專利名稱：用于預(yù)測(cè)智能電子裝置的維護(hù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本文所公開的主題涉及惡劣環(huán)境中使用的智能電子裝置的維護(hù)，更具 體來說，涉及用于便利化基于操作狀況、受外部因素影響和裝置中嵌入的可靠性模型的連 續(xù)監(jiān)測(cè)的智能電子裝置的預(yù)測(cè)維護(hù)。
背景技術(shù)：
包括結(jié)合的發(fā)電、輸電、配電和能量轉(zhuǎn)換部件的電力網(wǎng)常常借助于智能電子裝置 (IED)進(jìn)行操作。這類裝置防止故障和其它異常狀況，監(jiān)測(cè)和計(jì)量能量使用，以及控制電力 網(wǎng)操作的其它方面。智能電子裝置包括但不局限于包括保護(hù)繼電器、遠(yuǎn)程終端單元、可編程 邏輯控制器(PLC)、計(jì)量表、本地人機(jī)接口(HMI)、以太網(wǎng)交換機(jī)和/或路由器、調(diào)制解調(diào)器 以及其它類似裝置。智能電子裝置常常安裝和工作在苛刻環(huán)境下，例如高壓變電站控制房、中壓開關(guān) 設(shè)備、發(fā)電廠、工廠和電動(dòng)機(jī)控制中心。因此，IED暴露于例如極端溫度、電磁干擾、電力浪 涌、機(jī)械沖擊和振動(dòng)以及化學(xué)試劑等狀況中。至少一部分已知的IED設(shè)計(jì)成耐受由工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)、確立的設(shè)計(jì)實(shí)踐和/或基于制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)所規(guī)定的這類狀況。至少一部分已知的IED在電力網(wǎng)中執(zhí)行關(guān)鍵功能，例如保護(hù)功能和/或控制功能。 因此，需要有在調(diào)試時(shí)間中保持完全起作用的IED。要確保IED保持其預(yù)期功能并且在必要 時(shí)以及根據(jù)需要來執(zhí)行，定期檢查和/或維護(hù)IED。自從使用包括機(jī)電和模擬技術(shù)的前一代 保護(hù)、控制和/或計(jì)量裝置以來，定期維護(hù)過程已經(jīng)發(fā)生變化。至少一部分已知的定期維護(hù) 過程包括視覺檢驗(yàn)IED的問題征兆并且定期停止使用IED，將IED與它所屬的系統(tǒng)的其余部 分隔離，以及測(cè)試IED的功能性。這類定期維護(hù)過程的維護(hù)間隔可在2至5年之間，并且基 于例如給定用戶的以往經(jīng)驗(yàn)、所檢查的IED的構(gòu)成、平均操作狀況、應(yīng)用的關(guān)鍵性等因素以 及其它相關(guān)因素。但是，這類定期維護(hù)過程沒有優(yōu)化成考慮具有不同預(yù)期壽命和/或故障率的IED。 IED可安裝于與平均預(yù)計(jì)操作狀況相比極大地不同的操作狀況中?？勺儾僮鳡顩r包括例如 平均環(huán)境溫度等的易檢驗(yàn)因素以及例如受電磁干擾影響和本地操作溫度等的隱藏因素。通 常，維護(hù)給定設(shè)施中的所有IED，而不管IED的構(gòu)成和/或操作狀況。因此，某個(gè)百分比的 IED被“過度維護(hù)”，而一部分被“欠維護(hù)”，從而導(dǎo)致非預(yù)計(jì)故障發(fā)生。這類定期維護(hù)過程錯(cuò)過了 IED的用戶和/或操作人員的節(jié)省成本的極大可能性。 例如，維護(hù)因關(guān)聯(lián)工作量而是高費(fèi)用操作，并且在沒有部署裝置冗余度的情況下，維護(hù)可能 要求關(guān)閉受保護(hù)和/或受控制過程和/或資產(chǎn)。另外，IED的非預(yù)計(jì)故障要求應(yīng)急方式響 應(yīng)，它們涉及計(jì)劃外的工作、計(jì)劃外的備用材料使用、附加緊急事件以及對(duì)沒有適當(dāng)準(zhǔn)備的 工作的需要和/或受保護(hù)和/或受控制資產(chǎn)的計(jì)劃外關(guān)機(jī)，這則可觸發(fā)關(guān)聯(lián)過程步驟的關(guān) 閉。至少一部分已知的IED包括微處理器，它使IED能夠收集和分析來自傳感器的信 息。但是，需要這樣的系統(tǒng)和/或方法，它們使用信息收集和分析從而結(jié)合對(duì)例如可靠性模型等的IED的預(yù)期壽命的嵌入的知識(shí)來了解IED的操作狀況和承受影響(exposure)，以便 生成預(yù)測(cè)維護(hù)請(qǐng)求和/或信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，提供一種用于預(yù)測(cè)智能電子裝置(IED)的維護(hù)的方法。該方法包括 使用IED中的多個(gè)傳感器來測(cè)量環(huán)境狀況，處理環(huán)境測(cè)量以確定表示IED的歷史操作狀況 的長(zhǎng)期承受因素(exposure factor)，將可靠性模型應(yīng)用于長(zhǎng)期承受因素，根據(jù)長(zhǎng)期承受因 素和可靠性模型來確定IED壽命的數(shù)值量度，將IED壽命的數(shù)值量度與預(yù)先選擇的邊界值 進(jìn)行比較，以及如果IED壽命的數(shù)值量度超出預(yù)先選擇的邊界值則發(fā)信號(hào)。在另一個(gè)方面，提供一種用于建立和維護(hù)多個(gè)智能電子裝置(IED)的可靠性模型 的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括獲取單元，配置成從多個(gè)IED獲取長(zhǎng)期承受因素；輸入單元，配置成 從多個(gè)IED的出故障IED接收故障信息；以及處理器，配置成耦合到獲取單元和輸入單元。 處理器編程為確定各IED的可靠性，并且得出將承受因素與各IED的可靠性之間相關(guān)的可 靠性模型。在另一個(gè)方面，提供一種用于監(jiān)測(cè)其中具有用于獲取環(huán)境數(shù)據(jù)的多個(gè)傳感器的智 能電子裝置(IED)的操作狀況的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括獲取單元，配置成從IED獲取長(zhǎng)期承受 因素；輸入單元，配置成從IED接收故障信息；以及處理器，配置成耦合到獲取單元和輸入 單元。處理器編程為確定IED的可靠性，得出將承受因素與IED的可靠性之間相關(guān)的可靠 性模型，將IED壽命的數(shù)值量度與預(yù)先選擇邊界值進(jìn)行比較，以及如果IED的數(shù)值量度超出 預(yù)先選擇邊界值則生成信號(hào)。


以下具體實(shí)施方式
參照附圖、作為舉例來說明本文所述的包括優(yōu)點(diǎn)和特征的系統(tǒng) 和方法的示范實(shí)施例。圖1是可用于監(jiān)測(cè)操作溫度的示范智能電子裝置(IED)的示意圖；圖2是可用于監(jiān)測(cè)和/或測(cè)量電力浪涌的示范IED的示意圖；圖3是可用于檢測(cè)輸入端相對(duì)于接地點(diǎn)的不正確接地的示范IED的示意圖；圖4是示出示范預(yù)測(cè)維護(hù)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式雖然以下所述的實(shí)施例描述根據(jù)例如溫度、浪涌和接地等環(huán)境因素來監(jiān)測(cè)智能電 子裝置(IED)壽命，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，也可監(jiān)測(cè)其它環(huán)境因素。此外，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員會(huì)理解，因環(huán)境因素引起的影響可因工程或構(gòu)造的流程、非預(yù)計(jì)事件和/或因 用戶有意使用而使IED經(jīng)受加速磨損而發(fā)生變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，小型化和/或集成使 IED能夠包括如下所述的一個(gè)傳感器或者多個(gè)傳感器，使得各IED可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)環(huán)境因 素。例如但不是作為限制，IED可包括多個(gè)傳感器，它們使IED能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械沖擊、振 動(dòng)、濕度、暴露于化學(xué)因素、電源水平和/或輻射和/或傳導(dǎo)的電磁干擾。圖1是可用于監(jiān)測(cè)操作溫度的示范智能電子裝置(IED) 100的示意圖。IED 100包 括底板102，其中具有多個(gè)部件104和至少一個(gè)溫度傳感器106。在示范實(shí)施例中，部件104
5是IED 100中的關(guān)鍵部件，例如但不限于電容器、微控制器、圖形顯示器和/或通信收發(fā)器。 溫度傳感器106定位在IED 100中，使得溫度傳感器106可監(jiān)測(cè)IED 100中內(nèi)部的溫度點(diǎn) 以及周圍空氣108的溫度。更具體來說，溫度傳感器106定位成便于準(zhǔn)確估計(jì)各部件104 的溫度和環(huán)境溫度108，以便確定每個(gè)部件104和環(huán)境溫度108之間的溫度梯度。在操作期 間并且在穩(wěn)態(tài)狀況下，由溫度傳感器106所測(cè)量的溫度保持在相對(duì)于環(huán)境溫度108的基本 恒定偏移量ΔΤΑ。此外，由溫度傳感器106所測(cè)量的溫度保持在相對(duì)于各部件104的基本 恒定偏移量。例如，由溫度傳感器106所測(cè)量的溫度保持在相對(duì)于第一部件112的基本恒 定第一偏移量Δ Tl，并且保持在相對(duì)于第二部件114的基本恒定第二偏移量ΔΤ2。各偏移 量Δ ΤΑ、Δ Tl、Δ Τ2經(jīng)由在IED構(gòu)建和/或IED構(gòu)建后的測(cè)試期間的計(jì)算和/或測(cè)量來確 定。在示范實(shí)施例中，溫度傳感器106測(cè)量IED 100中的溫度。溫度傳感器106生成 表示測(cè)量溫度的信號(hào)，并且將該信號(hào)傳送給處理器110。處理器110通過相加或減去已知溫 度偏移量，來確定各部件104的估計(jì)溫度。例如，處理器110通過適當(dāng)?shù)貙?duì)溫度傳感器106 所測(cè)量的溫度相加或減去ΔΤ1，來確定第一部件112的估計(jì)溫度。此外，處理器110通過適 當(dāng)?shù)貙?duì)溫度傳感器106所測(cè)量的溫度相加或減去ΔΤΑ，來確定IED 100的內(nèi)部操作溫度與 環(huán)境溫度108之間的估計(jì)溫度差。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，例如用于各部件104和/或溫度傳感器106的安裝的 風(fēng)格、循環(huán)空氣的模式等等外部狀況可改變IED 100中的溫度分布，由此影響各部件104的 溫度的估計(jì)準(zhǔn)確度。圖2是可用于監(jiān)測(cè)和/或測(cè)量電力浪涌的示范IED 200的示意圖。IED 200包括 多個(gè)輸入端202、至少一個(gè)接地點(diǎn)204以及在第一端208耦合到輸入端202的多個(gè)浪涌抑制 電路206。各浪涌抑制電路206還在第二端210耦合到分流器212，以便于生成分流器212 兩端的可測(cè)量電壓。此外，各浪涌抑制電路206使用電容器和/或非線性電阻器來實(shí)現(xiàn)。 分流器212可通過非限制性地例如設(shè)計(jì)成捕獲浪涌電流中的期望頻率分量的電阻器或RLC 電路來實(shí)現(xiàn)。在示范實(shí)施例中，在分流器212兩端生成的電壓由浪涌測(cè)量電路214來測(cè)量。 浪涌測(cè)量電路214生成表示測(cè)量電壓的信號(hào)，并且將該信號(hào)傳送給處理器216。測(cè)量的浪涌 電壓所產(chǎn)生的浪涌電流則由分流器212分流到接地點(diǎn)204。在一個(gè)備選實(shí)施例中，分流器 212通過多個(gè)電容器來體現(xiàn)，以便將高頻分量積分成表示浪涌電流的信號(hào)，并且浪涌測(cè)量電 路214通過多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)放大器來實(shí)現(xiàn)。在這種實(shí)施例中，浪涌測(cè)量電路214放大該信號(hào)，并且 將該信號(hào)傳送給模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(未示出)，它對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化并且將數(shù)字信號(hào)傳送給 處理器216。浪涌電流的其余分量由分流器212分流到接地點(diǎn)204。在操作期間，浪涌抑制電路206創(chuàng)建高頻信號(hào)分量的旁路路徑，并且將這些分量 分流到接地點(diǎn)204，而沒有使IED 200的其它內(nèi)部電路(未示出)遭受過度電應(yīng)力。在示范 實(shí)施例中，浪涌電流通過輸入端202流入IED 200。浪涌電流從各輸入端202流經(jīng)關(guān)聯(lián)的浪 涌抑制電路206，由此繞過其它內(nèi)部IED電路。然后，浪涌電流流經(jīng)分流器212，生成與浪涌 電流和分流器212的電阻成比例的浪涌電壓。然后，浪涌電流流到接地點(diǎn)204。浪涌電壓由 浪涌測(cè)量電路214來測(cè)量。浪涌測(cè)量電路214生成表示浪涌電壓的信號(hào)，并且將該信號(hào)傳 送給處理器216。在一個(gè)備選實(shí)施例中，浪涌電流流經(jīng)分流器212，它生成表示浪涌電流的 信號(hào)。浪涌測(cè)量電路214放大該信號(hào)，并且將該信號(hào)傳送給處理器216。
圖3是可用于檢測(cè)輸入端相對(duì)于接地點(diǎn)的不正確接地的示范IED300的示意 圖。在IEDjniED 300耦合到電流和/或電壓的次級(jí)發(fā)生器的情況下，攜帶次級(jí)電流和 /或次級(jí)電壓的至少一條導(dǎo)線一般接地。次級(jí)發(fā)生器的一個(gè)示例是高電壓儀表用變壓器 (instrument transformer) 0使導(dǎo)線接地便于防止與電流和/或電壓的初級(jí)發(fā)生器的電容
華禹合。在示范實(shí)施例中，IED 300包括高電壓電流互感器(current transformer) 302和 電壓互感器304，它們均耦合到相應(yīng)輸入端306和308。具體來說，電流輸入端306包括輸 入端子310，以及電壓輸入端308包括輸入端子312。IED 300還包括接地輸入端子314和 316，其中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)輸入端306和308。電流互感器302包括初級(jí)電路(primary circuit) 318以及耦合到接地輸入端子314的次級(jí)電路320。類似地，電壓互感器304包括 初級(jí)電路322以及耦合到接地輸入端子316的次級(jí)電路324。使次級(jí)電路320和3 均接 地將接地輸入端子314和316保持在地電位，并且與地電位相比，使非接地輸入端子310和 312保持在較低電壓。電流輸入端306的阻抗有助于使輸入端子310和接地輸入端子314 均保持在近似等于地電位的電位。此外，電壓輸入端308的阻抗有助于使輸入端子312和 接地輸入端子316均保持在較低電壓差、例如10. 0伏特(V)或100. 0V。在示范實(shí)施例中， IED 300還包括地端子326，它也有助于使電流輸入端子310相對(duì)地端子3 保持近似地電 位。此外，地端子3 有助于使電壓輸入端子312相對(duì)于地端子3 保持在低電位。在示范實(shí)施例中，IED 300還包括多個(gè)電壓檢測(cè)器電路328，它們監(jiān)測(cè)電流輸入端 306與電壓輸入端308之間的電壓。更具體來說，第一電壓檢測(cè)器電路330監(jiān)測(cè)電流輸入端 子310與地端子314之間的電壓，以及第二電壓檢測(cè)器電路332監(jiān)測(cè)電壓輸入端子312與 地端子316之間的電壓。電壓檢測(cè)器電路3 設(shè)計(jì)成使得響應(yīng)輸入到輸入端306和308的 信號(hào)的高頻分量以及響應(yīng)大約50. 0赫茲(Hz)和大約60. OHz的系統(tǒng)頻率分量。各電壓檢 測(cè)器電路3 生成表示所檢測(cè)電壓的信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并且將數(shù)字化信號(hào)傳送 給處理器334。在操作期間，高電壓電流互感器302和電壓互感器304生成輸入信號(hào)，并且將輸入 信號(hào)分別傳送到電流輸入端306和電壓輸入端308?？缃釉诟鬏斎攵?06和308的端子上 的電壓由電壓檢測(cè)器電路3 來監(jiān)測(cè)。更具體來說，第一電壓檢測(cè)器電路330監(jiān)測(cè)電流輸 入端子310與地端子314之間的電壓，以及第二電壓檢測(cè)器電路332監(jiān)測(cè)電壓輸入端子312 與地端子316之間的電壓。各電壓檢測(cè)器電路3 生成表示所檢測(cè)電壓的信號(hào)，對(duì)該信號(hào) 進(jìn)行數(shù)字化，并且將數(shù)字化信號(hào)傳送給處理器334。圖4是示出使用IED的示范預(yù)測(cè)維護(hù)方法400的流程圖。雖然IED設(shè)計(jì)成耐受 例如溫度極限、電力浪涌、不正確接地和承受升高的電壓等因素(按可適用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)實(shí) 踐)，這類因素增加對(duì)IED的磨損，并且相應(yīng)地影響IED的預(yù)期壽命。此外，反復(fù)承受這類因 素縮短了 IED的預(yù)期壽命。因此，方法400使用如上所述的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且將測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用 于為IED所開發(fā)的可靠性模型。雖然下面相對(duì)于IED 100(圖1所示)來描述方法400，但 是應(yīng)當(dāng)理解，方法400可適用于任何IED的預(yù)測(cè)維護(hù)。在示范實(shí)施例中，開發(fā)可靠性模型002)。例如，當(dāng)操作溫度超過特定值時(shí)，集成 電路、如微控制器通常呈現(xiàn)具有可靠性下降的溫度可靠性關(guān)系。這種信息通常是從集成電 路制造商可得到的，并且可通過測(cè)試來檢驗(yàn)。例如，以115°C的內(nèi)部溫度進(jìn)行操作的集成電路可具有當(dāng)以75°C的內(nèi)部溫度進(jìn)行操作時(shí)的預(yù)計(jì)預(yù)期壽命的一半的預(yù)期壽命。IED 100的 制造商可根據(jù)IED 100的溫度分布和/或通過直接測(cè)量IED底板102 (圖1所示)中的一 個(gè)或多個(gè)點(diǎn)，來得出各部件104(圖1所示)的內(nèi)部操作溫度，如上所述。在一個(gè)實(shí)施例中， 應(yīng)用于長(zhǎng)期承受因素的可靠性模型是決定性可靠性模型。在一個(gè)備選實(shí)施例中，可靠性模 型是隨機(jī)可靠性模型。在其它備選實(shí)施例中，可靠性模型可基于例如模糊數(shù)學(xué)和/或人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)實(shí)施例中，可靠性模型集成到IED 100的操作碼中。在一個(gè)備選實(shí)施例 中，可靠性模型由IED100作為數(shù)據(jù)實(shí)體來存儲(chǔ)。存儲(chǔ)可靠性模型便于使IED操作員升級(jí)可 靠性模型。例如，操作員可在IED安裝地點(diǎn)人工升級(jí)可靠性模型，或者可靠性模型可從遠(yuǎn)離 IED的位于中心的應(yīng)用模塊(application)來升級(jí)。隨后，環(huán)境因素在IED 100中使用例如溫度傳感器106(圖1所示)來測(cè)量(404)。 然后處理(406)測(cè)量的環(huán)境因素，以便確定表示IED100的歷史操作狀況的長(zhǎng)期承受因素。 更具體來說，處理器110(圖1所示)確定原始測(cè)量、原始測(cè)量的平均值、積分和/或原始 測(cè)量的最大值。例如，由溫度傳感器106所記錄的一組內(nèi)部溫度讀數(shù)存儲(chǔ)到例如-40. O0C 至-25. O0C >-25. 0°C至 0°C、0°C至 25. 0°C >25. 0°C至 30. 0°C >30. 0°C至；35· 0°C等溫度帶中。 各溫度帶中的總操作時(shí)間由處理器110累計(jì)。在示范實(shí)施例中，長(zhǎng)期承受因素則應(yīng)用(408)于IED 100和/或各部件104的可 靠性模型。通過使用溫度-可靠性關(guān)系或者可靠性模型，各部件104的剩余壽命和/或故 障概率可由處理器110根據(jù)長(zhǎng)期承受因素來計(jì)算。更具體來說，處理器110根據(jù)長(zhǎng)期承受 因素和可靠性模型來確定(410)剩余IED壽命的數(shù)值量度。數(shù)值量度的示例包括但不限于 包括IED 100的剩余壽命、IED 100的已使用壽命和IED100的磨損率。在一個(gè)實(shí)施例中， IED 100的已使用壽命可按照例如小時(shí)、天、周、月和/或年等多個(gè)時(shí)間單位來表達(dá)。數(shù)值 量度的其它示例包括實(shí)際磨損與正常磨損的比率。在一個(gè)實(shí)施例中，IED 100的磨損率基 于IED 100的可接受操作狀況的指定范圍之外的操作狀況。在一個(gè)實(shí)施例中，將長(zhǎng)期承受 因素傳送給遠(yuǎn)離IED 100的位于中心的應(yīng)用模塊，使得中心應(yīng)用模塊將從多個(gè)IED所接收 的長(zhǎng)期承受因素應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)可靠性模型，并且確定多個(gè)IED的每個(gè)和/或每個(gè)單獨(dú) IED的剩余IED壽命的數(shù)值量度。在示范實(shí)施例中，處理器110將剩余IED壽命的數(shù)值量度與預(yù)先選擇剩余壽命值 進(jìn)行比較G12)。如果剩余IED壽命的數(shù)值量度小于預(yù)先選擇剩余壽命值，則處理器110生 成(414)信號(hào)、如告警。信號(hào)可基于例如IED 100的所確定剩余壽命、IED 100的所確定已 使用壽命、所確定的磨損率和/或超過的操作狀況。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)是通過例如字母 數(shù)字消息、發(fā)光二極管(LED)等等提供給IED操作員的視覺指示。在一個(gè)備選實(shí)施例中，信 號(hào)是物理通/斷輸出。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，信號(hào)可以是由處理器110在IED 100的操作 碼和/或編程碼中創(chuàng)建的虛擬點(diǎn)。例如，在這種實(shí)施例中，維護(hù)輸出延遲繼電器或失效安全 繼電器可斷開，由此對(duì)繼電器斷電，以便向IED操作員表明IED 100需要關(guān)注和/或修理。 在這種情況下，IED 100可繼續(xù)起作用，同時(shí)向IED操作員表明環(huán)境狀況不正常。此外，斷 開的繼電器可表明IED 100正遭遇以加速速率的磨損和/或IED 100的剩余壽命已經(jīng)達(dá)到 必須維修的等級(jí)。在示范實(shí)施例中，信號(hào)的靈敏度和/或功能性可經(jīng)由用戶設(shè)定來選擇。在一個(gè)實(shí)施例中，在IED 100和/或特定部件104出故障時(shí)，對(duì)IED 100所確定的 長(zhǎng)期承受因素存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(未示出)中，使得長(zhǎng)期承受因素可由例如維修技術(shù)人員來提
8取。備選地，長(zhǎng)期承受因素可由處理器110傳送給遠(yuǎn)程存儲(chǔ)裝置(未示出)供存儲(chǔ)。如果 例如在IED 100和/或特定部件104出故障之后發(fā)送IED 100以供修理和/或整修，則所 存儲(chǔ)長(zhǎng)期承受因素可擴(kuò)充以反映IED 100的實(shí)際磨損，以便反映因修理和/或修整而引起 的IED 100的改進(jìn)操作狀態(tài)。另外，可靠性模型可更新到反映由技術(shù)人員在修理期間所收 集的數(shù)據(jù)、如長(zhǎng)期承受影響的數(shù)據(jù)(long-term exposure data)。在可靠性數(shù)據(jù)的極大變化 時(shí)，IED 100的制造商可更新新制造的裝置中的可靠性模型。本文所述的系統(tǒng)和方法便于通過使用傳感器和/或處理器來使IED能夠收集和分 析來自傳感器的信息，來預(yù)測(cè)智能電子裝置(IED)的所需維護(hù)。收集和分析信息便于結(jié)合 IED的預(yù)期壽命的嵌入知識(shí)、如可靠性模型來了解IED的操作狀況和承受影響，以便生成預(yù) 測(cè)維護(hù)請(qǐng)求和/或信號(hào)。在介紹本發(fā)明的方面或其實(shí)施例的元件時(shí)，限定詞“一”、“該”和“所述”意在表示 存在元件的一個(gè)或多個(gè)。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”意在包括在內(nèi)，并且表示可能存在 與列示元件不同的附加元件。以上詳細(xì)描述了用于智能電子裝置(IED)的預(yù)測(cè)維護(hù)的系統(tǒng)和方法的示范實(shí)施 例。系統(tǒng)和方法并不局限于本文所述的具體實(shí)施例，而是可單獨(dú)且獨(dú)立于本文所述的其它 步驟和/或部件來使用方法的步驟和/或系統(tǒng)的部件。此外，所述步驟和/或部件也可在 其它系統(tǒng)和/或方法中限定或者與其結(jié)合使用，而并不局限于僅采用本文所述的系統(tǒng)和方 法來實(shí)施。本書面描述使用包括最佳模式的示例來公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員 能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合方法。本發(fā)明的專利 范圍由權(quán)利要求書來限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這類其它 示例具有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言完全相同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括具有與權(quán)利要 求書的文字語(yǔ)言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們意在落入權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
1.一種用于預(yù)測(cè)智能電子裝置(IED)的維護(hù)的方法，所述方法包括下列步驟使用所述IED中的多個(gè)傳感器來測(cè)量環(huán)境狀況；處理所述環(huán)境測(cè)量，以便確定表示所述IED的歷史操作狀況的長(zhǎng)期承受因素；將可靠性模型應(yīng)用于所述長(zhǎng)期承受因素；根據(jù)所述長(zhǎng)期承受因素和所述可靠性模型來確定IED壽命的數(shù)值量度；將IED壽命的數(shù)值量度與預(yù)先選擇邊界值進(jìn)行比較；以及如果IED壽命的數(shù)值量度超出所述預(yù)先選擇邊界值則發(fā)出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，測(cè)量環(huán)境狀況包括測(cè)量溫度、峰值電力浪涌值、接 地存在、機(jī)械沖擊、機(jī)械振動(dòng)、化學(xué)因素、輻射的電磁干擾和濕度中的至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理所述環(huán)境測(cè)量以確定長(zhǎng)期承受因素的步驟包 括確定原始測(cè)量、原始測(cè)量的平均值、積分、和原始測(cè)量的最大值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用關(guān)鍵IED部件的可靠性數(shù)據(jù)來開發(fā)所述可 靠性模型。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用所述IED的加速壽命測(cè)試結(jié)果和對(duì)所述IED 的特定構(gòu)成所得到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)來開發(fā)所述可靠性模型。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將可靠性模型應(yīng)用于所述長(zhǎng)期承受因素的步驟包 括應(yīng)用下列之一決定性可靠性模型、隨機(jī)可靠性模型、基于模糊數(shù)學(xué)的可靠性模型和基于 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性模型。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定IED壽命的數(shù)值量度的步驟包括確定所述IED 的剩余壽命、所述IED的已使用壽命和所述IED的磨損率中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定IED壽命的數(shù)值量度的步驟還包括確定實(shí)際磨 損與正常磨損之比以及按照時(shí)間單位的數(shù)量所表達(dá)的所述IED的已使用壽命中的一個(gè)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定所述IED的磨損率的步驟包括根據(jù)所述IED的 可接受操作狀況的指定范圍之外的操作狀況來確定磨損率。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，發(fā)出信號(hào)的步驟包括根據(jù)所述IED的剩余壽命、所 述IED的已使用壽命和磨損率中的至少一個(gè)來觸發(fā)信號(hào)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，發(fā)出信號(hào)的步驟包括使用視覺指示、物理輸出、在 所述IED的操作碼中創(chuàng)建的虛擬點(diǎn)以及在所述IED的用戶可編程代碼中創(chuàng)建的虛擬點(diǎn)中的 至少一個(gè)來生成信號(hào)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括存儲(chǔ)所述長(zhǎng)期承受因素，使得所述長(zhǎng)期承受因 素在IED出故障時(shí)是可提取的。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述IED的部分修理和所述IED的整修其中 之一時(shí)，擴(kuò)充所述長(zhǎng)期承受因素以反映所述IED的實(shí)際磨損。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述可靠性模型集成到所述IED的操作碼中。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述可靠性模型作為數(shù)據(jù)實(shí)體來存儲(chǔ)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括更新所述可靠性模型。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述長(zhǎng)期承受因素下載到中心應(yīng)用模塊，它 根據(jù)所下載的長(zhǎng)期承受因素來確定多個(gè)IED的維護(hù)需要。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從中心應(yīng)用模塊遠(yuǎn)程更新所述可靠性模型。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括聚集關(guān)聯(lián)的多個(gè)IED的多個(gè)可靠性模型。
20.一種用于建立和維護(hù)多個(gè)智能電子裝置(IED)的可靠性模型的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括獲取單元，配置成從所述多個(gè)IED獲取長(zhǎng)期承受因素； 輸入單元，配置成接收來自所述多個(gè)IED的出故障IED的故障信息；以及 處理器，配置成耦合到所述獲取單元和所述輸入單元，所述處理器編程為 確定所述多個(gè)IED的各IED的可靠性；以及得出將所述多個(gè)IED的各IED的可靠性與承受因素之間進(jìn)行相關(guān)的可靠性模型。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述獲取單元還配置成使用電子通信和人工數(shù) 據(jù)輸入中的至少一個(gè)從所述多個(gè)IED獲取長(zhǎng)期承受因素。
22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述長(zhǎng)期承受因素與溫度、峰值電力浪涌值、接 地存在、機(jī)械沖擊、機(jī)械振動(dòng)、化學(xué)因素、輻射的電磁干擾和濕度中的至少一個(gè)相關(guān)。
23.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述故障信息包括所述IED的故障時(shí)間、所述 IED的降級(jí)性能時(shí)間、IED子系統(tǒng)的故障時(shí)間和IED子系統(tǒng)的降級(jí)性能時(shí)間中的至少一個(gè)。
24.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述可靠性模型預(yù)測(cè)所述多個(gè)IED的至少一個(gè)和 所述多個(gè)IED的單個(gè)IED的故障。
25.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)IED是用戶可控的，并且所述處理器還 編程為根據(jù)所述多個(gè)IED來得出所述可靠性模型。
26.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還編程為根據(jù)所述多個(gè)IED的制造商 所提供的數(shù)據(jù)來得出所述可靠性模型。
27.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還編程為根據(jù)所述多個(gè)用戶可控IED 的制造商所提供的數(shù)據(jù)來得出所述可靠性模型。
28.一種用于監(jiān)測(cè)其中具有用于獲取環(huán)境數(shù)據(jù)的多個(gè)傳感器的智能電子裝置(IED)的 操作狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括獲取單元，配置成從所述多個(gè)IED獲取長(zhǎng)期承受因素； 輸入單元，配置成接收來自所述多個(gè)IED的出故障IED的故障信息；以及 處理器，配置成耦合到所述獲取單元和所述輸入單元，所述處理器編程為 確定所述IED的可靠性；得出將所述IED的可靠性與承受因素之間進(jìn)行相關(guān)的可靠性模型； 將IED壽命的數(shù)值量度與預(yù)先選擇邊界值進(jìn)行比較；以及 在IED壽命的所述數(shù)值量度超出所述預(yù)先選擇邊界值時(shí)生成信號(hào)。
29.如權(quán)利要求觀所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還配置成使用關(guān)鍵IED部件的可靠性 數(shù)據(jù)來開發(fā)所述可靠性模型。
30.如權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還編程為通過確定所述IED的剩余壽 命、所述IED的已使用壽命和所述IED的磨損率中的至少一個(gè)來確定IED壽命的數(shù)值量度。
31.如權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還編程為根據(jù)所述IED的剩余壽命、 所述IED的已使用壽命和磨損率中的至少一個(gè)來生成信號(hào)。
全文摘要
描述預(yù)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)和方法。一種方法包括使用IED中的多個(gè)傳感器來測(cè)量環(huán)境狀況，處理環(huán)境測(cè)量以確定表示IED的歷史操作狀況的長(zhǎng)期承受因素，將可靠性模型應(yīng)用于長(zhǎng)期承受因素，根據(jù)長(zhǎng)期承受因素和可靠性模型來確定IED壽命的數(shù)值量度，將IED壽命的數(shù)值量度與預(yù)先選擇的邊界值進(jìn)行比較，以及如果IED壽命的數(shù)值量度是否超出預(yù)先選擇的邊界值則發(fā)出信號(hào)。
文檔編號(hào)G05B23/02GK102067049SQ200980123588
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者B·Z·卡什滕尼, J·G·馬澤羅, L·A·索勒奇托, 毛志宏 申請(qǐng)人:通用電氣公司