1.. Общие понятия теории надежности. Главные принципы построения надежных схем э/ия.

Категорирование электроприемников по надежности ЭС/ия производится согласно требованиям ПУЭ. При этом не следует допускать необоснованное отнесение электроприемников: 1. К более высокой категории, а именно: а) электроприемники, работающие на склады, промежуточные накопители, выполняющие вспомогательные технологические операции, часть оборудования инженерного обеспечения следует относить к III-ей категории. Отнесение указанных электроприемников ко II-ей категории приводит к необоснованному завышению не только мощности установленных тр-ов, но и требованиям предъявляемым к энергоснабжению организации по обеспечению резервирования питания потребителей. Ко II-ей категории следует относить только такое технологическое и другое оборудование, без которого невозможно продолжение работы основного производства на время послеаварийного режима. б) электроприемники, отключение которых приводит к массовому недоотпуску продукции нередко относят не ко II-ой, а к I-й категории, мотивируя это решение тем, что наносится значительный ущерб хозяйству, при этом некоторая нечеткость формулировки ПУЭ не может быть основанием для перевода электроприемников крупного производства из II-ой в I-ую категорию. Понятие «значительный ущерб хозяйству» следует относить к группе производств регионов или отрасли, но не к одному предприятию. в) При проектировании электроустановок имеют место случаи отнесения систем управления некоторых производств к электроприемникам особой группы I-й категории, хотя электроприемники самого производства относятся к I-й категории. Необоснованное отнесение электроприемников к I-й категории к особой группе значительно удорожает затраты на систему электроснабжения. Понятие «категория электроприемников по надежности электроснабжения» не следует относить к потребителям в целом, в том числе к цехам, участкам, корпусам и т.д. Это понятие правомерно только в отношении индивидуального электроприемника. Для потребителей характерно лишь сочетание в различных пропорциях электроприемниковI, II, III -й категории. Надежность электроснабжения обеспечивают выполнением требуемой степенью резервирования. Для продолжительной работы основного производства в послеаварийном режиме необходима работа всех электроприемников отнесенных к I и II-й категории следовательно, питание этих электроприемников должно резервироваться. Резервирование питания электроприемниковIII -й категории не требуется. Значение требуемой степени резервирования для промышленных предприятий может меняться от 1 (при отсутствии III -й категории и должно быть обеспечено 100% резервирование питания электрической нагрузки при нарушении в системе электроснабжения) до 0 (отсутствуют электроприемникиI и II-й категории и резервирования питания нагрузки не требуется). Выбор элементов схемы электроснабжения, производимый, как правило, по данным послеаварийного режима, следует выполнять во всех случаях согласно требуемой степени резервирования с учетов перегрузочной способности электрооборудования. Надежность электроснабжения промышленных предприятий со сложным непрерывным технологическим процессом требует длительного времени на восстановление рабочего режима при нарушении системы электроснабжения, определяется помимо требуемой степени резервирования длительностью перерыва питания при нарушениях в системе электроснабжения и ее сопоставляют с предельно допустимым временем перерыва электроснабжения, при котором возможно сохранение непрерывного технологического процесса данного производства. При невозможности обеспечить непрерывный технологический процесс необходимо осуществлять технологическое резервирование. Разработка проекта электроснабжения предприятий с непрерывным технологическим процессом должна производится совместно с электроснабжением организаций и организацией выполнением проектировщиками технологии и технологической автоматики.

2. . Понятие отказа. Классификация отказов. Основные хар-ки работоспособности э-рооборудования. Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности, т.е. когда система или элемент перестают целиком или частично выполнять свои функции. Различают неремонтируемые (не восстанавливаемые) и ремонтируемые элементы. Под неремонтируемыми элементами понимают элементы, восстановление к-ых после отказа считается невозможным или нецелесообразным. Однако это не означает, что данное устройство не может быть отремонтировано. Понятие неремонтируемый элемент характеризуется не видом данного элемента, а его спецификой назначения. Например, выключатель в системе электроснабжения является по существу неремонтируемым элементом, но это не означает, вообще, невозможность ремонта и восстановления выключателя. Под ремонтируемыми (восстанавливаемыми) элементами понимают такие, работа которых после отказа может быть возобновлена после проведения необходимых восстановительных работ. Под восстановлением нужно понимать не только ремонт, но и замену того или иного элемента или системы, но и замену его на аналогичный и подключение резервного элемента. Например: при выходе из строя одного из тр-ов и при наличии устройства АВР система электроснабжения может быть быстро восстановлена устройством АВР. Хотя поврежденный тр-ор не будет восстановлен. Показатель надежности – это признак, по которому оценивается надежность элемента, а характеристика надежности это количественное значение этого показателя для данного элемента. Работоспособность элемента представляет собой состояние элемента, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами установленными соответствующими требованиями. Ремонтопригодность – это приспосабливание системы или элемента к предупреждению или устранению отказов или неисправностей. Долговечность- свойство системы или элементов сохранить работоспособность до предельного состояния при необходимом обслуживании. Предельное состояние определяется невозможностью дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности и требования безотказности. Безотказность – свойство системы или элемента сохранять работоспособность в течении заданного интервала времени без вынужденных перерывов. Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации до момента возникновения предельного состояния. Наработка – продолжительность или объем работы элемента, измеряемая в часах, кВт часах и т.д. Ресурс – наработка до предельного состояния. Среднее время восстановления - это среднее время вынужденного не регламентируемого простоя, вызванного отысканием и устранением одного отказа. Отказ и восстановления – это 2 противоположных случайных события, являющиеся случайной величиной, которая характеризуется вероятностью отказа.

3.Периоды эксплуатации электрооборудования. Причины повреждений воздушных линий. Причины повреждений кабельных линий. А) 1) период приработки хар-ся снижением отказов с течением времени, что объясняется появлением скрытых дефектов монтажа, 2) период норм.эксплуатации хар-ся примерно постоянной интенсивностью отказов при этом они имеют внезапный хар-ер, 3) период интенсивного износа и старения хар-ся повышенной интенсивностью отказов с течением времени. Б) ВЛ - осн. повреждения это гололедно - ветреная нагрузка, перекрытие изоляции в в следствии грозовых разрядов, повреждение опор и поводов автотрансформатором, дефекты изготовления опор, проводов и изоляторов, неправильный монтаж опор и проводов. КЛ – осн. повреждения нарушение мех-ой прочности землеройным механизмом. Наиболее повреждаемость возникает при прокладке кабелей и непосредственно в земле. Эл.пробои в кабельных муфтах и на концевых воронках.

4. Причины повреждений коммутационных аппаратов. Причины повреждения трансформаторов. Причины постепенных отказов. А) 1) Несрабатывания приводов, 2) механ. и эл. повреждение, 3) износ дугогасительных камер, 4) обгорание контактов, перекрытие изоляции при внешних и внутренних повреждениях. Б) 1) нарушение изоляции обмоток из-за воздействия внеш. и внутр. Перенапряжений, сквозных токов и замыканий, дефектов изготовителя, 2) причины повреждения обмоток изоляции тр-ра это ее износ и старение вследствие перегрузок и недостаточного охлаждения, 3) повреждении проводов тр-рав следствии перекрытия, 4) повреждение контактных соединений, 5) понижение уровня масла. В) 1) тепловое старение изоляции тр-ра кабелей, генераторов, 2) коррозия металлических частей, проводов, опор, оболочек кааб. линий, 3) износ дугогасительных камер комут. аппаратов при отключении токов КЗ, 4) деформация материалов, 5) диффузия 1-го материала в другой, 6) мех-ая нагрузка.

5.Вероятность безотказной работы. Вероятность отказа. Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки при заданных условиях работы не произойдет ни одного отказа или вероятность того, что время безотказной работы Т_р элемента или системы будет больше времени t.

Вероятность отказа - это вероятность того, что в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ или вероятность того, что время безотказной работы Т_р элемента или системы будет меньше времени t.

Последовательность событий, происходящих одно за другим в какие-либо моменты времени называется потоком событий. События, образующие поток, в общем случае могут быть и различными. Чаще рассматриваются потоки однородных событий только моментами их появления.

6.Графически поток отказов и восстановлений можно представить в виде коротких импульсов (верхняя ось) при нулевом времени восстановления либо в виде прямоугольных импульсов (нижняя ось) при конечном времени восстановления. Одной из характеристик потока событий является мгновенный параметр потока отказов - т.е. это число отказов в единицу времени отнесенное к общему числу элементов m при условии, что отказавшие элементы восстановятся незамедлительно

Параметр так же называется удельной повреждаемостью восстанавливаемых элементов. Интенсивность отказов - скорость изменения ненадежного изделия с течением времени отнесенная к вероятности безотказной работы в заданный момент времени. Интенсивность отказов определяется отношением числа отказов в единицу времени к числу безотказно работающих в отрезок времени :

Потоки событий, встречающихся на практике, обладают рядом свойств. Наиболее простым свойством является свойство одинарности потока. Поток называется одинарным, если вероятность совмещения двух или более событий в один и тот же момент времени настолько мала, что такое совмещение является практически невозможным. Для большинства случаев отказа оборудования в системе ЭС это условие выполняется.

Поток восстановления так же можно считать одинарным. Для одинарных потоков параметр потока отказов и интенсивность отказов равны: .

Поток событий называется стационарным, если его вероятностный режим не изменяется во времени, т.е. вероятность появлений отказов на отрезке времени (t; t+r) зависит только от длины отрезкаr и не зависит от времени t. Для стационарного и одинарного потока событий и интенсивность потока и параметр потока отказов не зависит от времени. Поток событий называется потоком без последствия, если для существующих не перекрываемых интервалов времени число событий, появляющихся в одном из них, не зависит от точки числа событий, появляющихся в другие интервалы. Одинарные потоки без последствия называются пуассоновскими потоками. Пуассоновские потоки могут быть стационарными и нестационарными. Для стационарного пуассоновского потока вероятность отказов элемента за период времени t при параметре потока отказов определяется по выражению

Параметр потока отказов для электрооборудования имеет размерность 1/год, поэтому при t =1 год:

Отсюда вероятность безотказной работы, т.е. вероятность того, что не произойдет ни одного отказа элемента за год составит :

Например.

Поток восстановления характеризуется по аналогии с потоком отказов. Вероятность восстановления - это вероятность того, что время восстановления Т_в элемента или системы будет меньше времени t:

Вероятность невосстановления - это вероятность того, что время восстановления Т_в элемента или системы будет больше или равно времени t:

Интенсивность восстановления в момент времени t, отсчитываемая от начала восстановления – это отношение плотности вероятности восстановления к вероятности не восстановления :

7. Показатели надежности воздушных линий. Показатели надежности выключателей. Показатели надежности выключателей. Отказы выключателей зависят от числа отключений или КЗ и примерно пропорциональны протяженностям линий, присоединенных к выключателю. Поэтому рассматриваются две составляющие параметра потока отказов выключателя и , по которым определяется параметр потока отказов выключателя с учетом протяженности ЛЭП, присоединенных к нему, в км.

(1).

При анализе надежности схем РУ различают: - внезапные отказы выключателей, приводящих в к действию устройства резервирования или защиты сборных шин и отключению выключателей смежных с отказавшим; - и отказы, выявляемые при обходах и осмотрах требующие лишь вывода выключателя во внеплановый ремонт.

В схеме 4-хугольника внезапный отказ выключателя В₁ приводит к отключению выключателей В₂ и В₃ и при этом происходит отделение линии и тр-ра. При отказе, обнаруженном во время осмотра и выводе выключателя во внеплановый ремонт, все линии и тр-ры в РУ остаются в работе. Коэффициент, характеризующий долю внезапных отказов от общего числа отказов выключателей равен . Обозначим этот коэффициент через (внезапности), тогда параметр потока внезапных отказов выключателя:

(2)

и параметр потока отказов, выявленных при осмотре:

(3).

При внезапных отказах выключатель отключивший элементы (генерирующие агрегаты, тр-ры, ЛЭП) в большинстве случаев может быть введен в работу раньше чем будет произведен ремонт выключателя. При этом длительность их простоя (время восстановления) определяется временем, измеряемом в часах, необходимом для выполнения переключений в РУ.

, (4)

Т_о – постоянная составляющая равная времени необходимому для того, чтобы обслуживающий персонал мог прийти в РУ и установить характер повреждения (для подстанций с обслуживанием Т_о =0,1÷0,3 ч) ; Т_р = 0,1 ч – это время для отключения (включения) разъединителя; n_р – число разъединителей, которые должны быть отключены (включены) для отделения поврежденного выключателя и ввода отключившихся элементов в работу. Средняя продолжительность планового ремонта шин определяется:

, (5)

n_рш – число разъединителей, присоединенных к системе сборных шин.

Участок электрической сети состоит из последовательно соединенных элементов: выключателя, ЛЭП и тр-ра. Очевидно, что отказ любого из элементов приводит к вынужденному простою всего участка. Влияние каждого из элементов на надежность всего участка можно оценить по данным таблицы, где приведены указатели надежности элементов участка сети напряжением U=110кВ. Показатели надежности элементов участка сети U=110кВ. Элемент , 1/год Тср.в, ч Кв, отн.ед. Выключатель 0,026 100 0,0003 Линия, 50 км 0,50 14 0,0008 Трансформатор 0,015 200 0,0003

Сопоставление параметров потока отказов каждого из элементов показало, наименее надежным элементом является ЛЭП. Их параметр потока отказов на порядок больше параметров потока отказов тр-ов и выключателей. Время восстановления Т_ср.в, тр-ов и выключателей наоборот на порядок больше чем у ЛЭП. Это приводит к тому, что значения коэффициентов вынужденного простоя К_в( вероятность отказов всех элементов) имеет одинаковый порядок.

8.Послед.-оесоед. элементов. Показатели надежности схем с послед.соед. элементов. Для анализа показателей надежности электрической схемы соединений элементов или её части используются логические схемы надежности, которые учитывают электрическую схему резервирования элементов и влияние их отказов на отказ всей системы. Если отказ одного из элементов приводит к отказу всей системы, то эти элементы соединяются последовательно. Простейшей технической системой, в смысле теории надежности, является комплекс элементов, где отказ любого элемента вызывает отказ всей системы и отказ любого элемента не изменит надежности других. Такое соединение элементов называют последовательным. Эта система будет находиться в рабочем состоянии, если все элементы находятся в рабочем состоянии. Сложное событие, т.е. работа всех элементов схемы состоит в совмещении событий работы каждого элемента. Применив теорему умножения вероятностей независимых событий, получим вероятность безотказной работы системы, как произведения вероятностей безотказной работы всех элементов:

, (6)

где i=1,2,. . . n – элементы в последовательно соединенной системе; - вероятность безотказной работы i –го элемента. Вероятность состояния отказа определяется как вероятность события противоположного рабочему состоянию.

. (7)

На практике вероятность состояния отказа в последовательно соединенной системе определяется как вероятность отказа хотя бы одного элемента, которая определяется с использованием формулы для вероятности суммы совместимых событий:

. (8)

Для элементов электрических систем вероятности отказов гораздо меньше 1, поэтому при определении состояния отказа из n последовательно соединенных элементов вторым, третьим и последующими слагаемыми в правой части (8) можно пренебречь, как числами более высокого порядка малости. Поэтому в практических расчетах используется выражение:

. (9)

При последовательном соединении элементов в логической схеме надежности вероятности безотказной работы элементов перемножаются по (6), поэтому при экспоненциальном законе распределения

, (10)

. (11)

Т.е. при последовательном соединении параметры потока отказов складываются, следовательно, чем большее число элементов n соединено последовательно в логической схеме надежности, тем больше параметр потока отказа системы и тем меньше вероятность ее надежной работы. Среднее время между отказами или время наработки на отказ для такой схемы из n элементов определяется

. (12)

Для схемы из двух последовательно соединенных элементов с одинаковыми параметрами потока отказов:

. (13)

Т.е. с увеличением числа элементов время рабочего состояния системы уменьшается. Если известны вероятность вынужденного простоя и параметр потока отказов, можно определить среднее время одного восстановления (аварийного ремонта) системы в долях года: . (14)

9.Параллельное соединение элементов. Показатели надежности схем с парал. соед. элементов. Вероятность надежной работы такой системы наиболее просто определяется через вероятность противоположного события, т.е. вероятность состояния отказа системы, которая наступит тогда, когда все элементы откажут одновременно. Вероятность состояния отказа для такой системы определяется как произведение вероятности отказа работы всех элементов:

, (1)

где элементы параллельно соединенной системы и - вероятность отказа i – го элемента. Вероятность рабочего состояния определяется как вероятность события противоположного состоянию отказа.

. (2)

Для системы из двух параллельно соединенных в логическую схему надежности элементов вероятность безотказной работы в течении одного года равна:

(3)

При

. (4)

Для двух элементов в параллельной схеме надежности средняя наработка на отказ определяется:

. (5)

При

. (6)

Под параметром потока отказов группы элементов соединенных параллельно в логическую схему надежности понимается событие, заключающееся в совпадении вынужденных простоев всех элементов группы. Для системы из двух элементов параметр потока отказов определяется как

, (7)

где - параметры потока отказов 1 и 2 – го элементов; - вероятности (коэффициенты) вынужденного простоя. В (7) первое слагаемое соответствует наложению отказа первого элемента на вынужденный простой второго. А второе слагаемое наоборот, наложение отказа второго элемента на вынужденный простой первого. Чтобы найти время восстановления этой группы определяется вероятность их одновременного отказа:

. (8)

По известному параметру потока отказов и вероятности отказа, используемых в выражении (7), найдем время восстановления системы и при одинаковых параметрах элементов получим выражение:

, (9) , где Т_в – время восстановления одного элемента.