Лекция №8 «повышение надежности систем электроснабжения железнодорожного транспорта путем резервирования»

ВРЕМЯ – 2 часа

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ:

1. Рассмотреть возможности повышения надежности систем электроснабжения ЖТ путем резервирования их элементов.

СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ:

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ – 5 мин.

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ – 5 мин.

2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ОБЩИМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ – 30 мин.

3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С РАЗДЕЛЬНЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ – 30 мин.

4. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С КОМБИРИРОВАННЫМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ – 15 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ – 5 мин.

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Начиная рассматривать данный вопрос, необходимо вспомнить некоторые определения [1]:

Резервированием называется повышение надежности системы, путем включение в ее состав резервных единиц.

Резервирование бывает трех видов – общее, раздельное и смешанное.

Общим называется резервирование, при котором параллельно друг другу включаются идентичные элементы (объекты).

Раздельным называется резервирование системы путем использования отдельных резервных элементов.

Комбинированным называется сочетание общего и раздельного резервирование в одной системе.

Отношение числа резервных объектов к числу основных называется кратностью резервирования. Кратность резервирования может быть либо целым, либо дробным числом.

По способу включения резервных устройств резервирование может быть постоянным и с замещением.

Постоянным называется резервирование, при котором резервные элементы соединены с основными элементами в течение всего времени работы.

Замещением называется резервирование, при котором резервные элементы соединяются с основными элементами после их отказа.

Резервные объекты могут находиться в трех режимах работы:

- в нагруженном режиме, при котором резервные элементы находятся в тех же рабочих условиях, что и основные;

- в ненагруженном режиме, при котором резервные элементы не включены в работу;

- в облегченном режиме, при котором резервные элементы включены, но работают не на полную нагрузку.

2. Структурная схема надежности систем электроснабжения с общим резервированием

Рассмотрим схему с последовательным соединением элементов (рисунок 1):

Предположим, что система состоит из трех одинаковых по надежности элементов с вероятностью безотказной работы в течение времени t: Р₁(t) = Р₂(t) = Р₃(t) = 0,997. Тогда вероятность безотказной работы системы Р_с(t) определится, как:

Р_с(t) = Р₁(t) · Р₂(t) · Р₃(t) = {Р (t)}³ = 0,997³ = 0,991027.

Мы считаем, что такая надежность не соответствует требуемой надежности современных систем ЭСЖТ и ее необходимо повысить [2]. Но, предположим, что использовать более надежные элементы нельзя. Либо их нет, либо они очень дороги. Тогда надежность системы может быть повышена путем ее общего резервирования.

Общим называется резервирование, при котором параллельно друг другу включаются идентичные элементы.

Схема системы с постоянным общим резервированием элементов представлена на рисунке 2.

Предположим, что система состоит из 6 одинаковых по надежности элементов с вероятностью безотказной работы в течение времени t: Р₁(t) = Р₂(t) = Р₃(t) = Р₄(t) = Р₅(t) = Р₆(t) = 0,997. Вероятность безотказной работы системы определится, как:

Р_с(t) = 1 – {1 - Р_I(t)} · {1 - Р_II(t)},

где Р_I(t) = {Р (t)}³ = 0,997³ = 0,991027; Р_II(t) = {Р (t)}³ = 0,997³ = 0,991027.

Тогда:

Р_с(t) = 1 – {1 - Р_I(t)} · {1 - Р_II(t)} = 1 – (1 – 0,991027) · (1 – 0,991027) = 1 – (0,008973)² = 1 – 0,0000805 = 0,9999195.

Таким образом, путем общего резервирования система, состоящая из элементов со сравнительно невысокой надежностью, превратилась в близкую к абсолютно надежной систему.

Рассмотренная система называется системой с постоянным общим резервированием, поскольку резервные элементы соединены с основными элементами в течение всего времени работы. Это является недостатком, ведущим к излишнему расходу ресурса работы элементов. Для повышения экономичности расхода ресурса элементов применяются системы с резервированием замещением. В этом случае резервирование включается при отказе основной цепи элементов (рисунок 3).

Однако, при наличии выключателя В1 надежность системы снижается, поскольку в схеме появляется еще один элемент. Так, если вероятность безотказной работы выключателя В1 обозначить как Р₇(t) = 0,997, то вероятность безотказной работы системы составит:

Р_с(t) = 1 – {1 - Р_I(t)} · {1 - Р_II(t)} = 1 – (1 – 0,991027) · (1 – 0,991027·0,997) = 1 – 0,008973·0,011946 = 1 – 0,0001072 = 0,999893.