【原】浅析电气设备可靠性设计（3）

3.提高系统可靠性的途径

3.1认真从事系统可靠性的设计

电力系统的可靠性模型，大体上有以下三种形式：

3.1.1串联系统的可靠性模型。串联系统模型如图1所示。串联系统是指它的每一个元件对于系统的正常工作都是必须的，不可或缺的；任何一个元件的失效，将导致系统工作不正常。这是一种较常见和简单的系统。

  如果系统有N种元件，每种元件的失效率为λ_i(i=1～N)，则串联系统的总失效率：

λ_Σ=n1λ1＋n2λ2＋……nNλN         (10)

总的无故障工作时间：

MTBF_Σ=1/λ_Σ=1/[n₁λ₁＋n₂λ₂＋……n_Nλ_N]     (11)

年可靠度：P=1/e^8760·λΣ=1/e^8760/MTBFN(因每年共8760h)。 (12)

例1：优质的交流电源开关的MTBF0=20万h，如果一个配电屏用10只电源开关。则该配电屏的MTBF=MTBF0/10=2万h。相当于年可靠度P=0.645=64.5％。即年故障概率F=1－P=35.5％。也就是该配电屏每年有35.5％的可能性需要维修。如果一个配电系统有10台配电屏，则每年有3～4台交流电源开关有可能出故障，就是很正常的情况。这也和某部门有100台电源开关，大都连续工作的故障概率相仿。

可见，虽然每单电源开关的MTBF0=20万h，已经比其他类型的交流电源开关高了许多倍（其它类型电源MTBF往往只有数千h）。但处于连续工作条件下的串联系统模型的信号屏的可靠度并不十分令人满意。

  

 3.1.2并联系统的可靠性模型。并联系统模型如图2所示。图中：U1，U2均可单独地实现系统的功能，而且U1，U2任何一个单元出现故障，将自动（或手动）和输入、输出端断开，同时接入另一个互为备份的单元。

显然，并联系统的任何一个单元的失效，均不会影响系统的功能，只有在二个单元均失效时，系统才不能正常工作。同理也可以N个单元并联构成一个系统。 其数学关系为：

故障概率：F（t）=F₁（t）·F₂（t）…F_N（t） (13)

若F₁（t）=F₂（t）…=F_N（t）则可靠度：

R（t）=1－F（t）=1－[F₁（t）]ⁿ        (14)

例2：优质的交流电源开关的MTBF0=20万h，每台配电屏用10只电源开关。若每个电源开关有2台互为备份的开关构成并联系统。则每台开关的年可靠度：

P₁=1/e^8760/MTBF，P₁=0.957

年故障概率F₁=1－P₁=0.043

所以，每个电源开关（2台互为备份的电源开关构成）的年故障率为：

F₁₁=[F₁]²=1.85×·10^－3

每个电源开关的年可靠度：

P₁₁=1－F₁₁=1－[1－P₁]² =1－1.85×10^－3=0.998=99.8％

每台配电屏有10只电源开关，则每台配电屏的年可靠度：

P=（P₁₁）¹⁰ =（0.998）10=0.98=98％，

即年故障概率F=1－P，为2％。

若一个配电系统有10台配电屏，则每年只有2％的可能性，会进行一次维修。与例1串联系统相比，故障概率降低了近18倍。

结论很明确，在每个单元的可靠性受各种限制不可能太高，而又要求系统具有很高的可靠度的情况下，采用并联系统代替串联系统是提高供电系统可靠性的根本方法。并联系统的成本将高于串联系统，但为了保证必要的可靠性，花些代价是必须的也是值得的。

3.1.3混合系统可靠性模型。实际工程中，为了在成本和可靠性方面求得平衡，常常使用串联和并联混合系统。也就是对可靠度较低的单元采用并联系统，可靠度高的单元保持串联系统。模型如图3所示。

   混合系统的可靠度：

R（t）=R₁（t）·R₂（t）·R_3－2（t）·R₄（t） (6-23)

如果R₁=R₂=R₄=0.99，R₃=0.9

则R_3－2=1－[1－R₃]²，R_3－2=0.99

R=R₁·R₂·R_3－2·R₄ =0.96=96％。（F=4％）。

假使，U3不用并联系统，则R=0.87=87％，（F=13％）。可见，两者可靠度的差别还是很明显的，故障率降低了3倍多。混合系统比串联系统可靠性高，比并联系统简单。