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可靠性基础 清华大学电机系 鲁宗相 luzongxiang98@tsinghua.edu.cn 内容提要 可靠性概念及术语 可靠性及电力可靠性的基本概念 可靠度函数及常用概率分布 系统可靠性分析 系统可靠性模型 系统可靠性的分析方法 可靠性工程及管理（知识扩展） 可靠性管理及其效益 几个热点问题（发展趋势展望） 楔子——为什么要研究可靠性？ 产品可靠性的重要性 电力系统的复杂性 大系统与小系统？大机组、大电厂、大电网、大电流、高电压/独立电力系统、分布式发电、微型电力系统 广域系统：国际、省际、…千家万户 集中与分散？ 静态与动态系统？ 线性与非线性系统？ 强大与脆弱系统？ 确定性与不确定性系统？ 电力系统脆弱性（vulnerability）及其根源 电力系统脆弱性（vulnerability）原因 ? 自然灾害和气候条件 ? 大的电力系统元件故障 ? 控制和保护系统故障 ? 信息和通信系统故障 ? 电力系统不稳定问题 ? 负荷对电力系统的反作用 ? 人为的错误 ? 战争与恐怖袭击 ? 不合适/错误的系统模拟和估计 ? 竞争的电力市场环境中的脆弱性 ? 不能获得、综合和利用可靠的信息 研究电力可靠性的目的 1.1 可靠性的广义概念 不是新概念，自古有之 选购商品，性能、价格、能用多久，是否容易坏？（——可靠性的概念） 人的诚信（——社会科学中的可靠性） 从广义的主观、模糊、定性的概念到一门学科的演变 社会发展和科技进步的需求(大系统，复杂特性) 军用科技的发展和历史的教训(第二次世界大战) 可靠性概念的定性说明 可靠性的时间相关性特点 可靠性的定义 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力 定义的概况：三规定一能力 定义的五个要点： 产品——可靠性研究的对象 规定的条件——可靠性定义的基础 规定的时间——可靠性定义的核心 规定的功能——可靠性分析的前提 能力——可靠性度量的总体性（概率）指标 1.2 分类——狭义/广义可靠性 广义可靠性（有用性） 可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的能力 维修性 产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力 1.2 分类——固有/使用可靠性 固有可靠性(RI) 是指设计奠定、制造实现和保证的可靠性 其中心问题是狭义可靠性 设计过程是关键和基础 使用可靠性(Ru) 是指产品在使用过程中，因受环境条件、维修方式及人为因素的影响所能达到的可靠性 2003年全国220kV断路器非计划停运按责任分类如下：产品质量不良占60.60%，设备老化15.25%，检修质量不良5.16%，设计不周占2.22%，气候因素占2.15% 1.2 分类——基本可靠性和任务可靠性 基本可靠性 产品在规定条件下，无故障的持续时间或概率 任务可靠性 产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力 发电厂的商业可靠性 1.2 可靠性的分类 硬件可靠性 是指在传统上看作是完全相同的器件总体中取出的若干部分的一种组合 软件可靠性 是指由书面的或恪记录的信息、概念、文件或程序组成的产品 软件可靠性：在规定的条件下和规定的时间内，软件成功地完成规定功能的能力（概率）或不引起系统故障的能力（概率） 软件可靠性不会发生疲劳、老化类型的故障，软件故障率不会随时间增长而单调下降（硬件可靠性的“浴盆曲线”） 人的可靠性（Human Reliability） 硬件－软件混合系统 电力系统是一个复杂的混合系统 RSY = RSRHRm (系统可靠度＝软件可靠度×硬件可靠度×操作者误差) 1.3 可靠性量化指标——特征量 意义 量化是可靠性走向科学的必然之路 可靠性指标的特点 多样化：多个指标构成的体系，不同的表示法 抽样统计特性：描述系统随机特性的概率指标 时间函数：时间、寿命是可靠性研究的核心 可靠性的度量（指标） 第一类指标 可靠度R(t) 不可靠度F(t) 故障密度f(t) 第二类指标 故障率l(t) 第三类指标 产品的寿命指标：平均寿命MTTF、中位寿命、可靠寿命、特征寿命 第四类指标 维修率 平均修复时间MTTR 第五类指标 可用性：瞬时可用性、稳态可用性 1.4 可靠性相关的基本术语 可靠性（Reliability） 质量（Quality） 可维修性（Maintainability） 可用性（Availability） 人身/环境安全保障（Safety） 安全（Security） 可信性（Dependability） 可靠性、可用性和生产力性能Reliability, Availability Productivity 可靠性 用来描述元件（设备、系统）完成预定功能的能力 可用性 在考核周期内，元件（设备、系统）能够提供服务的持续时间与整个时间