用于预测智能电子装置的维护的系统和方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200980123588.7

申请日:

2009.06.08

公开号:

CN102067049A

公开日:

2011.05.18

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G06F 11/00申请公布日:20110518|||实质审查的生效IPC(主分类):G05B 19/042申请日:20090608|||公开

IPC分类号:

G05B19/042; G05B23/02; G06F11/00

主分类号:

G05B19/042

申请人:

通用电气公司

发明人:

B·Z·卡什滕尼; L·A·索勒奇托; J·G·马泽罗; 毛志宏

地址:

美国纽约州

优先权:

2008.06.17 US 12/140832

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

朱海煜;卢江

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内容摘要

描述预测维护系统和方法。一种方法包括使用IED中的多个传感器来测量环境状况,处理环境测量以确定表示IED的历史操作状况的长期承受因素,将可靠性模型应用于长期承受因素,根据长期承受因素和可靠性模型来确定IED寿命的数值量度,将IED寿命的数值量度与预先选择的边界值进行比较,以及如果IED寿命的数值量度是否超出预先选择的边界值则发出信号。

权利要求书

1: 一种用于预测智能电子装置 (IED) 的维护的方法, 所述方法包括下列步骤 : 使用所述 IED 中的多个传感器来测量环境状况 ; 处理所述环境测量, 以便确定表示所述 IED 的历史操作状况的长期承受因素 ; 将可靠性模型应用于所述长期承受因素 ; 根据所述长期承受因素和所述可靠性模型来确定 IED 寿命的数值量度 ; 将 IED 寿命的数值量度与预先选择边界值进行比较 ; 以及 如果 IED 寿命的数值量度超出所述预先选择边界值则发出信号。
2: 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 测量环境状况包括测量温度、 峰值电力浪涌值、 接 地存在、 机械冲击、 机械振动、 化学因素、 辐射的电磁干扰和湿度中的至少一个。
3: 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 处理所述环境测量以确定长期承受因素的步骤包 括确定原始测量、 原始测量的平均值、 积分、 和原始测量的最大值。
4: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 使用关键 IED 部件的可靠性数据来开发所述可 靠性模型。
5: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 使用所述 IED 的加速寿命测试结果和对所述 IED 的特定构成所得到的现场数据中的至少一个来开发所述可靠性模型。
6: 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 将可靠性模型应用于所述长期承受因素的步骤包 括应用下列之一 : 决定性可靠性模型、 随机可靠性模型、 基于模糊数学的可靠性模型和基于 人工神经网络的可靠性模型。
7: 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 确定 IED 寿命的数值量度的步骤包括确定所述 IED 的剩余寿命、 所述 IED 的已使用寿命和所述 IED 的磨损率中的至少一个。
8: 如权利要求 7 所述的方法, 其中, 确定 IED 寿命的数值量度的步骤还包括确定实际磨 损与正常磨损之比以及按照时间单位的数量所表达的所述 IED 的已使用寿命中的一个。
9: 如权利要求 7 所述的方法, 其中, 确定所述 IED 的磨损率的步骤包括根据所述 IED 的 可接受操作状况的指定范围之外的操作状况来确定磨损率。
10: 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 发出信号的步骤包括根据所述 IED 的剩余寿命、 所 述 IED 的已使用寿命和磨损率中的至少一个来触发信号。
11: 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 发出信号的步骤包括使用视觉指示、 物理输出、 在 所述 IED 的操作码中创建的虚拟点以及在所述 IED 的用户可编程代码中创建的虚拟点中的 至少一个来生成信号。
12: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 存储所述长期承受因素, 使得所述长期承受因 素在 IED 出故障时是可提取的。
13: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 在所述 IED 的部分修理和所述 IED 的整修其中 之一时, 扩充所述长期承受因素以反映所述 IED 的实际磨损。
14: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 将所述可靠性模型集成到所述 IED 的操作码 中。
15: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 将所述可靠性模型作为数据实体来存储。
16: 如权利要求 15 所述的方法, 还包括 : 更新所述可靠性模型。
17: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 将所述长期承受因素下载到中心应用模块, 它 根据所下载的长期承受因素来确定多个 IED 的维护需要。 2
18: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 从中心应用模块远程更新所述可靠性模型。
19: 如权利要求 1 所述的方法, 还包括 : 聚集关联的多个 IED 的多个可靠性模型。
20: 一种用于建立和维护多个智能电子装置 (IED) 的可靠性模型的系统, 所述系统包 括: 获取单元, 配置成从所述多个 IED 获取长期承受因素 ; 输入单元, 配置成接收来自所述多个 IED 的出故障 IED 的故障信息 ; 以及 处理器, 配置成耦合到所述获取单元和所述输入单元, 所述处理器编程为 : 确定所述多个 IED 的各 IED 的可靠性 ; 以及 得出将所述多个 IED 的各 IED 的可靠性与承受因素之间进行相关的可靠性模型。
21: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述获取单元还配置成使用电子通信和人工数 据输入中的至少一个从所述多个 IED 获取长期承受因素。
22: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述长期承受因素与温度、 峰值电力浪涌值、 接 地存在、 机械冲击、 机械振动、 化学因素、 辐射的电磁干扰和湿度中的至少一个相关。
23: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述故障信息包括所述 IED 的故障时间、 所述 IED 的降级性能时间、 IED 子系统的故障时间和 IED 子系统的降级性能时间中的至少一个。
24: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述可靠性模型预测所述多个 IED 的至少一个和 所述多个 IED 的单个 IED 的故障。
25: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述多个 IED 是用户可控的, 并且所述处理器还 编程为根据所述多个 IED 来得出所述可靠性模型。
26: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述处理器还编程为根据所述多个 IED 的制造商 所提供的数据来得出所述可靠性模型。
27: 如权利要求 20 所述的系统, 其中, 所述处理器还编程为根据所述多个用户可控 IED 的制造商所提供的数据来得出所述可靠性模型。
28: 一种用于监测其中具有用于获取环境数据的多个传感器的智能电子装置 (IED) 的 操作状况的系统, 所述系统包括 : 获取单元, 配置成从所述多个 IED 获取长期承受因素 ; 输入单元, 配置成接收来自所述多个 IED 的出故障 IED 的故障信息 ; 以及 处理器, 配置成耦合到所述获取单元和所述输入单元, 所述处理器编程为 : 确定所述 IED 的可靠性 ; 得出将所述 IED 的可靠性与承受因素之间进行相关的可靠性模型 ; 将 IED 寿命的数值量度与预先选择边界值进行比较 ; 以及 在 IED 寿命的所述数值量度超出所述预先选择边界值时生成信号。
29: 如权利要求 28 所述的系统, 其中, 所述处理器还配置成使用关键 IED 部件的可靠性 数据来开发所述可靠性模型。
30: 如权利要求 29 所述的系统, 其中, 所述处理器还编程为通过确定所述 IED 的剩余寿 命、 所述 IED 的已使用寿命和所述 IED 的磨损率中的至少一个来确定 IED 寿命的数值量度。
31: 如权利要求 29 所述的系统, 其中, 所述处理器还编程为根据所述 IED 的剩余寿命、 所述 IED 的已使用寿命和磨损率中的至少一个来生成信号。

说明书


用于预测智能电子装置的维护的系统和方法

    技术领域 一般来说, 本文所公开的主题涉及恶劣环境中使用的智能电子装置的维护, 更具 体来说, 涉及用于便利化基于操作状况、 受外部因素影响和装置中嵌入的可靠性模型的连 续监测的智能电子装置的预测维护。
     背景技术
     包括结合的发电、 输电、 配电和能量转换部件的电力网常常借助于智能电子装置 (IED) 进行操作。这类装置防止故障和其它异常状况, 监测和计量能量使用, 以及控制电力 网操作的其它方面。 智能电子装置包括但不局限于包括保护继电器、 远程终端单元、 可编程 逻辑控制器 (PLC)、 计量表、 本地人机接口 (HMI)、 以太网交换机和 / 或路由器、 调制解调器 以及其它类似装置。
     智能电子装置常常安装和工作在苛刻环境下, 例如高压变电站控制房、 中压开关 设备、 发电厂、 工厂和电动机控制中心。因此, IED 暴露于例如极端温度、 电磁干扰、 电力浪 涌、 机械冲击和振动以及化学试剂等状况中。至少一部分已知的 IED 设计成耐受由工业标 准、 确立的设计实践和 / 或基于制造商之间的竞争所规定的这类状况。
     至少一部分已知的 IED 在电力网中执行关键功能, 例如保护功能和 / 或控制功能。 因此, 需要有在调试时间中保持完全起作用的 IED。 要确保 IED 保持其预期功能并且在必要 时以及根据需要来执行, 定期检查和 / 或维护 IED。 自从使用包括机电和模拟技术的前一代 保护、 控制和 / 或计量装置以来, 定期维护过程已经发生变化。至少一部分已知的定期维护 过程包括视觉检验 IED 的问题征兆并且定期停止使用 IED, 将 IED 与它所属的系统的其余部 分隔离, 以及测试 IED 的功能性。这类定期维护过程的维护间隔可在 2 至 5 年之间, 并且基 于例如给定用户的以往经验、 所检查的 IED 的构成、 平均操作状况、 应用的关键性等因素以 及其它相关因素。
     但是, 这类定期维护过程没有优化成考虑具有不同预期寿命和 / 或故障率的 IED。 IED 可安装于与平均预计操作状况相比极大地不同的操作状况中。可变操作状况包括例如 平均环境温度等的易检验因素以及例如受电磁干扰影响和本地操作温度等的隐藏因素。 通 常, 维护给定设施中的所有 IED, 而不管 IED 的构成和 / 或操作状况。因此, 某个百分比的 IED 被 “过度维护” , 而一部分被 “欠维护” , 从而导致非预计故障发生。
     这类定期维护过程错过了 IED 的用户和 / 或操作人员的节省成本的极大可能性。 例如, 维护因关联工作量而是高费用操作, 并且在没有部署装置冗余度的情况下, 维护可能 要求关闭受保护和 / 或受控制过程和 / 或资产。另外, IED 的非预计故障要求应急方式响 应, 它们涉及计划外的工作、 计划外的备用材料使用、 附加紧急事件以及对没有适当准备的 工作的需要和 / 或受保护和 / 或受控制资产的计划外关机, 这则可触发关联过程步骤的关 闭。
     至少一部分已知的 IED 包括微处理器, 它使 IED 能够收集和分析来自传感器的信 息。但是, 需要这样的系统和 / 或方法, 它们使用信息收集和分析从而结合对例如可靠性模型等的 IED 的预期寿命的嵌入的知识来了解 IED 的操作状况和承受影响 (exposure), 以便 生成预测维护请求和 / 或信号。 发明内容 在一个方面, 提供一种用于预测智能电子装置 (IED) 的维护的方法。该方法包括 使用 IED 中的多个传感器来测量环境状况, 处理环境测量以确定表示 IED 的历史操作状况 的长期承受因素 (exposure factor), 将可靠性模型应用于长期承受因素, 根据长期承受因 素和可靠性模型来确定 IED 寿命的数值量度, 将 IED 寿命的数值量度与预先选择的边界值 进行比较, 以及如果 IED 寿命的数值量度超出预先选择的边界值则发信号。
     在另一个方面, 提供一种用于建立和维护多个智能电子装置 (IED) 的可靠性模型 的系统。该系统包括 : 获取单元, 配置成从多个 IED 获取长期承受因素 ; 输入单元, 配置成 从多个 IED 的出故障 IED 接收故障信息 ; 以及处理器, 配置成耦合到获取单元和输入单元。 处理器编程为确定各 IED 的可靠性, 并且得出将承受因素与各 IED 的可靠性之间相关的可 靠性模型。
     在另一个方面, 提供一种用于监测其中具有用于获取环境数据的多个传感器的智 能电子装置 (IED) 的操作状况的系统。该系统包括 : 获取单元, 配置成从 IED 获取长期承受 因素 ; 输入单元, 配置成从 IED 接收故障信息 ; 以及处理器, 配置成耦合到获取单元和输入 单元。处理器编程为确定 IED 的可靠性, 得出将承受因素与 IED 的可靠性之间相关的可靠 性模型, 将 IED 寿命的数值量度与预先选择边界值进行比较, 以及如果 IED 的数值量度超出 预先选择边界值则生成信号。
     附图说明 以下具体实施方式参照附图、 作为举例来说明本文所述的包括优点和特征的系统 和方法的示范实施例。
     图 1 是可用于监测操作温度的示范智能电子装置 (IED) 的示意图 ;
     图 2 是可用于监测和 / 或测量电力浪涌的示范 IED 的示意图 ;
     图 3 是可用于检测输入端相对于接地点的不正确接地的示范 IED 的示意图 ;
     图 4 是示出示范预测维护方法的流程图。
     具体实施方式
     虽然以下所述的实施例描述根据例如温度、 浪涌和接地等环境因素来监测智能电 子装置 (IED) 寿命, 但是本领域的技术人员会理解, 也可监测其它环境因素。此外, 本领域 的技术人员会理解, 因环境因素引起的影响可因工程或构造的流程、 非预计事件和 / 或因 用户有意使用而使 IED 经受加速磨损而发生变化。此外, 应当理解, 小型化和 / 或集成使 IED 能够包括如下所述的一个传感器或者多个传感器, 使得各 IED 可同时监测多个环境因 素。例如但不是作为限制, IED 可包括多个传感器, 它们使 IED 能够同时监测机械冲击、 振 动、 湿度、 暴露于化学因素、 电源水平和 / 或辐射和 / 或传导的电磁干扰。
     图 1 是可用于监测操作温度的示范智能电子装置 (IED)100 的示意图。 IED 100 包 括底板 102, 其中具有多个部件 104 和至少一个温度传感器 106。 在示范实施例中, 部件 104是 IED 100 中的关键部件, 例如但不限于电容器、 微控制器、 图形显示器和 / 或通信收发器。 温度传感器 106 定位在 IED 100 中, 使得温度传感器 106 可监测 IED 100 中内部的温度点 以及周围空气 108 的温度。更具体来说, 温度传感器 106 定位成便于准确估计各部件 104 的温度和环境温度 108, 以便确定每个部件 104 和环境温度 108 之间的温度梯度。 在操作期 间并且在稳态状况下, 由温度传感器 106 所测量的温度保持在相对于环境温度 108 的基本 恒定偏移量 ΔTA。此外, 由温度传感器 106 所测量的温度保持在相对于各部件 104 的基本 恒定偏移量。例如, 由温度传感器 106 所测量的温度保持在相对于第一部件 112 的基本恒 定第一偏移量 ΔT1, 并且保持在相对于第二部件 114 的基本恒定第二偏移量 ΔT2。各偏移 量 ΔTA、 ΔT1、 ΔT2 经由在 IED 构建和 / 或 IED 构建后的测试期间的计算和 / 或测量来确 定。
     在示范实施例中, 温度传感器 106 测量 IED 100 中的温度。温度传感器 106 生成 表示测量温度的信号, 并且将该信号传送给处理器 110。 处理器 110 通过相加或减去已知温 度偏移量, 来确定各部件 104 的估计温度。例如, 处理器 110 通过适当地对温度传感器 106 所测量的温度相加或减去 ΔT1, 来确定第一部件 112 的估计温度。 此外, 处理器 110 通过适 当地对温度传感器 106 所测量的温度相加或减去 ΔTA, 来确定 IED 100 的内部操作温度与 环境温度 108 之间的估计温度差。 本领域的技术人员会理解, 例如用于各部件 104 和 / 或温度传感器 106 的安装的 风格、 循环空气的模式等等外部状况可改变 IED 100 中的温度分布, 由此影响各部件 104 的 温度的估计准确度。
     图 2 是可用于监测和 / 或测量电力浪涌的示范 IED 200 的示意图。IED 200 包括 多个输入端 202、 至少一个接地点 204 以及在第一端 208 耦合到输入端 202 的多个浪涌抑制 电路 206。各浪涌抑制电路 206 还在第二端 210 耦合到分流器 212, 以便于生成分流器 212 两端的可测量电压。此外, 各浪涌抑制电路 206 使用电容器和 / 或非线性电阻器来实现。 分流器 212 可通过非限制性地例如设计成捕获浪涌电流中的期望频率分量的电阻器或 RLC 电路来实现。在示范实施例中, 在分流器 212 两端生成的电压由浪涌测量电路 214 来测量。 浪涌测量电路 214 生成表示测量电压的信号, 并且将该信号传送给处理器 216。 测量的浪涌 电压所产生的浪涌电流则由分流器 212 分流到接地点 204。在一个备选实施例中, 分流器 212 通过多个电容器来体现, 以便将高频分量积分成表示浪涌电流的信号, 并且浪涌测量电 路 214 通过多个标准放大器来实现。在这种实施例中, 浪涌测量电路 214 放大该信号, 并且 将该信号传送给模数 (A/D) 转换器 ( 未示出 ), 它对信号进行数字化并且将数字信号传送给 处理器 216。浪涌电流的其余分量由分流器 212 分流到接地点 204。
     在操作期间, 浪涌抑制电路 206 创建高频信号分量的旁路路径, 并且将这些分量 分流到接地点 204, 而没有使 IED 200 的其它内部电路 ( 未示出 ) 遭受过度电应力。在示范 实施例中, 浪涌电流通过输入端 202 流入 IED 200。 浪涌电流从各输入端 202 流经关联的浪 涌抑制电路 206, 由此绕过其它内部 IED 电路。然后, 浪涌电流流经分流器 212, 生成与浪涌 电流和分流器 212 的电阻成比例的浪涌电压。然后, 浪涌电流流到接地点 204。浪涌电压由 浪涌测量电路 214 来测量。浪涌测量电路 214 生成表示浪涌电压的信号, 并且将该信号传 送给处理器 216。在一个备选实施例中, 浪涌电流流经分流器 212, 它生成表示浪涌电流的 信号。浪涌测量电路 214 放大该信号, 并且将该信号传送给处理器 216。
     图 3 是可用于检测输入端相对于接地点的不正确接地的示范 IED300 的示意 图。在 IED、 如 IED 300 耦合到电流和 / 或电压的次级发生器的情况下, 携带次级电流和 / 或次级电压的至少一条导线一般接地。次级发生器的一个示例是高电压仪表用变压器 (instrument transformer)。使导线接地便于防止与电流和 / 或电压的初级发生器的电容 耦合。
     在示范实施例中, IED 300 包括高电压电流互感器 (current transformer)302 和 电压互感器 304, 它们均耦合到相应输入端 306 和 308。具体来说, 电流输入端 306 包括输 入端子 310, 以及电压输入端 308 包括输入端子 312。IED 300 还包括接地输入端子 314 和 316, 其中的每个对应于相应输入端 306 和 308。电流互感器 302 包括初级电路 (primary circuit)318 以及耦合到接地输入端子 314 的次级电路 320。类似地, 电压互感器 304 包括 初级电路 322 以及耦合到接地输入端子 316 的次级电路 324。使次级电路 320 和 324 均接 地将接地输入端子 314 和 316 保持在地电位, 并且与地电位相比, 使非接地输入端子 310 和 312 保持在较低电压。电流输入端 306 的阻抗有助于使输入端子 310 和接地输入端子 314 均保持在近似等于地电位的电位。此外, 电压输入端 308 的阻抗有助于使输入端子 312 和 接地输入端子 316 均保持在较低电压差、 例如 10.0 伏特 (V) 或 100.0V。在示范实施例中, IED 300 还包括地端子 326, 它也有助于使电流输入端子 310 相对地端子 326 保持近似地电 位。此外, 地端子 326 有助于使电压输入端子 312 相对于地端子 326 保持在低电位。 在示范实施例中, IED 300 还包括多个电压检测器电路 328, 它们监测电流输入端 306 与电压输入端 308 之间的电压。 更具体来说, 第一电压检测器电路 330 监测电流输入端 子 310 与地端子 314 之间的电压, 以及第二电压检测器电路 332 监测电压输入端子 312 与 地端子 316 之间的电压。电压检测器电路 328 设计成使得响应输入到输入端 306 和 308 的 信号的高频分量以及响应大约 50.0 赫兹 (Hz) 和大约 60.0Hz 的系统频率分量。各电压检 测器电路 328 生成表示所检测电压的信号, 对该信号进行数字化, 并且将数字化信号传送 给处理器 334。
     在操作期间, 高电压电流互感器 302 和电压互感器 304 生成输入信号, 并且将输入 信号分别传送到电流输入端 306 和电压输入端 308。跨接在各输入端 306 和 308 的端子上 的电压由电压检测器电路 328 来监测。更具体来说, 第一电压检测器电路 330 监测电流输 入端子 310 与地端子 314 之间的电压, 以及第二电压检测器电路 332 监测电压输入端子 312 与地端子 316 之间的电压。各电压检测器电路 328 生成表示所检测电压的信号, 对该信号 进行数字化, 并且将数字化信号传送给处理器 334。
     图 4 是示出使用 IED 的示范预测维护方法 400 的流程图。虽然 IED 设计成耐受 例如温度极限、 电力浪涌、 不正确接地和承受升高的电压等因素 ( 按可适用标准和设计实 践 ), 这类因素增加对 IED 的磨损, 并且相应地影响 IED 的预期寿命。 此外, 反复承受这类因 素缩短了 IED 的预期寿命。因此, 方法 400 使用如上所述的测量数据, 并且将测量数据应用 于为 IED 所开发的可靠性模型。虽然下面相对于 IED 100( 图 1 所示 ) 来描述方法 400, 但 是应当理解, 方法 400 可适用于任何 IED 的预测维护。
     在示范实施例中, 开发可靠性模型 (402)。例如, 当操作温度超过特定值时, 集成 电路、 如微控制器通常呈现具有可靠性下降的温度可靠性关系。这种信息通常是从集成电 路制造商可得到的, 并且可通过测试来检验。例如, 以 115℃的内部温度进行操作的集成电
     路可具有当以 75℃的内部温度进行操作时的预计预期寿命的一半的预期寿命。IED 100 的 制造商可根据 IED 100 的温度分布和 / 或通过直接测量 IED 底板 102( 图 1 所示 ) 中的一 个或多个点, 来得出各部件 104( 图 1 所示 ) 的内部操作温度, 如上所述。在一个实施例中, 应用于长期承受因素的可靠性模型是决定性可靠性模型。在一个备选实施例中, 可靠性模 型是随机可靠性模型。在其它备选实施例中, 可靠性模型可基于例如模糊数学和 / 或人工 神经网络。在一个实施例中, 可靠性模型集成到 IED 100 的操作码中。在一个备选实施例 中, 可靠性模型由 IED100 作为数据实体来存储。存储可靠性模型便于使 IED 操作员升级可 靠性模型。例如, 操作员可在 IED 安装地点人工升级可靠性模型, 或者可靠性模型可从远离 IED 的位于中心的应用模块 (application) 来升级。
     随后, 环境因素在 IED 100 中使用例如温度传感器 106( 图 1 所示 ) 来测量 (404)。 然后处理 (406) 测量的环境因素, 以便确定表示 IED100 的历史操作状况的长期承受因素。 更具体来说, 处理器 110( 图 1 所示 ) 确定原始测量、 原始测量的平均值、 积分和 / 或原始 测量的最大值。例如, 由温度传感器 106 所记录的一组内部温度读数存储到例如 -40.0℃ 至 -25.0℃、 -25.0℃至 0℃、 0℃至 25.0℃、 25.0℃至 30.0℃、 30.0℃至 35.0℃等温度带中。 各温度带中的总操作时间由处理器 110 累计。 在示范实施例中, 长期承受因素则应用 (408) 于 IED 100 和 / 或各部件 104 的可 靠性模型。通过使用温度 - 可靠性关系或者可靠性模型, 各部件 104 的剩余寿命和 / 或故 障概率可由处理器 110 根据长期承受因素来计算。更具体来说, 处理器 110 根据长期承受 因素和可靠性模型来确定 (410) 剩余 IED 寿命的数值量度。数值量度的示例包括但不限于 包括 IED 100 的剩余寿命、 IED 100 的已使用寿命和 IED100 的磨损率。在一个实施例中, IED 100 的已使用寿命可按照例如小时、 天、 周、 月和 / 或年等多个时间单位来表达。数值 量度的其它示例包括实际磨损与正常磨损的比率。在一个实施例中, IED 100 的磨损率基 于 IED 100 的可接受操作状况的指定范围之外的操作状况。在一个实施例中, 将长期承受 因素传送给远离 IED 100 的位于中心的应用模块, 使得中心应用模块将从多个 IED 所接收 的长期承受因素应用于一个或多个可靠性模型, 并且确定多个 IED 的每个和 / 或每个单独 IED 的剩余 IED 寿命的数值量度。
     在示范实施例中, 处理器 110 将剩余 IED 寿命的数值量度与预先选择剩余寿命值 进行比较 (412)。 如果剩余 IED 寿命的数值量度小于预先选择剩余寿命值, 则处理器 110 生 成 (414) 信号、 如告警。信号可基于例如 IED 100 的所确定剩余寿命、 IED 100 的所确定已 使用寿命、 所确定的磨损率和 / 或超过的操作状况。在一个实施例中, 信号是通过例如字母 数字消息、 发光二极管 (LED) 等等提供给 IED 操作员的视觉指示。在一个备选实施例中, 信 号是物理通 / 断输出。 在另一个备选实施例中, 信号可以是由处理器 110 在 IED 100 的操作 码和 / 或编程码中创建的虚拟点。例如, 在这种实施例中, 维护输出延迟继电器或失效安全 继电器可断开, 由此对继电器断电, 以便向 IED 操作员表明 IED 100 需要关注和 / 或修理。 在这种情况下, IED 100 可继续起作用, 同时向 IED 操作员表明环境状况不正常。此外, 断 开的继电器可表明 IED 100 正遭遇以加速速率的磨损和 / 或 IED 100 的剩余寿命已经达到 必须维修的等级。在示范实施例中, 信号的灵敏度和 / 或功能性可经由用户设定来选择。
     在一个实施例中, 在 IED 100 和 / 或特定部件 104 出故障时, 对 IED 100 所确定的 长期承受因素存储在存储器 ( 未示出 ) 中, 使得长期承受因素可由例如维修技术人员来提
     取。备选地, 长期承受因素可由处理器 110 传送给远程存储装置 ( 未示出 ) 供存储。如果 例如在 IED 100 和 / 或特定部件 104 出故障之后发送 IED 100 以供修理和 / 或整修, 则所 存储长期承受因素可扩充以反映 IED 100 的实际磨损, 以便反映因修理和 / 或修整而引起 的 IED 100 的改进操作状态。另外, 可靠性模型可更新到反映由技术人员在修理期间所收 集的数据、 如长期承受影响的数据 (long-term exposure data)。 在可靠性数据的极大变化 时, IED 100 的制造商可更新新制造的装置中的可靠性模型。
     本文所述的系统和方法便于通过使用传感器和 / 或处理器来使 IED 能够收集和分 析来自传感器的信息, 来预测智能电子装置 (IED) 的所需维护。收集和分析信息便于结合 IED 的预期寿命的嵌入知识、 如可靠性模型来了解 IED 的操作状况和承受影响, 以便生成预 测维护请求和 / 或信号。
     在介绍本发明的方面或其实施例的元件时, 限定词 “一” 、 “该” 和 “所述” 意在表示 存在元件的一个或多个。术语 “包含” 、 “包括” 和 “具有” 意在包括在内, 并且表示可能存在 与列示元件不同的附加元件。
     以上详细描述了用于智能电子装置 (IED) 的预测维护的系统和方法的示范实施 例。系统和方法并不局限于本文所述的具体实施例, 而是可单独且独立于本文所述的其它 步骤和 / 或部件来使用方法的步骤和 / 或系统的部件。此外, 所述步骤和 / 或部件也可在 其它系统和 / 或方法中限定或者与其结合使用, 而并不局限于仅采用本文所述的系统和方 法来实施。
     本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明, 并且还使本领域的技术人员 能够实施本发明, 包括制作和使用任何装置或系统, 以及执行任何结合方法。 本发明的专利 范围由权利要求书来限定, 并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它 示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件, 或者如果它们包括具有与权利要 求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件, 则它们意在落入权利要求书的范围之内。

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1、10申请公布号CN102067049A43申请公布日20110518CN102067049ACN102067049A21申请号200980123588722申请日2009060812/14083220080617USG05B19/042200601G05B23/02200601G06F11/0020060171申请人通用电气公司地址美国纽约州72发明人BZ卡什滕尼LA索勒奇托JG马泽罗毛志宏74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人朱海煜卢江54发明名称用于预测智能电子装置的维护的系统和方法57摘要描述预测维护系统和方法。一种方法包括使用IED中的多个传感器来测量环境状况,处理环。

2、境测量以确定表示IED的历史操作状况的长期承受因素,将可靠性模型应用于长期承受因素,根据长期承受因素和可靠性模型来确定IED寿命的数值量度,将IED寿命的数值量度与预先选择的边界值进行比较,以及如果IED寿命的数值量度是否超出预先选择的边界值则发出信号。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010121786PCT申请的申请数据PCT/US2009/0465442009060887PCT申请的公布数据WO2009/155149EN2009122351INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页CN102067059A1/2页21一种用于预测智。

3、能电子装置IED的维护的方法,所述方法包括下列步骤使用所述IED中的多个传感器来测量环境状况;处理所述环境测量,以便确定表示所述IED的历史操作状况的长期承受因素;将可靠性模型应用于所述长期承受因素;根据所述长期承受因素和所述可靠性模型来确定IED寿命的数值量度;将IED寿命的数值量度与预先选择边界值进行比较;以及如果IED寿命的数值量度超出所述预先选择边界值则发出信号。2如权利要求1所述的方法,其中,测量环境状况包括测量温度、峰值电力浪涌值、接地存在、机械冲击、机械振动、化学因素、辐射的电磁干扰和湿度中的至少一个。3如权利要求1所述的方法,其中,处理所述环境测量以确定长期承受因素的步骤包括确。

4、定原始测量、原始测量的平均值、积分、和原始测量的最大值。4如权利要求1所述的方法,还包括使用关键IED部件的可靠性数据来开发所述可靠性模型。5如权利要求1所述的方法,还包括使用所述IED的加速寿命测试结果和对所述IED的特定构成所得到的现场数据中的至少一个来开发所述可靠性模型。6如权利要求1所述的方法,其中,将可靠性模型应用于所述长期承受因素的步骤包括应用下列之一决定性可靠性模型、随机可靠性模型、基于模糊数学的可靠性模型和基于人工神经网络的可靠性模型。7如权利要求1所述的方法,其中,确定IED寿命的数值量度的步骤包括确定所述IED的剩余寿命、所述IED的已使用寿命和所述IED的磨损率中的至少一。

5、个。8如权利要求7所述的方法,其中,确定IED寿命的数值量度的步骤还包括确定实际磨损与正常磨损之比以及按照时间单位的数量所表达的所述IED的已使用寿命中的一个。9如权利要求7所述的方法,其中,确定所述IED的磨损率的步骤包括根据所述IED的可接受操作状况的指定范围之外的操作状况来确定磨损率。10如权利要求1所述的方法,其中,发出信号的步骤包括根据所述IED的剩余寿命、所述IED的已使用寿命和磨损率中的至少一个来触发信号。11如权利要求1所述的方法,其中,发出信号的步骤包括使用视觉指示、物理输出、在所述IED的操作码中创建的虚拟点以及在所述IED的用户可编程代码中创建的虚拟点中的至少一个来生成信。

6、号。12如权利要求1所述的方法,还包括存储所述长期承受因素,使得所述长期承受因素在IED出故障时是可提取的。13如权利要求1所述的方法,还包括在所述IED的部分修理和所述IED的整修其中之一时,扩充所述长期承受因素以反映所述IED的实际磨损。14如权利要求1所述的方法,还包括将所述可靠性模型集成到所述IED的操作码中。15如权利要求1所述的方法,还包括将所述可靠性模型作为数据实体来存储。16如权利要求15所述的方法,还包括更新所述可靠性模型。17如权利要求1所述的方法,还包括将所述长期承受因素下载到中心应用模块,它根据所下载的长期承受因素来确定多个IED的维护需要。权利要求书CN1020670。

7、49ACN102067059A2/2页318如权利要求1所述的方法,还包括从中心应用模块远程更新所述可靠性模型。19如权利要求1所述的方法,还包括聚集关联的多个IED的多个可靠性模型。20一种用于建立和维护多个智能电子装置IED的可靠性模型的系统,所述系统包括获取单元,配置成从所述多个IED获取长期承受因素;输入单元,配置成接收来自所述多个IED的出故障IED的故障信息;以及处理器,配置成耦合到所述获取单元和所述输入单元,所述处理器编程为确定所述多个IED的各IED的可靠性;以及得出将所述多个IED的各IED的可靠性与承受因素之间进行相关的可靠性模型。21如权利要求20所述的系统,其中,所述获。

8、取单元还配置成使用电子通信和人工数据输入中的至少一个从所述多个IED获取长期承受因素。22如权利要求20所述的系统,其中,所述长期承受因素与温度、峰值电力浪涌值、接地存在、机械冲击、机械振动、化学因素、辐射的电磁干扰和湿度中的至少一个相关。23如权利要求20所述的系统,其中,所述故障信息包括所述IED的故障时间、所述IED的降级性能时间、IED子系统的故障时间和IED子系统的降级性能时间中的至少一个。24如权利要求20所述的系统,其中,所述可靠性模型预测所述多个IED的至少一个和所述多个IED的单个IED的故障。25如权利要求20所述的系统,其中,所述多个IED是用户可控的,并且所述处理器还编。

9、程为根据所述多个IED来得出所述可靠性模型。26如权利要求20所述的系统,其中,所述处理器还编程为根据所述多个IED的制造商所提供的数据来得出所述可靠性模型。27如权利要求20所述的系统,其中,所述处理器还编程为根据所述多个用户可控IED的制造商所提供的数据来得出所述可靠性模型。28一种用于监测其中具有用于获取环境数据的多个传感器的智能电子装置IED的操作状况的系统,所述系统包括获取单元,配置成从所述多个IED获取长期承受因素;输入单元,配置成接收来自所述多个IED的出故障IED的故障信息;以及处理器,配置成耦合到所述获取单元和所述输入单元,所述处理器编程为确定所述IED的可靠性;得出将所述I。

10、ED的可靠性与承受因素之间进行相关的可靠性模型;将IED寿命的数值量度与预先选择边界值进行比较;以及在IED寿命的所述数值量度超出所述预先选择边界值时生成信号。29如权利要求28所述的系统,其中,所述处理器还配置成使用关键IED部件的可靠性数据来开发所述可靠性模型。30如权利要求29所述的系统,其中,所述处理器还编程为通过确定所述IED的剩余寿命、所述IED的已使用寿命和所述IED的磨损率中的至少一个来确定IED寿命的数值量度。31如权利要求29所述的系统,其中,所述处理器还编程为根据所述IED的剩余寿命、所述IED的已使用寿命和磨损率中的至少一个来生成信号。权利要求书CN102067049A。

11、CN102067059A1/6页4用于预测智能电子装置的维护的系统和方法技术领域0001一般来说,本文所公开的主题涉及恶劣环境中使用的智能电子装置的维护,更具体来说,涉及用于便利化基于操作状况、受外部因素影响和装置中嵌入的可靠性模型的连续监测的智能电子装置的预测维护。背景技术0002包括结合的发电、输电、配电和能量转换部件的电力网常常借助于智能电子装置IED进行操作。这类装置防止故障和其它异常状况,监测和计量能量使用,以及控制电力网操作的其它方面。智能电子装置包括但不局限于包括保护继电器、远程终端单元、可编程逻辑控制器PLC、计量表、本地人机接口HMI、以太网交换机和/或路由器、调制解调器以及。

12、其它类似装置。0003智能电子装置常常安装和工作在苛刻环境下,例如高压变电站控制房、中压开关设备、发电厂、工厂和电动机控制中心。因此,IED暴露于例如极端温度、电磁干扰、电力浪涌、机械冲击和振动以及化学试剂等状况中。至少一部分已知的IED设计成耐受由工业标准、确立的设计实践和/或基于制造商之间的竞争所规定的这类状况。0004至少一部分已知的IED在电力网中执行关键功能,例如保护功能和/或控制功能。因此,需要有在调试时间中保持完全起作用的IED。要确保IED保持其预期功能并且在必要时以及根据需要来执行,定期检查和/或维护IED。自从使用包括机电和模拟技术的前一代保护、控制和/或计量装置以来,定期。

13、维护过程已经发生变化。至少一部分已知的定期维护过程包括视觉检验IED的问题征兆并且定期停止使用IED,将IED与它所属的系统的其余部分隔离,以及测试IED的功能性。这类定期维护过程的维护间隔可在2至5年之间,并且基于例如给定用户的以往经验、所检查的IED的构成、平均操作状况、应用的关键性等因素以及其它相关因素。0005但是,这类定期维护过程没有优化成考虑具有不同预期寿命和/或故障率的IED。IED可安装于与平均预计操作状况相比极大地不同的操作状况中。可变操作状况包括例如平均环境温度等的易检验因素以及例如受电磁干扰影响和本地操作温度等的隐藏因素。通常,维护给定设施中的所有IED,而不管IED的构。

14、成和/或操作状况。因此,某个百分比的IED被“过度维护”,而一部分被“欠维护”,从而导致非预计故障发生。0006这类定期维护过程错过了IED的用户和/或操作人员的节省成本的极大可能性。例如,维护因关联工作量而是高费用操作,并且在没有部署装置冗余度的情况下,维护可能要求关闭受保护和/或受控制过程和/或资产。另外,IED的非预计故障要求应急方式响应,它们涉及计划外的工作、计划外的备用材料使用、附加紧急事件以及对没有适当准备的工作的需要和/或受保护和/或受控制资产的计划外关机,这则可触发关联过程步骤的关闭。0007至少一部分已知的IED包括微处理器,它使IED能够收集和分析来自传感器的信息。但是,需。

15、要这样的系统和/或方法,它们使用信息收集和分析从而结合对例如可靠性模说明书CN102067049ACN102067059A2/6页5型等的IED的预期寿命的嵌入的知识来了解IED的操作状况和承受影响EXPOSURE,以便生成预测维护请求和/或信号。发明内容0008在一个方面,提供一种用于预测智能电子装置IED的维护的方法。该方法包括使用IED中的多个传感器来测量环境状况,处理环境测量以确定表示IED的历史操作状况的长期承受因素EXPOSUREFACTOR,将可靠性模型应用于长期承受因素,根据长期承受因素和可靠性模型来确定IED寿命的数值量度,将IED寿命的数值量度与预先选择的边界值进行比较,以。

16、及如果IED寿命的数值量度超出预先选择的边界值则发信号。0009在另一个方面,提供一种用于建立和维护多个智能电子装置IED的可靠性模型的系统。该系统包括获取单元,配置成从多个IED获取长期承受因素;输入单元,配置成从多个IED的出故障IED接收故障信息;以及处理器,配置成耦合到获取单元和输入单元。处理器编程为确定各IED的可靠性,并且得出将承受因素与各IED的可靠性之间相关的可靠性模型。0010在另一个方面,提供一种用于监测其中具有用于获取环境数据的多个传感器的智能电子装置IED的操作状况的系统。该系统包括获取单元,配置成从IED获取长期承受因素;输入单元,配置成从IED接收故障信息;以及处理。

17、器,配置成耦合到获取单元和输入单元。处理器编程为确定IED的可靠性,得出将承受因素与IED的可靠性之间相关的可靠性模型,将IED寿命的数值量度与预先选择边界值进行比较,以及如果IED的数值量度超出预先选择边界值则生成信号。附图说明0011以下具体实施方式参照附图、作为举例来说明本文所述的包括优点和特征的系统和方法的示范实施例。0012图1是可用于监测操作温度的示范智能电子装置IED的示意图;0013图2是可用于监测和/或测量电力浪涌的示范IED的示意图;0014图3是可用于检测输入端相对于接地点的不正确接地的示范IED的示意图;0015图4是示出示范预测维护方法的流程图。具体实施方式0016虽。

18、然以下所述的实施例描述根据例如温度、浪涌和接地等环境因素来监测智能电子装置IED寿命,但是本领域的技术人员会理解,也可监测其它环境因素。此外,本领域的技术人员会理解,因环境因素引起的影响可因工程或构造的流程、非预计事件和/或因用户有意使用而使IED经受加速磨损而发生变化。此外,应当理解,小型化和/或集成使IED能够包括如下所述的一个传感器或者多个传感器,使得各IED可同时监测多个环境因素。例如但不是作为限制,IED可包括多个传感器,它们使IED能够同时监测机械冲击、振动、湿度、暴露于化学因素、电源水平和/或辐射和/或传导的电磁干扰。0017图1是可用于监测操作温度的示范智能电子装置IED100。

19、的示意图。IED100包括底板102,其中具有多个部件104和至少一个温度传感器106。在示范实施例中,部件104说明书CN102067049ACN102067059A3/6页6是IED100中的关键部件,例如但不限于电容器、微控制器、图形显示器和/或通信收发器。温度传感器106定位在IED100中,使得温度传感器106可监测IED100中内部的温度点以及周围空气108的温度。更具体来说,温度传感器106定位成便于准确估计各部件104的温度和环境温度108,以便确定每个部件104和环境温度108之间的温度梯度。在操作期间并且在稳态状况下,由温度传感器106所测量的温度保持在相对于环境温度108。

20、的基本恒定偏移量TA。此外,由温度传感器106所测量的温度保持在相对于各部件104的基本恒定偏移量。例如,由温度传感器106所测量的温度保持在相对于第一部件112的基本恒定第一偏移量T1,并且保持在相对于第二部件114的基本恒定第二偏移量T2。各偏移量TA、T1、T2经由在IED构建和/或IED构建后的测试期间的计算和/或测量来确定。0018在示范实施例中,温度传感器106测量IED100中的温度。温度传感器106生成表示测量温度的信号,并且将该信号传送给处理器110。处理器110通过相加或减去已知温度偏移量,来确定各部件104的估计温度。例如,处理器110通过适当地对温度传感器106所测量的。

21、温度相加或减去T1,来确定第一部件112的估计温度。此外,处理器110通过适当地对温度传感器106所测量的温度相加或减去TA,来确定IED100的内部操作温度与环境温度108之间的估计温度差。0019本领域的技术人员会理解,例如用于各部件104和/或温度传感器106的安装的风格、循环空气的模式等等外部状况可改变IED100中的温度分布,由此影响各部件104的温度的估计准确度。0020图2是可用于监测和/或测量电力浪涌的示范IED200的示意图。IED200包括多个输入端202、至少一个接地点204以及在第一端208耦合到输入端202的多个浪涌抑制电路206。各浪涌抑制电路206还在第二端210。

22、耦合到分流器212,以便于生成分流器212两端的可测量电压。此外,各浪涌抑制电路206使用电容器和/或非线性电阻器来实现。分流器212可通过非限制性地例如设计成捕获浪涌电流中的期望频率分量的电阻器或RLC电路来实现。在示范实施例中,在分流器212两端生成的电压由浪涌测量电路214来测量。浪涌测量电路214生成表示测量电压的信号,并且将该信号传送给处理器216。测量的浪涌电压所产生的浪涌电流则由分流器212分流到接地点204。在一个备选实施例中,分流器212通过多个电容器来体现,以便将高频分量积分成表示浪涌电流的信号,并且浪涌测量电路214通过多个标准放大器来实现。在这种实施例中,浪涌测量电路2。

23、14放大该信号,并且将该信号传送给模数A/D转换器未示出,它对信号进行数字化并且将数字信号传送给处理器216。浪涌电流的其余分量由分流器212分流到接地点204。0021在操作期间,浪涌抑制电路206创建高频信号分量的旁路路径,并且将这些分量分流到接地点204,而没有使IED200的其它内部电路未示出遭受过度电应力。在示范实施例中,浪涌电流通过输入端202流入IED200。浪涌电流从各输入端202流经关联的浪涌抑制电路206,由此绕过其它内部IED电路。然后,浪涌电流流经分流器212,生成与浪涌电流和分流器212的电阻成比例的浪涌电压。然后,浪涌电流流到接地点204。浪涌电压由浪涌测量电路21。

24、4来测量。浪涌测量电路214生成表示浪涌电压的信号,并且将该信号传送给处理器216。在一个备选实施例中,浪涌电流流经分流器212,它生成表示浪涌电流的信号。浪涌测量电路214放大该信号,并且将该信号传送给处理器216。说明书CN102067049ACN102067059A4/6页70022图3是可用于检测输入端相对于接地点的不正确接地的示范IED300的示意图。在IED、如IED300耦合到电流和/或电压的次级发生器的情况下,携带次级电流和/或次级电压的至少一条导线一般接地。次级发生器的一个示例是高电压仪表用变压器INSTRUMENTTRANSFORMER。使导线接地便于防止与电流和/或电压的。

25、初级发生器的电容耦合。0023在示范实施例中,IED300包括高电压电流互感器CURRENTTRANSFORMER302和电压互感器304,它们均耦合到相应输入端306和308。具体来说,电流输入端306包括输入端子310,以及电压输入端308包括输入端子312。IED300还包括接地输入端子314和316,其中的每个对应于相应输入端306和308。电流互感器302包括初级电路PRIMARYCIRCUIT318以及耦合到接地输入端子314的次级电路320。类似地,电压互感器304包括初级电路322以及耦合到接地输入端子316的次级电路324。使次级电路320和324均接地将接地输入端子314和。

26、316保持在地电位,并且与地电位相比,使非接地输入端子310和312保持在较低电压。电流输入端306的阻抗有助于使输入端子310和接地输入端子314均保持在近似等于地电位的电位。此外,电压输入端308的阻抗有助于使输入端子312和接地输入端子316均保持在较低电压差、例如100伏特V或1000V。在示范实施例中,IED300还包括地端子326,它也有助于使电流输入端子310相对地端子326保持近似地电位。此外,地端子326有助于使电压输入端子312相对于地端子326保持在低电位。0024在示范实施例中,IED300还包括多个电压检测器电路328,它们监测电流输入端306与电压输入端308之间的。

27、电压。更具体来说,第一电压检测器电路330监测电流输入端子310与地端子314之间的电压,以及第二电压检测器电路332监测电压输入端子312与地端子316之间的电压。电压检测器电路328设计成使得响应输入到输入端306和308的信号的高频分量以及响应大约500赫兹HZ和大约600HZ的系统频率分量。各电压检测器电路328生成表示所检测电压的信号,对该信号进行数字化,并且将数字化信号传送给处理器334。0025在操作期间,高电压电流互感器302和电压互感器304生成输入信号,并且将输入信号分别传送到电流输入端306和电压输入端308。跨接在各输入端306和308的端子上的电压由电压检测器电路32。

28、8来监测。更具体来说,第一电压检测器电路330监测电流输入端子310与地端子314之间的电压,以及第二电压检测器电路332监测电压输入端子312与地端子316之间的电压。各电压检测器电路328生成表示所检测电压的信号,对该信号进行数字化,并且将数字化信号传送给处理器334。0026图4是示出使用IED的示范预测维护方法400的流程图。虽然IED设计成耐受例如温度极限、电力浪涌、不正确接地和承受升高的电压等因素按可适用标准和设计实践,这类因素增加对IED的磨损,并且相应地影响IED的预期寿命。此外,反复承受这类因素缩短了IED的预期寿命。因此,方法400使用如上所述的测量数据,并且将测量数据应用。

29、于为IED所开发的可靠性模型。虽然下面相对于IED100图1所示来描述方法400,但是应当理解,方法400可适用于任何IED的预测维护。0027在示范实施例中,开发可靠性模型402。例如,当操作温度超过特定值时,集成电路、如微控制器通常呈现具有可靠性下降的温度可靠性关系。这种信息通常是从集成电路制造商可得到的,并且可通过测试来检验。例如,以115的内部温度进行操作的集成电说明书CN102067049ACN102067059A5/6页8路可具有当以75的内部温度进行操作时的预计预期寿命的一半的预期寿命。IED100的制造商可根据IED100的温度分布和/或通过直接测量IED底板102图1所示中的。

30、一个或多个点,来得出各部件104图1所示的内部操作温度,如上所述。在一个实施例中,应用于长期承受因素的可靠性模型是决定性可靠性模型。在一个备选实施例中,可靠性模型是随机可靠性模型。在其它备选实施例中,可靠性模型可基于例如模糊数学和/或人工神经网络。在一个实施例中,可靠性模型集成到IED100的操作码中。在一个备选实施例中,可靠性模型由IED100作为数据实体来存储。存储可靠性模型便于使IED操作员升级可靠性模型。例如,操作员可在IED安装地点人工升级可靠性模型,或者可靠性模型可从远离IED的位于中心的应用模块APPLICATION来升级。0028随后,环境因素在IED100中使用例如温度传感器。

31、106图1所示来测量404。然后处理406测量的环境因素,以便确定表示IED100的历史操作状况的长期承受因素。更具体来说,处理器110图1所示确定原始测量、原始测量的平均值、积分和/或原始测量的最大值。例如,由温度传感器106所记录的一组内部温度读数存储到例如400至250、250至0、0至250、250至300、300至350等温度带中。各温度带中的总操作时间由处理器110累计。0029在示范实施例中,长期承受因素则应用408于IED100和/或各部件104的可靠性模型。通过使用温度可靠性关系或者可靠性模型,各部件104的剩余寿命和/或故障概率可由处理器110根据长期承受因素来计算。更具体。

32、来说,处理器110根据长期承受因素和可靠性模型来确定410剩余IED寿命的数值量度。数值量度的示例包括但不限于包括IED100的剩余寿命、IED100的已使用寿命和IED100的磨损率。在一个实施例中,IED100的已使用寿命可按照例如小时、天、周、月和/或年等多个时间单位来表达。数值量度的其它示例包括实际磨损与正常磨损的比率。在一个实施例中,IED100的磨损率基于IED100的可接受操作状况的指定范围之外的操作状况。在一个实施例中,将长期承受因素传送给远离IED100的位于中心的应用模块,使得中心应用模块将从多个IED所接收的长期承受因素应用于一个或多个可靠性模型,并且确定多个IED的每个。

33、和/或每个单独IED的剩余IED寿命的数值量度。0030在示范实施例中,处理器110将剩余IED寿命的数值量度与预先选择剩余寿命值进行比较412。如果剩余IED寿命的数值量度小于预先选择剩余寿命值,则处理器110生成414信号、如告警。信号可基于例如IED100的所确定剩余寿命、IED100的所确定已使用寿命、所确定的磨损率和/或超过的操作状况。在一个实施例中,信号是通过例如字母数字消息、发光二极管LED等等提供给IED操作员的视觉指示。在一个备选实施例中,信号是物理通/断输出。在另一个备选实施例中,信号可以是由处理器110在IED100的操作码和/或编程码中创建的虚拟点。例如,在这种实施例中。

34、,维护输出延迟继电器或失效安全继电器可断开,由此对继电器断电,以便向IED操作员表明IED100需要关注和/或修理。在这种情况下,IED100可继续起作用,同时向IED操作员表明环境状况不正常。此外,断开的继电器可表明IED100正遭遇以加速速率的磨损和/或IED100的剩余寿命已经达到必须维修的等级。在示范实施例中,信号的灵敏度和/或功能性可经由用户设定来选择。0031在一个实施例中,在IED100和/或特定部件104出故障时,对IED100所确定的长期承受因素存储在存储器未示出中,使得长期承受因素可由例如维修技术人员来提说明书CN102067049ACN102067059A6/6页9取。备。

35、选地,长期承受因素可由处理器110传送给远程存储装置未示出供存储。如果例如在IED100和/或特定部件104出故障之后发送IED100以供修理和/或整修,则所存储长期承受因素可扩充以反映IED100的实际磨损,以便反映因修理和/或修整而引起的IED100的改进操作状态。另外,可靠性模型可更新到反映由技术人员在修理期间所收集的数据、如长期承受影响的数据LONGTERMEXPOSUREDATA。在可靠性数据的极大变化时,IED100的制造商可更新新制造的装置中的可靠性模型。0032本文所述的系统和方法便于通过使用传感器和/或处理器来使IED能够收集和分析来自传感器的信息,来预测智能电子装置IED的。

36、所需维护。收集和分析信息便于结合IED的预期寿命的嵌入知识、如可靠性模型来了解IED的操作状况和承受影响,以便生成预测维护请求和/或信号。0033在介绍本发明的方面或其实施例的元件时,限定词“一”、“该”和“所述”意在表示存在元件的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”意在包括在内,并且表示可能存在与列示元件不同的附加元件。0034以上详细描述了用于智能电子装置IED的预测维护的系统和方法的示范实施例。系统和方法并不局限于本文所述的具体实施例,而是可单独且独立于本文所述的其它步骤和/或部件来使用方法的步骤和/或系统的部件。此外,所述步骤和/或部件也可在其它系统和/或方法中限定或者与其结合。

37、使用,而并不局限于仅采用本文所述的系统和方法来实施。0035本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明,并且还使本领域的技术人员能够实施本发明,包括制作和使用任何装置或系统,以及执行任何结合方法。本发明的专利范围由权利要求书来限定,并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件,或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件,则它们意在落入权利要求书的范围之内。说明书CN102067049ACN102067059A1/4页10图1说明书附图CN102067049ACN102067059A2/4页11图2说明书附图CN102067049ACN102067059A3/4页12图3说明书附图CN102067049ACN102067059A4/4页13图4说明书附图CN102067049A。

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