換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分析的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種直流輸電換流閥的建模方法，具體講設(shè)及一種換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān) 鍵元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分析的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)是整個(gè)直流系統(tǒng)的重要組件，其本身也是一個(gè)設(shè)及 暖通、制冷、電氣、水處理和控制等多個(gè)專業(yè)的系統(tǒng)。組成此系統(tǒng)需要各種各樣的裝置設(shè)備 及儀器儀表，因此對(duì)其設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、檢修W及檢測(cè)提出了很高的要求。近年來(lái)，換流閥 冷卻系統(tǒng)因材質(zhì)老化、元件損壞、水質(zhì)變化、換熱器結(jié)垢腐蝕、配水管電極和密封圈結(jié)垢腐 蝕、主累漏水、在線儀表故障和誤差、控制保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作、一次設(shè)備設(shè)計(jì)不完善等原因，直 接導(dǎo)致的直流系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)占總數(shù)的一半左右，運(yùn)表明換流閥冷卻系統(tǒng)是威脅直流系統(tǒng) 安全可靠運(yùn)行的最大風(fēng)險(xiǎn)之一。因此非常有必要開展換流閥冷卻系統(tǒng)級(jí)別的可靠性分析工 作。
[0003] 就提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性而言，行之有效的辦法是找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，而后針 對(duì)薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)備或者系統(tǒng)進(jìn)行可靠性的技術(shù)研究。然而在現(xiàn)行的換流閥冷卻系統(tǒng)中，由 于缺乏相應(yīng)的可靠性數(shù)據(jù)，而且換流閥冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、檢修和檢測(cè) 等尚無(wú)國(guó)際、國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，導(dǎo)致相關(guān)工作（如設(shè)計(jì)、檢修、檢測(cè)、運(yùn)維等）無(wú)章可 循，各個(gè)廠家技術(shù)線路不通，開展的工作項(xiàng)目不全面、周期不確定、工藝不標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)不完 善，未能實(shí)現(xiàn)相關(guān)工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和制度化，無(wú)法提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。因 此針對(duì)設(shè)備的可靠性和使用壽命而言，除了制造廠家需提供相關(guān)的可靠性數(shù)據(jù)W外，設(shè)計(jì)、 安裝、調(diào)試等廠家也應(yīng)該將制造廠家提供的樣本安裝在自己的系統(tǒng)中進(jìn)行配合調(diào)試而后獲 得相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照可靠性的研究技術(shù)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性升級(jí)。換流閥冷卻系統(tǒng) 關(guān)鍵元器件直接影響到冷卻系統(tǒng)重要技術(shù)指標(biāo)，關(guān)鍵元器件作為關(guān)鍵元器件之一，是換流 閥冷卻系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備，直接影響到冷卻系統(tǒng)的可靠性，所W針對(duì)關(guān)鍵元器件的可靠性要 求就顯得尤為重要。
[0004] 對(duì)于關(guān)鍵元器件的可靠性分析，通常應(yīng)用最廣泛的統(tǒng)計(jì)分析模型是Weibull分 布，從概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度看，Weibull分布式連續(xù)性的概率分布，其概率密度為： 陽(yáng)0化]
[0006] 其中，X是隨機(jī)變量，A〉〇是比例參數(shù)，k〉0是形狀參數(shù)，它的累積分布函數(shù)是擴(kuò)展 的分布函數(shù)。能夠完整描述一個(gè)實(shí)數(shù)隨機(jī)變量X的概率密度，是概率密度函數(shù)的積分。
[0007] Weibull分布是根據(jù)最弱環(huán)節(jié)模型或者串聯(lián)模型得到的，能充分反映元器件的缺 陷W及應(yīng)力對(duì)元器件疲勞壽命的影響，具有遞增的失效率。因此將它作為元器件可靠性分 析模型是合適的。由于Weibull分布可W利用概率值推斷出它的分布參數(shù)，尤其適用于磨 損累積失效的分布情況。
[0008] 兩參數(shù)的Weibull分布主要用于材料的疲勞試驗(yàn)，S參數(shù)Weibull分布應(yīng)用于元 器件的壽命試驗(yàn)或可靠性分析。二參數(shù)威布爾分布，其參數(shù)估計(jì)常會(huì)帶來(lái)較大誤差，對(duì)于 具有W耗損失效為特征的機(jī)械件的壽命評(píng)估中，采用=參數(shù)威布爾分布進(jìn)行擬合及參數(shù)估 計(jì)，可W得到更高的精度，因而較二參數(shù)威布爾分布，更能反映產(chǎn)品可靠性的實(shí)際情況。
[0009] 目前對(duì)可靠性Weibull分布模型的研究有很多，由于Weibull分布非常適合機(jī)械 產(chǎn)品的磨損累積失效的分布形式。但是可靠性Weibull分布多數(shù)都集中在連接器上，針對(duì) 換流閥冷卻系統(tǒng)的研究不多，尤其是換流閥冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，因此亟需一種換流閥 冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件的可靠性統(tǒng)計(jì)分析的建模方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件可靠 性統(tǒng)計(jì)分析的建模方法，本發(fā)明采用適用于元器件壽命試驗(yàn)可靠性分析的S參數(shù)Weibull 分布，對(duì)換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件的可靠性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)換流閥 的關(guān)鍵元器件進(jìn)行可靠性的實(shí)際應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)關(guān)鍵元器件的可靠性情況，對(duì)整個(gè) 系統(tǒng)的檢修提出科學(xué)合理的建議，能夠整體提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
[0011] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 本發(fā)明提供一種換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分析的建模方法，所述換 流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件包括水累、換熱器和空氣冷卻器，其改進(jìn)之處在于，所述建模方法 包括下述步驟：
[0013] (1)獲得換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件失效時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0014] 似分析失效時(shí)間數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)；
[001引 做W經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)為擬合標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建Weibull分布模型；
[0016] (4)獲得Weibull分布模型中的模型參數(shù)；
[0017] (5)構(gòu)建Weibull分布模型下的關(guān)鍵元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分析模型；
[0018] (6)對(duì)可靠性統(tǒng)計(jì)分析模型的參數(shù)進(jìn)行可靠性應(yīng)用。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，收集同一使用環(huán)境下同一型號(hào)的換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān) 鍵元器件，并獲得其失效時(shí)間數(shù)據(jù)。
[0020] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中，對(duì)所述失效時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算其經(jīng)驗(yàn)分布值，獲得經(jīng)驗(yàn)分 布函數(shù)，并基于經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)繪制經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)曲線，包括下述步驟：
[0021] a.將所述失效數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)數(shù)值大小做升序排列，排列后的數(shù)據(jù)依次記為ti，其 中i = 1，2，......，n ;n表示n個(gè)失效數(shù)據(jù)；
[0022] b.確定每個(gè)時(shí)間間隔點(diǎn)的累積經(jīng)驗(yàn)分布值，獲得經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)為F(ti)= (i-0. 3)/(n+0. 4) O
[0023] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中，W步驟（2)的失效時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行We化Ull分布的統(tǒng)計(jì) 推斷，獲得Weibull分布模型，所述Weibull分布模型為S參數(shù)Weibull分布模型，用下式 1)表示：
[0024] 1);
[00巧]其中：0為形狀參數(shù)，n為特征壽命參數(shù)，丫為位置參數(shù)，t為失效時(shí)間。
[0026] 進(jìn)一步地，所述步驟（4)中，采用柯爾莫戈洛夫檢驗(yàn)法化-S檢驗(yàn)法）對(duì)Weibull 分布模型進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，判斷是否在偏差之內(nèi)；如果是，則記錄Weibull分布模型中的 模型參數(shù)；否則重復(fù)步驟（2)，直到擬合優(yōu)度檢驗(yàn)在偏差之內(nèi)，所述偏差可查柯爾莫戈洛夫 檢驗(yàn)的臨界值表得到。
[0027] 進(jìn)一步地，所述模型參數(shù)包括S參數(shù)Weibull分布模型中對(duì)應(yīng)的形狀參數(shù)0、特 征壽命參數(shù)n和位置參數(shù)丫。
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟巧）中，針對(duì)使用環(huán)境和關(guān)鍵元器件類型的不同，分別重復(fù)上 述步驟（1)至步驟（4)，建立模型參數(shù)查表文件的數(shù)據(jù)庫(kù)，得到Weibull分布模型下的關(guān)鍵 元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分析模型，用下式2)表示：
[0029] 汾;
[0030] 其中：P為形狀參數(shù)，n為特征壽命參數(shù)，丫為位置參數(shù)，t為失效時(shí)間；不同的 關(guān)鍵元器件其模型對(duì)應(yīng)的形狀參數(shù)0、特征壽命參數(shù)n和位置參數(shù)丫是不同的。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：
[0032] 1)本發(fā)明采用適用于元器件壽命試驗(yàn)可靠性分析的S參數(shù)Weibull分布，對(duì)換流 閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件的可靠性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)換流閥的關(guān)鍵元器件 進(jìn)行可靠性的實(shí)際應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)關(guān)鍵元器件的可靠性情況，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢修提 出科學(xué)合理的建議，能夠整體提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
[0033] 2)易獲得失效數(shù)據(jù)。
[0034] 3)所需參數(shù)少，計(jì)算不復(fù)雜，過(guò)程簡(jiǎn)潔且易于實(shí)現(xiàn)。
[0035] 4)能夠通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)，真實(shí)可靠。
[0036] 5)通過(guò)計(jì)算可W得出失效時(shí)間，便于有目的性的檢修。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1是本發(fā)明提供的換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分析的建模方法的 流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的主循環(huán)累經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)與Weibull分布函數(shù)擬 合曲線；
[0039] 圖3是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的噴淋累經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)與Weibull分布函數(shù)擬合 曲線；
[0040] 圖4是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的潛水排污累經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)與Weibull分布函數(shù) 擬合曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)，包括主循環(huán)水累、加熱罐、空氣散熱器、主過(guò)濾器、換流 閥及脫氣罐；所述主循環(huán)水累出口、加熱罐、空氣散熱器、主過(guò)濾器、換流閥、脫氣罐及主循 環(huán)水累進(jìn)口通過(guò)管道依次連接起來(lái)形成循環(huán)回路。
[0043] 所述直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括水處理回路，所述水處理回路包括離子交換器 及精密過(guò)濾器，所述水處理回路與換流閥并聯(lián)，所述離子交換器與精密過(guò)濾器串聯(lián)，所述離 子交換器及精密過(guò)濾器均設(shè)有備用。
[0044] 所述直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)，所述氮?dú)夥€(wěn)壓系統(tǒng)包括膨脹罐 及氮?dú)馄?，膨脹罐與精密過(guò)濾器串聯(lián)，氮?dú)馄颗蛎浌捱B接，所述膨脹罐為兩個(gè)串聯(lián)，氮?dú)馄?設(shè)有備用。直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)，所述自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)包括依次連接 的原水累、補(bǔ)水過(guò)濾器、原水罐、補(bǔ)水累及補(bǔ)水電動(dòng)閥，補(bǔ)水電動(dòng)閥與離子交換器連接，所述 補(bǔ)水累設(shè)有備用。加熱罐包括至少一個(gè)電加熱器。脫氣罐包括至少一個(gè)電加熱器。
[0045] 直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)包括電動(dòng)S通閥、蝶閥及球閥，電動(dòng)S通閥與蝶閥串聯(lián) 后于球閥并聯(lián)，連接在加熱罐與主循環(huán)水累之間，電動(dòng)=通閥第=端與主過(guò)濾器進(jìn)口連接， 所述蝶閥及電動(dòng)=通閥均設(shè)有備用。
[0046] 主循環(huán)水累、加熱罐及主過(guò)濾器均設(shè)有備用。換流閥及脫氣罐設(shè)有芳路。水處理 回路與電導(dǎo)率測(cè)量支路并聯(lián)。
[0047] 本發(fā)明提供一種基于Weibull分布的換流閥冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵元器件可靠性統(tǒng)計(jì)分 析的建模方法及應(yīng)用，主要用于直流輸