Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Институт – Энергетический

Направление – Электроэнергетика

Кафедра – Электрических сетей и электротехники

Оценка надежности энергосистемы с учетом планирования ремонтов генерирующих агрегатов

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Надежность энергосистем»

Выполнил:

студент группы 9А86 Шмельков С.А.

Проверил:

доцент кафедры ЭСиЭ ЗаподовниковК.И.

Томск – 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. Постановка задачи по оценке возникновения дефицита

мощности и прямого ущерба .................................................................................5

1.1 Исходные данные…………………………………………………………6

1.2 Формирование вероятностной модели нагрузки……………………….9

1.3 Формирование вероятностной модели генерирующей части…..……...11

1.4 Формирование вероятностной модели энергосистемы………………...12

1.5 Расчёт и анализ коэффициентов бездефицитной

работы и готовности энергосистемы…………………………………..…...14

1.6Расчёт и анализ показателей надежности с учетом планово-

предупредительных ремонтов…………………………………………… ..15

1.7Расчёт и анализ показателей надежности сучетом ввода резерва........18

2. Постановка задачи по оценке надежной работоспособности распределительного устройства, а также выявление состояния, которое приводит к нарушению способности выполнять заданные функции.......……………….. 22

2.1 Исходные данные………………………………………………………...24

2.2Расчет частоты отказов выключателя с учетом

протяженности линий электропередачи ………………………………….24

2.3 Расчет частоты внезапных отказов выключателя……………………. 25

2.4 Расчет коэффициентов режимов работы РУ………………………..... 25

2.5 Расчет режимов частоты отказов выключателя……………………… 26

2.6 Расчет времени для выполнения переключений РУ…………………. 27

2.7 Расчет частоты отказов шин (секции) типовой схемы……………….. 27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….29

Приложение 1…………………………………………………………………….31

Приложение 2…………………………………………………………………….35

Приложение 3…………………………………………………………………….40

Приложение 4…………………………………………………………………….43

ВВЕДЕНИЕ

Рассматриваемая схема являются частью Томской энергосистемы, и представляет собой электрические сети нефтегазоконденсатных месторождений Лугинецкого, Останинского, Западно-Останинского и Игольско-Талового нефтяного месторождения.

Центральным энергоузлом является подстанция (ПС) Лугинецкая, которая получает питание по воздушным линиям электропередач (ВЛЭП) 110 кВ от ПС Игольская. От ПС Лугинецая по ВЛЭП 110 кВ электроэнергия передается до конечных подстанций, где трансформируется до 35 кВ и 6 кВ, и далее по распределительным сетям получают питание нагрузка.

Нефтяные месторождения Игольско-Талового и нефтегазоконденсатные месторождения Лугинецкое, Останинское, Западно-Останинское относятся к электропотребителям I категории, в связи с этим чрезвычайно важным является обеспечение их надежного энергоснабжение, в частности выполнений требований по надежности режима энергосистемы.

Надежность режима энергосистемы это способность системы выдерживать те или иные возмущения. Возмущения по степени устойчивости можно разделить на две группы: статические (малые возмущения), постоянно имеющихся в системе, и динамические (большие возмущения), например короткие замыкания на ЛЭП или обрыв ЛЭП, потере или снижению генерирующей мощности, и т.п.

Под надежностью энергосистемы (ЭС) будем понимать её свойство выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Функциями ЭС являются бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией требуемого качества.

Для того чтобы оценить надёжность, следует решить две задачи: задачу режимной надёжности и задачу схемной (структурной) надёжности.

В задаче режимной надёжности рассмотрим энергосистему в целом, двумя элементами которой будут являться нагрузка и генерирующая часть. Эта задача предполагает выявление таких состояний энергосистемы, в которых возникает дефицит, т.е. превышение мощности нагрузки над располагаемой мощностью генерирующей части (недоотпуск электроэнергии). Возникновение дефицита будет являться случайным событием.

В задаче схемной надёжности рассмотрим подсистему, в которой элементами являются источник питания, распределительные устройства, ЛЭП, трансформаторы, нагрузка. Для решения данной задачи нужно выявить такое состояние схемы, когда нарушается связь между источником питания и потребителем. Это состояние также будет являться случайным событием.

Задачей схемной надёжности является определение и оценка надежности распределительного устройства (РУ) на основе упрощенной модели отказов выключателей.

Тот или иной уровень надежности будем определять при помощи соответствующих показателей (показателей надежности). Для задачи режимной надёжности такими показателями являются коэффициент бездефицитной работы ( ) и коэффициент готовности ( ) энергосистемы.

Под коэффициентом готовности будем понимать вероятность того, что элемент энергосистемы будет работоспособен в произвольно выбранный момент времени. Коэффициент бездефицитной работы рассматривается как вероятность того, что в произвольно выбранный момент времени мощность нагрузки не будет превышать мощность генерирующей части. Уровень надёжности для данной задачи будем изменять созданием избыточности (увеличением резерва мощности генерирующей части).

Элементы, рассматриваемые в задаче схемной надёжности относятся к ряду восстанавливаемых объектов. Основными показателями надёжности здесь являются индекс надёжности, частота отказов и среднее время восстановления. Индекс надёжности – это фактически вероятность того, что узел нагрузки будет получать питание от источника. Под отказом будем понимать случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности элемента. Частота отказов – это среднее количество отказов восстанавливаемого объекта в единицу времени. Этот показатель является случайной величиной. Время восстановления – это среднее время вынужденного простоя, необходимого для отыскания и устранения одного отказа.

Задачу режимной надёжности будем рассматривать в двух аспектах: без учёта и с учётом предупредительно-плановых ремонтов, причём модель энергосистемы во втором случае уточняется.

Для задачи режимной надёжности необходимо сделать вывод о надёжности электроснабжения потребителей, а также указать величину вводимого резерва, если таковой необходим.

Для задачи схемной надёжности делается вывод, о надёжности схемы РУ в определении математических ожидании чисел отключений элементов (линий, трансформаторов, генераторов) и делений РУ на электрически не связанные части.

1. Постановка задачи режимной надёжности

Для выполнения главной функции ЭС, т.е. обеспечения качества и надежности электроснабжения потребителей, суммарный уровень мощности генерирующих агрегатов (располагаемой мощности энергосистемы) должен быть не менее прогнозируемого максимума нагрузки. При равенстве указанных мощностей любое снижение располагаемой мощности или увеличение нагрузки приводит к дефициту мощности и недоотпуску электроэнергии потребителям.

Перед тем как перейти к расчётам основных показателей режимной надёжности необходимо сформировать модель энергосистемы. Модель энергосистемы является вероятностной моделью. Главными элементами энергосистемы в рамках этой задачи являются генерирующая часть и нагрузка. Поэтому сначала формируются вероятностные модели этих элементов.

Модели элементов включают в себя создание ряда распределения случайной величины. Для модели генерирующей части случайной величиной является мощность генерирующей части, для модели нагрузки, соответственно, – мощность нагрузки. Для энергосистемы формируется ряд распределения различных состояний энергосистемы (бездефицитной работы или дефицита генерируемой мощности).

После этого проводится определение величины показателей надежности: коэффициента надежности ( ) и коэффициента бездефицитной работы ( ), сравнение их с нормативными значениями, и, при необходимости делается вывод о введении резерва.

Введение резерва предполагает увеличение мощности генерирующей части.

1.1 Исходные данные

Исходными данными в этой задаче являются суммарная мощность нагрузки энергосистемы, параметры этой нагрузки по периодам года, продолжительность периодов годового графика нагрузки; суммарная мощность генерирующей части энергосистемы, параметры однотипных генераторов.

Суммарную мощность нагрузки энергосистемы находим путём суммирования всех нагрузок, а точнее воспользуемся эквивалентом нагрузки = 95,5 МВт.

Разделим генераторы на всех электростанциях в энергосистеме на две группы и примем следующие параметры генераторов (таблица 1).При этом величина суммарной мощности генераторов 104МВт. В таблице 1 дана информация о номинальной мощности генераторов каждой группы, количество генераторов в каждой группе, коэффициент вынужденного простоя, который определяется как вероятность того, что генератор будет неработоспособен в произвольно выбранный момент времени в промежутках между плановыми ремонтами, длительность плановых ремонтов.

Таблица 1. Параметры однотипных генераторовпо группам

Номер группы генераторов	Мощность , МВт	, шт.	Коэффициент вынужденного простоя ,о.е.	Длительность плановых ремонтов ,мес.
1 (ПС Игольская)	20	4	0,008	0,5
2 (ГТЭС Игольская)	6	4	0,008	0,3

В таблице 2 приведены параметры нагрузки для суток по периодом года.

Таблица 2. Параметры нагрузки для суток по периодам года (о.е.)

Время суток, час.	Время года
	Зима	Лето
00-02	0,4	0,4
02-04	0,3	0,4
04-06	0,3	0,65
06-08	0,8	0,65
08-10	0,8	0,6
10-12	0,7	0,6
12-14	0,7	0,6
14-16	0,75	0,6
16-18	0,8	0,6
18-20	1	0,6
20-22	0,7	0,6
22-24	0,7	0,4

Таблица 3. Параметры нагрузки по периодам год (МВт)

Время суток, час.	Время года
	Зима	Лето
00-02	38,2	38,2
02-04	28,65	38,2
04-06	28,65	62,075
06-08	76,4	62,075
08-10	76,4	57,3
10-12	66,85	57,3
12-14	66,85	57,3
14-16	71,625	57,3
16-18	76,4	57,3
18-20	95,5	57,3
20-22	66,85	57,3
22-24	66,85	38,2

В таблице 3 приведена информация о продолжительности периодов годового графика нагрузки.

Таблица 4 – Продолжительность периодов годового графика нагрузки

Длительности периодов (месяцев)/ (дней)
Зимний	Летний
8/243	4/122