故障的干扰越来越严重，相关的研究包括软故障影响下导线可靠性模型、故障关键面积计算等。已有的研究表明可靠性和成品率存在正相关关系，其正相关性需要考虑线宽、线间距等版图的几何信息和与工艺相关的缺陷粒径分布等参数。面向制造过程的可靠性研究准确性好但存在较大的计算开销。
于是在制造出集成电路产品后，通过筛选和可靠性试验估计其可靠性，并采用加速寿命试验确定产品的平均寿命。如果发现可靠性不满足要求，就要从设计和工艺角度进行分析，并加以改进。长期以来，评价器件质量和可靠性的方法分为三类[2]：（1）批接收抽样检验，检验该批产品是否满足产品规范要求；（2）可靠性寿命试验，评价产品的可靠性水平；（3）从现场收集并积累使用寿命数据，评价相应产品的使用质量和可靠性。
近年来，VLSI电路集成度不断提高，同时可靠性水平也迅速提高，传统的评价方法暴露出了各种各样的问题，如批接收抽样检验方法因分辩能力有限而不能有效区分高水平产品质量之间的区别；可靠性寿命试验方法因要求的样本数太多而导致成本上升；基于现场数据收集的方法因存在“滞后性”而不能及时对产品质量进行评价等，这就促使人们开始研究新的评估技术。
当前对可靠性研究主要的数学模型有[3]：可靠性框图模型、故障树模型、马尔科夫模型、Petri网模型、状态空间分解模型及概率模型等。
虽然这些模型较好的解决了一系列的问题，但是在对VLSI电路进行分析时，由于没有涉及到电路的具体逻辑结构，也就是说只是粗略的分析了一下电路的可靠性，这是不够准确的，当然也是具有现实参考价值的。
在下一步工作中，作者将深入到电路的具体逻辑层和现实的环境当中，对其进行更加深入和具体的研究，以便给出更加准确和 更有价值的计算值。
1不同层面可靠性评估
对数字VLSI电路进行模型化或设计描述,按照抽象级别由高到低大致可以分为行为级、寄存器传输级、逻辑级、电路级、晶体管级。目前，可靠性评估方法的研究主要集中在电路逻辑级以上，通过故障注入或模拟的方法分析信号可靠性。
一般而言，电路可靠性分析基于抽象级别越高，时间开销越少，能用于大规模电路或者处理器系统的评估，但是由于远离物理实现，准确性低。反之，分析的抽象级别越低，必然考虑低层实现中的缺陷分布，环境因素等参数，越接近芯片制造的真实过程，所以更加准确，但是存在一个普遍问题是耗时大，无法用于复杂电路。
1.1行为级可靠性评估
在高层测试可以及早地发现设计错误，便于及时修改，减少设计成本，缩短研发时间。当前集成电路高层测试所面临的最大困难是：缺少能准确描述高层故障实际类型的故障模型，并且模型的评估方式也较单一。
目前，国内外学者对高层故障模型的研究已做了许多有益的工作，如：模仿软件测试的覆盖方法(包括状态覆盖、语句覆盖、分枝覆盖等)、基于电路结构提出的故障模型等。这些故障模型在处理某类电路时都表现出了一定的优势，但是并非对所有类型电路都有效。这也表明，当前高层故障模型依然不够成熟；高层故障模型与门级网表中的SA(固定型故障模型)故障之间的关系依然不清晰；模型的评估也有待于改进。现存的故障模型中，比较成功的有：传输故障模型[4]，变量固定型模型[5]。对模型的评估，常用的方法是覆盖率评估，一般分为两步，如图1所示：(1)依提出的故障模型作测试生成，得到测试向量；(2)将测试向量在门级网表作模拟，计算其对SA故障的覆盖率。另外还有一些是考虑电路的可观测性的测试生成与评估方法[6]。总之，这些评估方法，都是基于对SA故障覆盖率的计算。
图1两个高层故障模型评估
1.2逻辑级可靠性评估
正如上文所述，评估方法所对应的电路抽象级别越高，其准确性则越低。而同一抽象层次上不同类型的方法相比，解析方法最为省时。逻辑级的解析模型方法相对准确，且易于理解和操作。
由于逻辑电路对差错具有一定的屏蔽作用，作为瞬时故障的软差错并非一定会导致电路锁存错误内容或者输出错误结果，因此，建立概率模型来评估逻辑级电路可靠性是合理的。
逻辑级概率模型通过计算发生在电路逻辑门或线节点差错传播到原始输出的概率来衡量其失效率，考虑了电路的拓扑结构和传播路径信息，并与组成电路的各个门类型和连接方式有关，如图2所示，目前典型的方法包括：计算单个输出节点软差错率的TP方法[7]，通过计算差错传播率表征电路软差错率的EPP方法[8]，以及通过概率转移矩阵模型评测整个电路可靠度的PTM方法[9]。其中，TP方法和EPP方法只计算部分电路的失效率，而PTM可以度量整个电路的可靠性。但是，未经优化的TP、PTM算法的计算时空开销较大，只能适用于小规模电路。基于PTM方法具有良好的完备性，并且模型简单而准确，为解决其因时空复杂度大而不能直接用于大规模电路的问题，文献[2]对PTM方法进行了深入的研究，并提出了合理的改进方法。
1.3晶体管级可靠性评估
超深亚微米下的CMOS电路可靠性是由MOSFET的微观失效机制来决定的,对CMOS电路可靠性的评估和改善应该在失效模式分析和对基本物理失效机制正确理解的基础上进行。因此在对电路可靠性进行评估时，需要进行下面四方面的工作：
1)对MOSFET栅氧层退化机制进行建模。MOSFET中热载流子注入效应、负偏置温度不稳定性、栅氧可靠性的经时击穿效应这三种失效机制是影响到超大规模CMOS电路长期工作可靠性的最主要因素。它们都是由氧化层陷阱电荷作用或界面态积累作用而导致了栅氧层作用的退化而造成器件特性的退化。
2）对产生局部氧化层损伤的MOSFET器件行为进行建模。MOSFET中的HCI和NBTI效应都会对器件的主要I-V特性参数产和程度不同的影响。
3）在电路长时工作条件下，对器件栅氧层退化进行仿真。正常的电路中器件一般都是处在AC应力条件下，要对电路的可靠性进行准确的评价，必须先要能够对AC应力下MOSFET长时间工作后的器件性能进行评价。
4）评价处于失效应力作用下的整体电路的性能。
电路可靠性研究的一个重要部分集中在器件级设计[10]，其包括：对失效机制更好的理解和建模；圆片级测试结构的革新以改善可靠性控制；阻止器件退化的结构的研究。其中，器件退化对电路性能的影响受到了更多的关注。在设计阶段预测电路可靠性的方法有着非常大的价值。随着可靠性仿真技术的逐渐成熟，芯片的可靠性设计概念被提上了日程。对最终的电路可靠性评价在IC设计阶段完成，大大降低了芯片设计风险。图3为晶体管级电路的结构。
图3晶体管级电路结构图
从以上可知，可以从不同层面来对VLSI电路进行可靠性评估，不同层面的可靠性评估有其不同的优势与不足。较低层次的可靠性分析通常比较准确，但是其功耗和时间开销大，只能对中小型电路进行分析。高层次的可靠性分析由于远离物理实现，准确性低，但是可处理性好。根据作者的研究认为，兼顾准确性和可处理性是对可靠性研究的突破点，这就要将电路的不同层次间相互映射，以尽可能贴近电路的真实行为。从而在电路的设计阶段就能够比较准确地估计其可靠性，尽早调整改进，避免出现因结构设计上的不足而导致的芯片缺陷，从而提高芯片的可靠性和成品率，缩短芯片的设计和生产周期。
2结论
由IBM、Sony、Motorola等多家知名半导体公司最新研究进展表明，可靠性问题始终伴随着半导体器件与大规模集成电路的发展和应用，随着集成电路技术的发展，VLSI电路的可靠性问题变得越来越突出。加强对半导体器件与集成电路的可靠性分析、模拟、评估和改进已经成为超大规模集成电路发展中的重要课题。目前VLSI电路的可靠性研究得到广泛的关注，对越来越多的失效模式和机理进行了研究，并且从理论和实践上不断提出了改进方法，这些研究成果为可靠性增长提供了评价标准与依据。
参考文献:
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近几年，随着新农村电气化标准县、乡、村建设范围的逐步扩大，农村用电负荷的需求量逐年递增、要求也越来越高，只有深入探讨影响供电可靠性的因素、标准和提高农村供电可靠性管理与技术措施，才能充分发挥电力作为国民经济发展的支撑作用，也才能发挥好供电服务地方经济发展的先行作用。影响当前农村配电网供电可靠性的主要因素
1、当前农村配电网线路设备主要存在的问题
(1)农配网设备故障与线路跳闸比较集中。农村配电网系统在运行中最大的故障，还是设备故障与线路跳闸，而且集中体现在大风雨过后，这就影响了农村供电线路的安全稳定运行和用户的正常用电。(2)农村电网结构不合理与设备健康水平欠缺。近年来，汝阳县总体电网主网网架结构已能基本满足县域经济发展要求，农村低压电网虽经过户户通电、井井通电、扩大内需、农网升级改造后部分地区配电网已得到相对改善，但农村低压电网相对还比较薄弱，集中反映在农村用电上，线路造供电半径大，导线截面小，老化严重，线路单一供电多，无互代切换能力，供电可靠性较差。(3)农配网线路缺乏运行维护与管理。由于县级公司实行了体制机制改革与重组，供电企业现代化管理模式不断更新，供电所推行了班组化管理模式，运行维护人员相对较少，加之运行线路管理人员的业务技术与思想素质有待提高。造成了营业、抄表和运行班各负其职，分工明确，协作不够，给线路缺陷运行维护与管理造成了不及时、不到位、不迅速的现象。(4)农村配电网自动化系统尚未健全。 目前，由于农村配电网各项自动化处理功能不到位，事故处理自动化程度较低，每当发生供用电故障时一般花费时间长，恢复供电慢。人工操作倒闸与数据采集等技术水平与管理手段落后。
2、提高农村配电网供电可靠性的管理措施
2.1建立可靠的管理制度
供电可靠性是一项综合性的管理工作，纵向在上需要领导的重视，在下需要员工的关心，横向需要各部门之间的分工、配合。为此，汝阳县电业局成立了以生产副局长为组长，生计部，调度中心、输配电部、营销部等相关人员为小组成员的供电可靠性管理小组。编制了供电可靠性管理制度；施行供电可靠性目标管理，向相关部门分配指标；形成了供电可靠性分析制度，每个月，每个季度对供电可靠性进行分析，并形成报告，作为下季度的工作指导。
2.2加强计划停电管理
近年，由于农网改造，造成停电次数增加，时间较长。加强停电计划管理对供电可靠性的提高时很有必要的。各单位提前向调度中心报送下月停电计划，调度中心根据停电计划，统筹安排，形成月计划停电表。
2.3加强线路巡视、设备评级
加强线路巡视，进行农村配电网设备评级管理，能尽早发现设备故障，并进行消除，减少停电事故的发生，也是提高配电网可靠性的方法之一；同时加大线路通道处理工作，清理树障，先后分季度进行线路清障工作，砍伐供电线路走廊内树木，线路跳闸次数明显下降。
2.4调整线路负荷不平衡，提高可靠性运行
结合农村小城镇建设工作的实际，组织供电所管理人员不定期开展用电负荷实测，及时调整三相负荷不平衡问题，确保线路处于安全平衡的运行状态；对一些乡镇企业的重要线路采用“双回路”供电方式，目前由于农村配电网架设“双回路”供电的还比较少，在新农村电气化标准村镇建设中，应进一步加大宣传力度，能实行“双回路”供电的应尽量满足“双回路”供电。这样不仅输送能力大，而且稳定性高，输电线路的可靠性也会大大提高。
2.5超前谋划“十二五”农村电网发展规划建设
在谋划“十二五”电网发展规划时，一定要与地方政府密切沟通，围绕地方经济发展的总体思想与小城镇建设发展规划，确立“十二五”电网发展规划，确保电网发展规划超前地方经济建设5至10年，只有这样才能避免重复建设，造成大量的人力物力的浪费。
2.6采用综合自动化处理，确保处置及时准确
1 引言
本文采用改进的最小割集算法对含分布式电源的配电网进行可靠性评估。然后将分布式电源接入传统典型配电网，计算了分布式电源接入前后可靠性的各项指标，验证了分布式电源在改善电网可靠性方面的作用，同时分析了不同数量、不同种类的分布式电源对配电网可靠性的影响。
2 最小割集算法
最小割集法将计算限定在最小的范围之内，这样能够降低计算工作量。由于每个割集中的元件都是相互关联的，运用最小割集法时，首先要对最小割集进行确定，搜索出负荷点到电源点的供电路径。对于满足并联关系的割集内部元件，计算出并联系统的可靠性指标，公式如下：
（1）
（2）
（3）
式中：
为并联系统的年平均停电时间;
为元件Ei的年平均停电时间;
为并联系统的平均停运持续时间;
为并联系统的故障率;
为元件的平均停电持续时间。
3 基于改进最小割集法的配电网可靠性评估
本章假设在负荷总量不超过发电总量时线路的潮流不会出现过载，即认为孤岛能够形成。由于负荷也是随时间变化，考虑到计算的精度和快速性，可以用文献[4]介绍的方法，将负荷分为10个等级水平，并计算出各个负荷水平出现的概率。由于DG发电量的不确定性和负荷的随机变化性，使得在发生故障后孤岛不能总是形成，孤岛的形成具有一定的概率性。
当发生上行故障时，孤岛形成的概率用公式表示为
（4）
式中
为孤岛形成的概率;
为DG的发电量不小于某一负荷水平的累积概率;
为负荷在某一水平的概率;
为DG的故障率。
因此，由全概率公式可以得到，孤岛内负荷点LP的可靠性指标计算公式为：
（5）
（6）
10
式中
为孤岛范围内的负荷点的故障率;
为孤岛范围内的负荷点每次故障平均停电持续时间;
为孤岛范围内的负荷点年平均停电时间;
为配电网不带DG时负荷点的故障率;
为配电网不带DG时负荷点的年平均停运时间;
为配电网带DG且孤岛能够形成时岛内负荷点的故障率;
为配电网带DG且孤岛能够形成时岛内负荷点的年平均停运时间。
对于孤岛外的负荷点，由于没有DG继续为其供电，因此可以按照传统配电网最小割集评估方法进行计算。
4 算例分析
4.1 算例
以IEEE-RBTSBus6系统主馈线F4为基础，在分支线19和25处加入2处DG。当上游供电路径发生故障时，通过断路器操作，形成孤岛1和孤岛2继续给岛内负荷供电，如图1所示。图中LPi表示第i个负荷点。
该系统有23个负荷点、1个隔离开关、23台配电变压器、4台断路器、23个熔断器（装设在负荷线路首端）。隔离开关操作时间为20分钟。
4.2 采用最小割集算法计算可靠性
运用本章提出的方法，对图1所示的配电网进行仿真计算，研究加入分布式电源前后对配电网供电可靠性指标的影响。
方案一：不考虑分布式电源的作用，计算出的负荷点可靠性指标，如表1所示。
方案二：设两处DG均采用微型燃气轮机，其故障率为4%，分别计算了1台、2台和3台微型燃气轮机后的可靠性指标（如表2所示）。
方案三：设两处DG均采用风力发电机组WTG，表3列出了这种方案下分别计算了加入1台、2台和3台WTG后的的负荷点可靠性指标计算结果。
从三种方案的可靠性指标计算结果可以看出：
（1）有DG和无DG的方案相比，DG的接入只对孤岛内的负荷点可靠性有影响，能使孤岛内的负荷点的故障率和年平均停运时间减小，并且显著提高系统可靠性。
（2）随着接入DG数量的增多，孤岛形成概率增大，负荷点的故障率和年平均停运时间降低，负荷点的供电可靠性提高。
（3）随着接入DG数量的增多，其对系统可靠性指标的改善程度逐渐变小，因此可以综合考虑经济成本、环境等各方面的因素，以决定DG的投运数量。
（4）程序的运行结果表明，该方法计算简单快速，但是欠缺灵活性，不能解决各种状态下的可靠性指标计算问题，例如若孤岛采用按等级切负荷措施以保证孤岛继续运行时，这种运行状态下的可靠性指标就无法计算了。
参考文献：
[1]黄伟，孙昶辉，吴子平，等.含分布式发电系统的微网技术研究综述[J].电网技术，2009.33（9）：14～18.
关键词：配电网；可靠性；分布式电源；孤岛
1.1 配电网可靠性评估的意义及现状
随着我国社会经济的快速发展，不但用户对电能质量方面的要求越来越高，国家对供电企业供电可靠性的要求也越来越高，因此研究电力系统可靠性具有重大的现实意义。
目前，分布式发电技术在全球范围内发展很快，像风力发电、光伏发电等都己经相当成熟。分布式电源接入电网后，将会影响电网，尤其是配电网的运行和规划，如电力损耗、供电可靠性、电压稳定、继电保护和电能质量等。因此可靠性研究的一个重要方面就是分布式电源对配电网可靠性的影响。
对于配电系统供电可靠性评估，国外的研究起步较早，早期的研究主要是统计分析。现在，供电可靠性评估已成为许多国家配电系统规划决策中的一项常规性工作，美国、英国、法国等都成立了专门的研究机构，负责配电系统供电可靠性评估参数的收集和整理工作，并建立了完善的配电系统供电可靠性评估指标体系。
国内于上世纪80年代初期开始对配电系统供电可靠性进行研究，配电系统可靠性研究与发电和输电系统相比起步比较晚。同时由于缺乏必要的统计数据和比较有效的分析方法，发展比较缓慢。近些年来，随着社会经济的快速发展，城市用电负荷不断增长，供需矛盾日益突出，为使有限的资源得到最大的收益，非常需要对配电系统进行科学合理的规划，从而促进配电系统供电可靠性评估的发展。目前，配电网可靠性的研究已经成为电力工程领域中的研究热点。
2 配电系统的可靠性评估
配电系统可靠性指标能够定量评估配电系统可靠性，良好的评估指标可以准确清晰地反映配电系统的可靠性水平，从而为管理人员提供详细准确的配网供电情况。因此在进行评估时首先要确定配电系统可靠性指标。
由于配电系统中辐射状主馈线系统在配电网中占主导地位，与发输电系统相比，配电网的可靠性评估的方法有较大的差异。
配电系统的可靠性指标及评估方法。根据评估对象的不同配网可靠性指标可分为两类，一类是负荷点的可靠性指标，另一类是系统的可靠性指标。
目前配网的可靠性评估方法主要有解析法和模拟法。同时随着人工智能技术的不断深入研究，人工智能技术也逐渐引入到了配电系统的可靠性评估中。
解析法目前广泛用于配网的可靠性评佶中，其基本原理是根据系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系建立系统的可靠性概率模型，然后通过递推和迭代等数学方法对该模型精确求解，从而计算出可靠性指标，下面介绍一下解析法中的最小路法。
最小路法首先对每一个负荷点求取其最小路模型，即负荷点与电源之间的最短通路，根据网络的实际，将非最小路上元件对负荷点的影响折算到相应的最小路节点上。因此，对于每个负荷点，仅对其最小路上的元件与节点进行计算即可得到负荷点相应的可靠性指标，并最终形成整个系统的可靠性指标。最小路法考虑了分支线保护、分段断路器、隔离开关的影响，同时考虑了计划检修的影响，并且能够处理有无备用变压器和有无备用电源的情况。
3 基于最小路与区间运算相结合的配电网可靠性分析
配电系统的可靠性评估是配电系统可靠性研究中最核心的内容之一，论文提出的可靠性评估方法结合最小路的概念，对配电网中每个负荷点求出其最小路，将非最小路上元件的故障折算到最小路上，然后对最小路上的元件与节点进行计算，从而求出负荷点的可靠性指标，最后得到系统的可靠性指标。同时考虑统计和测量上的误差，可靠性的原始参数具有一定的不确定性，不可能是一个确切的数。可靠性参数用一个给定范围的区间数表示，结合最小路法进行可靠性评估，从而有效地控制了参数的不确定性。
3.1 可靠性评估的最小路法。最小路的数学定义。图是节点和弧的集合。无向弧是指联接两个节点之间的弧是无向的，有向弧是指联接节点之间的弧是有方向的。只有流入弧而无流出弧的节点，称为流出节点。只有流出弧而无流入弧的节点，称为输入节点。由有向弧构成的图叫有向图；由无向弧构成的图是无向图；既有有向弧又有无向弧的图称为混合图。根据数学上的定义，连接任意两个节点间的所有无向弧或有向弧的整体称为这两节点间的一条路。如果任意一条弧被除去，就不再是一条通路了，则称这些弧构成两个节点间的一条最小路。由最小路构成的集合称为最小路集。在进行可靠性分析时特别值得注意的是负荷点从电源进线到出线要经过的设备的集合。如图3.1所示的系统图。
图中路集为：
x1x4 ，x2x5，x1x3x5，x1x3x4，x1x2x4，x1x4x5，x2x3x4，
x2x3x5，x1x2x5，x2x4x5，x2x1x5，x2x1x4，x1x2x4x5，
x1x2x3x4，x1x3x4x5，x2x3x4x5，x1x2x3x4x5
最小路集为：x1x4 ，x2x5，x1x3x5，x2x3x4
3.2 结合区间运算的最小路法。传统的配电系统进行可靠性计算都是建立在元件的可靠性原始参数基础上的，但是由于统计误差或统计资料不足等原因会使原始参数具有不确定性。此时若再利用不准确的参数对配电系统进行可靠性计算是不合理的，也将会导致评估结果与实际情况有较大的偏差。
可靠性原始参数可根据其不确定性用一个数值范围区间来表示。在工程中，一般不能确切的知道一个元件的原始参数，而只知道在给定范围内的一个区间值，此时即可用区间数学来进行配电系统的可靠性评估。
基于最小路与区间运算相结合的配电系统可靠性评估方法的基本思想是：在最小路算法的基础上，引入区间数与区间运算，将所需要的元件原始参数用区间数表示，负荷点与系统可靠性计算公式也区间化，在进行计算时，将其中的参数改为区间数。在计算过程中要注意，如果一个或多个变量在一个公式中出现两次或两次以上时，为了克服区间运算的过估计问题，在计算工程中引入区间计算的反演公式，能够在一定程度上克服了区间运算的相关性问题。
引入区间数和区间运算后，计算的结果都是一个区间，给每个可靠性评估指标确定了一个范围，在一定程度上克服了因为参数的不精确而给评估结果带来的不确定性。因此，用这种方法得出的结果更具有灵活性，更好的反映了系统的真实程度，更加适用于工程实际情况。在运用此方法对复杂配电系统可靠性评估时，可按以下步骤进行：
①分析和处理配电系统元件可靠性原始参数，得到各元件的可靠性原始参数的区间值；
②分析配电系统结构，确定各个负荷节点的最小路，以及最小路上和非最小路上的元件；
③对每个负荷点进行可靠性计算，原始参数使用区间数表示。为了避免区间运算的阶数，在计算过程中每次只进行两个区间数间的运算；
④在各负荷点的可靠性指标基础上，计算整个系统可靠性指标。
通过以上分析，该评估算法的流程图如图3.3所示。
4 结论与展望
4.1 结论。随着人们对电能质量的要求越来越高，配电网的供电可靠性越来越受到人们的重视。同时随着电力技术的发展，分布式电源越来越多的接入到电网中，配电网从一个辐射式网络变成一个遍布电源与用户互联的网络。因此研究含分布式电源的配电网可靠性有重要的意义。
4.2 展望。分布式电源作为一种有潜力的发电技术，是对传统的集中式电源供电的有益补充。正确考虑DG接入配电网后的孤岛作用，可以提高配电网供电可靠性。由于分布式电源是刚刚兴起的一个研究方向，国内外对其的研究都还较为浅显，还需作进一步深入的研究。
参考文献
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比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。
低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。
低压开关控制柜MCC设备的特点：
（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。
（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。
（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。
（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。
（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。
（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。
（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。
（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。
（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。
2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析
2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图
低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。
图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图
2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算
根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。
3 故障树分析方法
3.1 简介
故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。
故障树分析方法具有以下几个特点：
（1）具有很大的灵活性。
（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。
（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。
（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。
（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据
（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。
3.2 实施步骤
故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。
3.2.1 顶事件的选取
顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。
3.2.2 建立故障树
这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。
3.2.3 故障树定性分析
故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。
3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果
任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。
低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：
割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67
3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果
低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率）低压成套开关设备的可靠性分析
李志鸿
（宁波市创捷自动化有限公司，浙江 宁波 315803）
1 低压开关控制柜MCC
低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以
比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。
低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。
低压开关控制柜MCC设备的特点：
（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。
（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。
（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。
（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。
（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。
（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。
（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。
（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。
（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。
2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析
2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图
低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。
图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图
2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算
根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。
3 故障树分析方法
3.1 简介
故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。
故障树分析方法具有以下几个特点：
（1）具有很大的灵活性。
（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。
（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。
（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。
（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据
（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。
3.2 实施步骤
故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。
3.2.1 顶事件的选取
顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。
3.2.2 建立故障树
这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。
3.2.3 故障树定性分析
故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。
3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果
任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。
低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：
割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67
3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果
低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率）低压成套开关设备的可靠性分析
李志鸿
（宁波市创捷自动化有限公司，浙江 宁波 315803）
1 低压开关控制柜MCC
低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以
比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。
低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。
低压开关控制柜MCC设备的特点：
（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。
（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。
（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。
（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。
（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。
（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。
（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。
（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。
（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。
2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析
2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图
低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。
图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图
2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算
根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。
3 故障树分析方法
3.1 简介
故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。
故障树分析方法具有以下几个特点：
（1）具有很大的灵活性。
（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。
（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。
（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。
（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据
（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。
3.2 实施步骤
故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。
3.2.1 顶事件的选取
顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。
3.2.2 建立故障树
这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。
3.2.3 故障树定性分析
故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。
3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果
任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。
低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：
割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67
3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果
低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率）低压成套开关设备的可靠性分析
李志鸿
（宁波市创捷自动化有限公司，浙江 宁波 315803）
1 低压开关控制柜MCC
低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以
比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。
低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。
低压开关控制柜MCC设备的特点：
（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。
（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。
（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。
（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。
（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。
（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。
（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。
（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。
（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。
2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析
2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图
低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。
图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图
2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算
根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。
3 故障树分析方法
3.1 简介
故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。
故障树分析方法具有以下几个特点：
（1）具有很大的灵活性。
（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。
（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。
（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。
（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据
（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。
3.2 实施步骤
故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。
3.2.1 顶事件的选取
顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。
3.2.2 建立故障树
这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。
3.2.3 故障树定性分析
故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。
3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果
任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。
低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：
割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67
3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果
低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率） 通过以上分析可以看到，低压开关控制柜的故障树由31个最小割集构成，其中一阶最小割集23个，二阶最小割集8个，系统的薄弱环节为23个底事件构成的一阶割集。一阶最小割集中的事件发生，系统才会故障，所以它们的概率重要度为1，二阶最小割集中，只有当所有事件发生，系统才发生故障，所以概率重要度小的多。
本文研究了低压成套开关设备的可靠性分析方法，并以低压开关控制柜MCC为例进行了可靠性分析和计算。由以上的分析可知本文的主要工作和结论如下：
（1）全面的分析低压成套开关设备的可靠性必须考虑低压成套开关设备作为不可修复系统时和可修复系统时的不同，不可修复系统的可靠性指标和可修复系统的可靠性指标不同，所使用的分析方法也不同。因此，当把低压成套开关设备看作不可修复系统时，采用可靠度逻辑图分析方法和故障树分析方法，当把低压成套开关设备看作可修复系统时，采用状态空间方法。
铁路信号系统是以标志物、灯具、仪表和音响等向铁路行车人员传送机车车辆运行条件、行车设备状态和行车有关指示的技术与设备。铁路信号设备是保证列车行车安全的重要基础设备，其可靠性的高低直接关系到行车安全和运输效率。随着我国铁路建设的高速发展，信号系统的技术和设备研究显得日益重要。铁路信号系统不仅要满足线路本身的设计标准要求， 同时要满足区域间的接入条件，在其设置上不仅要要考虑近期运行条件，同时要为远期规划等技术更新预留空间。
1 信号系统构成
1.1 行车调度指挥系统
随着信息系统、特别是电子技术的发展，现代行车调度系统通过计算机技术、通信、控制、信息及决策技术，实现了列车远程实时监视、追踪、控制和管理等的自动化处理。近年来，随着TDCS（列车调度指挥系统）的改进和新一代分散自律调度集中系统研发成功，行车调度指挥自动化系统技术获得了长足发展，取得了巨大的进步。列车运行计划编制和调整及列车运行监视和管理是TDCS的主要内容，而列车运行控制则是调度集中的核心，因此，行车调度指挥系统主要是由TDCS和调度集中系统构成的。TDCS由不同站段的分机和站段或路局总机衔接起来，形成路网调度的主要组成部分。
1.2 闭塞系统
闭塞就是保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，与此有关的设备和技术形成铁路信号闭塞系统。我国铁路现行的基本闭塞设备分为自动闭塞、自动站间闭塞、半自动闭塞。自动闭塞是同列车自动完成闭塞作用的一种闭塞，半自动闭塞是通过装在两个相邻车站的闭塞机、出站信号机及专用轨道电路所构成的一种闭塞。
车站除了正线以外，还配有到发线、牵出线等其他线路，因此把各种车站称之为有配线的分界点，而无配线的分界点，为非自动闭塞区段在两个车站间设置的线路所，以及自动闭塞区段为在两车站间划分成若干个闭塞分区而设置的色灯信号机。这里的线路所和色灯信号机就是无配线分界点，自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落叫做闭塞分区。
1.3 车站联锁系统
（1）信号机。信号机是铁路视觉信号的重要组成部分，用以指导铁路行车，与线路的闭塞系统密切相关。信号机的选择上一般各站的进站、预告、正线出站等列车信号机，以及专用线、机走线、牵出线等处进锁区的防护调车信号机原则上采用高柱信号机，其余信号机（含桥上及隧道内预告信号机）采用矮型。
（2）站内联锁。车站联锁是利用机械、电气自动控制和远程控制的技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔形成相互具有制约关系。接轨站及新建各站易采用硬件冗余结构的计算机联锁设备，显控多采用鼠标+彩显方式。
（3）轨道电路及站内电码化。新建各站越来越多地利用97型25HZ相敏轨道电路。站内正线电码化采用叠加预发码方式，到发线采用叠加发码方式，发码设备采用。ZPW-2000系列移频电码化设备。部分接轨站结合原发码方式进行改造。
（4）转辙及电源设备。转辙设备一般根据站场设计的道岔类型进行配套，采用智能综合信号电源屏。
（5）信号集中监测系统。随着微机的推广和普及，新建各站配备信号微机监测系统，并联网至相关电务集中监测系统，当接轨站既有微机监测设备不满足要求时，要对其升级改造。（6）信号设备综合防雷系统：按铁道部有关标准和规范要求，在各站信号设备房屋处需新设信号设备综合防雷系统。
2 故障因素分析
2.1 设备系统可靠性
近年来铁路信号产品的研制、生产、验收、使用、维护过程中的可靠性管理等引起广泛重视。影响设备系统可靠性的因素主要表现在，标准规范过少且提法简单、缺少可靠性模型的选择、可靠性指标不够全面等众多方面。基于上述原因，需要广泛开展可靠性工程。可靠性是一门系统工程，涉及产品全寿命周期的各个阶段，从方案论证、研制设计到生产制造、使用维护，一直到寿终报废，可靠性都贯穿始终；建立第三方可靠性评估机构，通过该制定标准，审核设计单位的可靠性设计方案，及可靠性验证以确保设备的可靠性。整体来说，我国铁路信号系统中可靠性应用还处于初期阶段，很多项目有待深入发展。
2.2 电气化条件对信号系统的影响
作为弱电系统，信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统， 它具有额定电压高、牵引电流可达到数百安培甚至上千安培、电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式。不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。
2.3 电缆电源对信号系统的影响
信号电源（俗称双电源）是铁路行车信号指示灯的供电电源，属于一级负荷。信号电源一般由自动闭塞电力线路（简称自闭线）和贯通电力线路（简称贯通线）两路电源供电。两路电源互为冗余，故障时相互切换，以提高供电可靠性。信号电源、电缆等受到自然环境、运行管理方式等因素的极大影响。
2.4 外部因素对信号系统的影响
每一个系统都有其固有的结构和组织形式，各组成部分不仅受设备本身技术水平和实现方式的影响，同时也受外部环境的影响。铁路信号设备的信号采集除来自列车和轨道系统外， 车站和区段调度所还通过强风、雨、雪检测器及立交处防落物检测器采集的信号发出限速或停车指令；人的因素是铁路信号系统的主导因素，不论在列车正常运营的管理、信号的采集分析和判断以及指导铁路运输作业方面，还是在非正常运营条件下对设备的维护保养，特别是局部区段发生故障后的信号处理和指挥，这些都直接影响着列车的运输等。
3 结语
1乌兰察布市集宁区概况
集宁区地处内蒙古中西部，阴山山脉灰腾梁南麓，是乌兰察布市市府所在地，1992年被国务院正式批准为对外开放城市，2004年4月撤集宁市，设乌兰察布市集宁区，是乌兰察布市政治、经济、文化中心。
集宁及周边地区地上、地下资源丰富，形成“东土、南石、西陶、北铁、遍地牛羊”的格局。集宁区地理位置优越，交通发达，是内地通往蒙古、俄罗斯和东欧各国的交通要道，也是北部边疆重要的商品集贸地。京包线、集二线、集通线及在建的集－－张电气化铁路在此交汇，成为连接华北、西北的大动脉。110国道、208国道、京藏高速公路、二河高速公路等8条公路在此连通，形成四通八达的交通网络。
2集宁区供电现状分析
集宁北220kV变电站位于能源矿产品物流区，园区占地面积约108平方公里，该区域目前只有两条10kV农电线路供电，红海线和道北线，主干导线均为LGJ－70型，现有最大用电负荷3400千瓦。园区内分铁路站场区，煤炭、矿石产品洗选加工区，能源仓储区，其它产品仓储加工区，配套服务区等五大功能区。
目前，物流区已有7个项目入驻，近期有大批企业陆续进入投产期，负荷聚增，集宁北220kV变电站难以确保供电可靠性。供电能力明显不足，用户近期报装新增用电负荷无法接待。有部分入驻企业只能靠自备发电机维持施工作业。由于电力保障供给能力不足，已经影响到园区建设和区域经济的快速发展。
3集宁北220kV变电站10kV配出工程项目建设规模
本期集宁北220kV变电站10kV接入配出工程项目建设与改造项目共有8回10kV线路接入，主要是黄家村线、殡仪馆线、八二线、机场线、物流I线、薯业线、物流II线、南梁线等10kV线路接入工程。
（1）黄家村线路接入改造工程
按照城市配网规划，对原红海线黄家村分支线进行切改后接入集宁北220千伏变电站，新建10kV单回线路6.344公里，其中电缆线路0.46公里、架空线路5.884公里。
（2）八二线、机场线、备用Ⅲ线同杆三回接入工程
按照城市配网规划，对原道北线八二分支线进行切改重新整合后接入集宁北220千伏变电站，按同杆三回设计，新建线路路径全长12.1公里，同杆三回架空线路4.5公里、同杆双回架空线路5.30公里、单回架空线路2.097公里，三回架空线路累计长度26. 556公里，出口电缆线路2条0.97公里。本期建设10千伏线路分别为：①八二线全长10.252公里（其中电缆0.48公里、架空9.772公里）；②机场线全长12.292公里（其中电缆0.49公里、架空11. 802公里）；③备用Ⅲ线4.982公里（同杆三回架空线路）。
（3）物流I线、薯业线、物流II线、南梁线同杆四回接入改造工程
按照城市配网规划，对薯业线进行切改，首端与物流I线、物流II线、南梁线同杆四回架设，新建架空线路累计长度30.353公里，电缆总长度2.34公里。本期接入集宁北220千伏变电站10kV线路长度分别为：①物流I线全长6.872公里（其中电缆0.360公里、架空6.512公里）；②薯业线全长8.571公里（其中电缆0.370公里、架空8.201公里）；③物流II线全长9.311公里（其中电缆0. 380公里、架空8.951公里）；④南梁线全长7.079公里（其中电缆0.390公里、架空6.689公里），穿越110kV线路电缆4条共计0.84公里。
（4）殡仪馆线、备用Ⅰ线、备用Ⅱ线接入工程
按照城市配网规划，新建一条10kV线路至殡仪馆，线路全长2.271公里，其中电缆线路0.96公里、架空线路1.311公里（含同杆三回线路段0.58公里，单回线路段0.731公里），三回路杆塔、基础一次建成，导线按单回架设。
四、项目建设的必要性分析
目前，集宁区城乡结合部电网改造覆盖面低，主要是因为城乡结合部的地理位置特殊，在它的形成和发展过程中，各种管理难以到位造成的，而且随着城市的发展这种情况变得更加严重。
城市配电网的建设改造，能促进环保节能的高新技术、设备将在配电网中的广泛推广与应用。通过实施集宁北220kV变电站10kV接入配出工程项目，能使配电网络结构更加趋于科学性、实用性，实现配网运行方式的灵活、可靠，进一步满足地方各方面的发展，为社会及本企业带来明显的效益，具有良好的经济效益和社会效益。
一方面，通过实施配电网建设改造工程项目，能牢固配电网络结构，增强互带能力及配电网运行方式的灵活性，提高了城市配电网的供电可靠性，明显增加了售电量。通过提高供电量，能降低检修维护成本和线损率。通过提高单线承载能力，增强接待负荷能力，可进一步开拓电力需求市场，满足用电需求，实现真正意义上的增供扩销，为供用电双方增加经济效益。
另一方面，通过实施配电网建设改造工程项目，能够最大限度地满足电力市场发展的需求，为地方各方面的建设发展、招商引资提供充足、可靠的电力保障。提高城市配电网的供电可靠性，进一步降低设备的故障停运率。能够提高城市配电网的供电质量，满足对电能质量要求较高的现代高科技用电设施的需求，延长用电设施的寿命，最大限度地发挥用电设施的功率。能够提高用户的满意程度，切实兑现“让社会满意、政府放心”的承诺，进一步提升企业在社会和用户的形象。对供电可靠性有较高要求的特殊用户，能提供双电源供电，以保障可靠的电能供给，从而提高供电可靠性和输送能力。
中图分类号：F407.6文献标识码： A
1 配网自动化的意义和内容
配网自动化就是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配网系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理，集配电自动化与配电生产管理为一体的系统。配网自动化的功能应包括配电网络的数据采集与控制(SCADA)，馈线自动化(FA，即故障定位、隔离、非故障区段的供电恢复)、负荷管理、地理信息系统(AM／FM／GIS)、配电应用分析(PAS)等。配网自动化能够实现配网线路故障的快速排除，缩短配电线路故障停电时间，为配网运行提供现代化的管理手段，提高配网运行管理水平和工作效率，提高配网供电可靠性，提升用户满意度和客户服务水平，实现配网的自动化，是配网发展的必然趋势。
2电力系统配网自动化的技术分析
2.1配网自动化的技术原则
2.1.1可靠性原则
实施配网自动化的首要目标是提高配网的供电可靠性，因此配电网络必须具有可靠的电源点(双电源进线，备自投、变电所自动化)、具有可靠的配网网架(规划、布局、线路)、具有可靠的设备(一次智能化开关，二次户外FTU、TTU)、具有可靠的通信系统(通信介质、设备)、具有可靠的主站系统(计算机硬件、软件、网络)。
2.1.2分散性原则
由于配网的地域分布性特点，建立配网自动化系统希望功能分散、危险分散，采用具有智能的一次设备(如重合器)，故障可就地解决。对于县级规模的配电网，复杂性并不高，提高可靠性供电，通常双电源即能满足实际要求。为进一步提高整体系统的安全可靠性，主站软件功能分散，以SCADA为主体的实时监控功能独立运行，以GIS(地理信息系统)为主体的在线管理功能独立运行，电网分析计算功能独立运行，各功能间内核(数据库、微内核调度等)一体化设计，保证信息的可靠、高效、优质共享。
2.2配电自动化的合理规划
配网自动化的基本原理是将环网结构开环运行的配网线路通过分段开关把供电线路分割成各个供电区域。当某区域发生故障时，及时将分割该区域的开关跳开，隔离故障区域，随后将因线路发生故障而失电的非故障区域迅速恢复供电，从而避免了因线路出现故障而导致整条线路连续失电，减少了停电范围，提高了供电可靠性。因此，配电自动化对配网规划提出了以下要求：
2.2.1供电线路要连接成环网，且至少具备双电源，对供电密集区甚至要考虑构成多电源供电系统。
2.2.2线路干线须进行分段。避免线路某处出现故障导致整条线路都连续失电，即通过分段开关的倒闸，将非故障区域负荷转移。分段原则是：根据具体情况，或按负荷相等，或按线长相等，或按用户数量均等原则。应考虑投资效益，一般线长在3km以内的宜分3段，线路更长时分段不超过5段。
2.2.3若分段开关使用负荷开关，不使用断路器，可节省部分一次设备的投资。线路发生故障后，分段开关的作用是隔离故障区域，而不是切除故障电流。当故障发生后，变电站内10kV出口断路器分开，切除故障电流，此后，划分故障区域的分段开关才跳开隔离故障，此时故障电流已经切除。
2.2.4分段开关可使用断路器。目前我国开关生产厂家已经生产出分合负荷电流、过载电流及短路电流的10kV户外真空断路器。这种设备与计算机的遥控技术和数据传输终端设备连接后能够实现遥控操作、数据信息通讯等功能。
2.3配电设备的选择
要做到利用计算机网络和通信技术，实现对配网正常运行的控制、检测和故障时的快速处理(故障检测、故障定位、隔离和非故障区的恢复供电)以及配网的生产管理、设备管理的自动化，正确的设备选型是关键。在配电自动化系统中，配电设备应包括一次设备——配电开关，二次设备——馈线远方终端(FTU)、配变终端单元(TTU)等，以及为一、二次设备提供操作电源和工作电源的电源设备。
实施配电自动化，必须以重合器、分段器、负荷开关等具有机电一体化特性的自动配电开关设备为基础，在架空线路上作为分段和隔离故障用的开关应该具有免维护、操作可靠、体积小和安装方便的特点，并且能适应户外严酷的环境条件。馈线远方终端(FTU)用于采集开关的运行数据、控制开关的分合，为了达到“四遥”功能，必须具有通信功能。配变终端单元(TTU)用于采集配电变压器低压侧的运行数据，控制低压电容器投切用于无功补偿，通信的实时性要求低于FTU。需要特别注意的是，配电设备都在户外布置，其工况条件恶劣，必须达到特定的运行环境要求，否则实施配电自动化不但无法提高供电可靠性，还会降低供电可靠性。
2.4通信系统建设
通信系统是电力系统与配网终端设备联接的纽带，电力系统与终端设备间的信息交互都是通过通信系统完成，因此必须有稳定可靠的通信系统，才能实现配电自动化的功能。通信方式有：光纤通信、电力线载波、有线电缆、无线扩频、借助公众通信网等多种。配网自动化的通信具有终端设备多，单台设备的数据量小，实时性要求不同的特点，因此应因地制宜，根据当地环境和经济条件确定合理的通信系统，同时要考虑调度自动化通信系统的建设。
2.5配网主站建设
配网主站是整个配网自动化系统的监控管理中心，其功能包括SCADA实时监控、GIS(地理信息系统)在线管理、电网经济运行分析等。主站框架要突破传统的单一调度自动化系统C／S模式，以P-P-C／S-B／S一体化架构，充分体现分布式网络的管控一体的综合集成系统特点，计算机网络与软件平台技术充分体现功能与开放，并提供与异构系统跨平台接口，与调度、负控、MIS、CIS等自动化子系统实现无缝集成。
6结论
因此，真正发挥出电力系统配网自动化的潜在功能还需运行专家和通用控制平台进一步的合作，面向实际的需求，解决特定的应用对象和问题。能够充分包容吸收现场专家经验的柔性控制系统才是一个性能优良的配网自动化控制系统。
参考文献：
[1]李存锋.城市配电网自动化研究之我见[J].中国新技术新产品，2011（2）： 188-189.
[2]杨淼锋.广东电网中低压配电网自动化规划研究[J].四川电力技术， 2011（2）：74-77.
[3]杨淼锋.广东电网中低压配电网自动化规划研究[J].科技传播，2011（4）：98-100.
[4]苏剑华.面向配电网自动化建设的通信方式研究[J].信息通信，2012（2）：272-274.
配网自动化系统就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的系统。通信系统是配网自动化系统中的重要系统。配网自动化系统要通过可靠的通信手段,将控制中心(主站)的控制命令下发到各执行机构或远方终端,同时将远方监控单元(rtu、dtu、ttu、ftu等)所采集的各种信息上传至控制中心(主站)。通信系统的好坏很大程度上决定了配网自动化系统的优劣。为满足配网自动化的要求,通信系统必须满足以下要求:
(1)通信的可靠性。(2)通信的实时性。(3)通信的双向性。还要考虑通信系统的建设费用、系统的可扩充性、使用和维护的方便性。
随着gprs无线通信技术的发展,为配网自动化的通信系统提供了新的解决方案。
2 gprs系统概述及特点
gprs 是通用分组无线业务(general packet radio service)的简称,是在现有gsm系统上发展出来的一种高效、低成本的移动数据通信业务。gprs系统具有以下特点:
(1)永远在线。(2)高速传输。(3)组网简单、迅速、灵活。(4)按流量计费。
3 gprs无线通讯系统的组成
gprs无线通讯系统由远程终端、数据传输网络、监测中心三部分组成。
(1)远程终端:
远程终端位于配电网联络、分段开关等设备位置,通过rs-232/422/485接口直接连接到开关上,实现对开关参数的采集、存储、预处理,经过tcp/ip协议封装加密后,通过内嵌式gprs模块将数据发送到gprs网络最近的bss移动基站,通过gprs网络传送至监控中心,实现设备和监控中心系统的实时在线连接。同时,远程终端还可将监测中心发送的遥控指令传给开关控制模块,对开关进行控制操作。
(2)数据传输网络:
远程终端采集的数据经处理打包后转换成在公网数据传送的格式,通过gprs无线数据网络进行传输。gprs网络通过sgsn(serving gprs support node gprs服务支持节点)、ggsn(gate gprs support node gprs网关支持节点)设备与gprs运营商路由器连接。gprs运营商路由器与监控中心通过ddn数字数据网专线连接。
(3)监测中心
监控中心服务器申请配置固定ip地址,采用gprs运营商提供的ddn专线,与gprs网络相连。数据传输到监控中心后对接收的数据进行还原处理。
4 gprs可以满足配网自动化的要求
根据配网自动化对通信系统的要求,下面从通信的可靠性、实时性、双向性讨论gprs无线通信方式是否能满足配网自动化的要求。
(1)通信的可靠性。
目前,gprs无线通信方式已在电力系统中大量应用,如配电变压器综合测试系统、负控系统。大量的实践表明,gprs无线通信方式的可靠性完全能满足可靠性的要求。
(2)通信的实时性和双向性
gprs网络接入速度快,支持中、高速率数据传输,可提供9.05—171.2kbit/s的数据传输速率(每用户),能在0.5 —1秒之内恢复数据的重新传输。
二、配网中tmr的应用
电网电能量目前基本采用人工读表、现场读表及部分远方拨号等传统方式采集,然后人工汇总、统计、分析、计算,效率低,不便存储、分析、应用,用电、计划、生产等部门所需的各种电量数据不完整、不及时,给各级领导和部门的分析和决策造成困惑。
建成电网电能量计量计费系统(tmr)后,可实现如下转变:
1、统一电网电能量的采集,保证全网电能量数据同源一致,避免重复投资和交叉管理。
2、电能量全过程自动采集、处理、存储、输出,减轻了用电、计量、计划、调度、负控等部门的劳动强度,为各级领导、部门提供及时、准确的服务(网上监测、查询)。
3、用电异常监测:可实时监测电能表的运行状况,通过综合分析处理,可实现用电异常告警(防窃电)。
4、可完成电量数据的分析:可按不同费率不同时段完成各类电能量的计量计费。
三、胜利油田滨南tmr系统两种方案的比较
滨南电力于2000年实行专业化管理,出口线路现归滨南采油厂维护管理。滨南配网计费系统(以下简称tmr)最早建立于2002年。当时为了采集线路出口电量,采用电能采集器采集变电所所有线路的电表电量,电台传输方式。分别在变电所安装东营万达厂家电表和东方电能采集器,电流取自线路所装断路器,一部分电表由于断路器的pt损坏造成电表读数不正确;电压取自变电所出口所装的一个三相五柱pt,另一部分电表由于变电所线路所属不同的母线,电压电流相序问题而导致电表没有读数。
1、方案的提出
为了进一步完善tmr系统,实时监控变电所出口电量,对配网tmr系统做如下方案:
方案一:在各条线路出口安装高压计量。高压计量由组合pt,电能表,通讯模块三部分组成。
主要原理:由通讯模块采集电能表数据向配网tmr系统发送数据。
估计发生费用:线路条数(65)*高压计量单价(1.5万元)=97.5万元
安装示意图如下
主要原理:由电能表计量每条线路开关的pt、ct,再由电能采集器采集电能表数据向配网tmr系统进行转发。
估计发生费用:变电所数(12)*采集器单价(4万元)+电能表(0.4万元)*线路总数(65)=74万元
三相五柱pt8台*单价(0.6万元)=4.8万元
总计78.8万元
安装示意图如下:
2、两个方案的比较
(1)调试工作:使用的电能采集器的电表需要与线路出口开关的pt以及ct有直接联系。并且关系到变电所相序问题以及ct精度问题,所以方案二的调试工作难度大。
(2)故障处理:方案一由于每条线路安装高压计量,不可避免的造成事故率的上升(组合pt的烧坏等),但是由于高压计量组成简单,能够比方案二更快的对故障进行处理,且其它的非故障线路的电表数据传输不受影响。
(3)数据准确性:方案二中由于线路出口开关老化,不能保证计量ct的准确性。并且,由于电表是由采集器统一采集,大大增加了数据的误码率。该方案最大的问题在于一旦出现问题一个变电所的所有线路的电能都无法采集。
(4)可靠性比较:方案二由于涉及采集器通讯、电能表接线以及线路开关接线等多方面技术,降低了正常运行的可靠性。而安装高压计量,比较直观简单,一条线路出现问题,其它非故障线路不受影响,运行可靠性大大增加。
(5)费用比较:根据上面所计算费用情况,安装高压计量的费用与安装采集器的费用相对要多。
四、结论及建议
通过以上分析认为,线路出口安装高压计量是简单可行的,数据传输和数据准确率也得到保证,所以建议在各线路出口安装高压计量。
配网自动化系统就是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术,实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理的系统。通信系统是配网自动化系统中的重要系统。配网自动化系统要通过可靠的通信手段,将控制中心(主站)的控制命令下发到各执行机构或远方终端,同时将远方监控单元(rtu、dtu、ttu、ftu等)所采集的各种信息上传至控制中心(主站)。通信系统的好坏很大程度上决定了配网自动化系统的优劣。为满足配网自动化的要求,通信系统必须满足以下要求:
(1)通信的可靠性。(2)通信的实时性。(3)通信的双向性。还要考虑通信系统的建设费用、系统的可扩充性、使用和维护的方便性。
随着gprs无线通信技术的发展,为配网自动化的通信系统提供了新的解决方案。
2 gprs系统概述及特点
gprs 是通用分组无线业务(general packet radio service)的简称,是在现有gsm系统上发展出来的一种高效、低成本的移动数据通信业务。gprs系统具有以下特点:
(1)永远在线。(2)高速传输。(3)组网简单、迅速、灵活。(4)按流量计费。
3 gprs无线通讯系统的组成
gprs无线通讯系统由远程终端、数据传输网络、监测中心三部分组成。
(1)远程终端:
远程终端位于配电网联络、分段开关等设备位置,通过rs-232/422/485接口直接连接到开关上,实现对开关参数的采集、存储、预处理,经过tcp/ip协议封装加密后,通过内嵌式gprs模块将数据发送到gprs网络最近的bss移动基站,通过gprs网络传送至监控中心,实现设备和监控中心系统的实时在线连接。同时,远程终端还可将监测中心发送的遥控指令传给开关控制模块,对开关进行控制操作。
(2)数据传输网络:
远程终端采集的数据经处理打包后转换成在公网数据传送的格式,通过gprs无线数据网络进行传输。gprs网络通过sgsn(serving gprs support node gprs服务支持节点)、ggsn(gate gprs support node gprs网关支持节点)设备与gprs运营商路由器连接。gprs运营商路由器与监控中心通过ddn数字数据网专线连接。
(3)监测中心
监控中心服务器申请配置固定ip地址,采用gprs运营商提供的ddn专线,与gprs网络相连。数据传输到监控中心后对接收的数据进行还原处理。
4 gprs可以满足配网自动化的要求
根据配网自动化对通信系统的要求,下面从通信的可靠性、实时性、双向性讨论gprs无线通信方式是否能满足配网自动化的要求。
(1)通信的可靠性。
目前,gprs无线通信方式已在电力系统中大量应用,如配电变压器综合测试系统、负控系统。大量的实践表明,gprs无线通信方式的可靠性完全能满足可靠性的要求。
(2)通信的实时性和双向性
gprs网络接入速度快,支持中、高速率数据传输,可提供9.05—171.2kbit/s的数据传输速率(每用户),能在0.5 —1秒之内恢复数据的重新传输。
二、配网中tmr的应用
电网电能量目前基本采用人工读表、现场读表及部分远方拨号等传统方式采集,然后人工汇总、统计、分析、计算,效率低,不便存储、分析、应用,用电、计划、生产等部门所需的各种电量数据不完整、不及时,给各级领导和部门的分析和决策造成困惑。
建成电网电能量计量计费系统(tmr)后,可实现如下转变:
1、统一电网电能量的采集,保证全网电能量数据同源一致,避免重复投资和交叉管理。
2、电能量全过程自动采集、处理、存储、输出,减轻了用电、计量、计划、调度、负控等部门的劳动强度,为各级领导、部门提供及时、准确的服务(网上监测、查询)。
3、用电异常监测:可实时监测电能表的运行状况,通过综合分析处理,可实现用电异常告警(防窃电)。
4、可完成电量数据的分析:可按不同费率不同时段完成各类电能量的计量计费。
三、胜利油田滨南tmr系统两种方案的比较
滨南电力于2000年实行专业化管理,出口线路现归滨南采油厂维护管理。滨南配网计费系统(以下简称tmr)最早建立于2002年。当时为了采集线路出口电量,采用电能采集器采集变电所所有线路的电表电量,电台传输方式。分别在变电所安装东营万达厂家电表和东方电能采集器,电流取自线路所装断路器,一部分电表由于断路器的pt损坏造成电表读数不正确;电压取自变电所出口所装的一个三相五柱pt,另一部分电表由于变电所线路所属不同的母线,电压电流相序问题而导致电表没有读数。
1、方案的提出
为了进一步完善tmr系统,实时监控变电所出口电量,对配网tmr系统做如下方案:
方案一:在各条线路出口安装高压计量。高压计量由组合pt,电能表,通讯模块三部分组成。
主要原理:由通讯模块采集电能表数据向配网tmr系统发送数据。
估计发生费用:线路条数(65)*高压计量单价(1.5万元)=97.5万元
安装示意图如下
主要原理:由电能表计量每条线路开关的pt、ct,再由电能采集器采集电能表数据向配网tmr系统进行转发。
估计发生费用:变电所数(12)*采集器单价(4万元)+电能表(0.4万元)*线路总数(65)=74万元
三相五柱pt8台*单价(0.6万元)=4.8万元
总计78.8万元
安装示意图如下:
2、两个方案的比较
(1)调试工作:使用的电能采集器的电表需要与线路出口开关的pt以及ct有直接联系。并且关系到变电所相序问题以及ct精度问题,所以方案二的调试工作难度大。
(2)故障处理:方案一由于每条线路安装高压计量,不可避免的造成事故率的上升(组合pt的烧坏等),但是由于高压计量组成简单,能够比方案二更快的对故障进行处理,且其它的非故障线路的电表数据传输不受影响。
(3)数据准确性:方案二中由于线路出口开关老化,不能保证计量ct的准确性。并且,由于电表是由采集器统一采集,大大增加了数据的误码率。该方案最大的问题在于一旦出现问题一个变电所的所有线路的电能都无法采集。
(4)可靠性比较:方案二由于涉及采集器通讯、电能表接线以及线路开关接线等多方面技术,降低了正常运行的可靠性。而安装高压计量,比较直观简单,一条线路出现问题,其它非故障线路不受影响,运行可靠性大大增加。
(5)费用比较:根据上面所计算费用情况,安装高压计量的费用与安装采集器的费用相对要多。
四、结论及建议
通过以上分析认为,线路出口安装高压计量是简单可行的,数据传输和数据准确率也得到保证,所以建议在各线路出口安装高压计量。
