УчебПособие (Теория надежности)2011

Пример определения Tвiбл . На рис. 5. 25 изображена схема

РУ с двумя системами сборных шин А1 и А2. При отказе выключателя Q1 время, необходимое для ввода в работу блока №1, составит:

A2

A1

Рис. 5.25. Схема распределительного устройства с двумя системами сборных шин А1 и А2

Б. Блок вводится в работу после отключения разъединителями отказавшего i-го элемента.

Время производства оперативных переключений принимается равным 0,5 ч. Время пуска блока тепловой или атомной электростанции из горячего состояния также составляет 1 ч. Таким образом, время восстановления нормального режима работы блока составит

Например, при отказе выключателя Q2 или Q5 в схеме «Американка» (см. рис. 5.22) время восстановления нормального режима работы блока G1-T1 определяется по формуле (5.33).

В. Блок, включенный между i-м отказавшим выключателем и j-м выключателем, находящемся в ремонте, вводится в работу после завершения ремонта одного из них.

При этом могут быть два случая:

- если время восстановления i-го отказавшего элемента окажется меньше времени планово-предупредительного ремонта j-го элемента (Tвi < Tрj), то среднее время простоя блока до момента его пуска определяется по формуле

и с учетом времени пуска блока Tпускij = 1 ч после простоя время восстановления нормального режима работы блока равно

- если время восстановления i-го отказавшего элемента окажется больше времени планово-предупредительного ремонта j-го элемента (Tвi Tрj), то среднее время простоя блока до момента его пуска определяется по формуле

а время восстановления нормального режима работы блока равно

Пояснение к пункту В дается на основе схемы «Американка» (см. рис. 5.22). При наложении отказа Q5 на плановопредупредительного ремонта Q2 происходит останов блока G1-T1 на время

Далее представлен вывод формул (5.34) и (5.36) для определения среднего времени простоя блока до момента его пуска

T [11].

вij

112

Средняя продолжительность одновременного простоя элементов 1 и 2 при наложении отказа элемента 2 на плановопредупредительный ремонт элемента 1 зависит от соотношения средних продолжительностей планово-предупредительного ремонта элемента 1 (Tр1) и аварийного ремонта элемента 2 (Tв2).

Если Tв2 Tр1, то независимо от момента отказа элемента 2 в пределах времени Tр1 одновременный простой заканчивается с окончанием планового ремонта (рис. 5.26). При равномерном законе распределения отказов в пределах времени Tр1 среднее время одновременного простоя равно

Рис. 5.26. Временные диаграммы состояний для 1-го и 2-го элементов при Tв2 Tр1 (S0 – работоспособное состояние, S1 – состояние АР, S2 – состояние ППР)

Если Tв2 < Tр1, то при отказах в пределах времени Tр1 – Tв2, считая от начала планово-предупредительного ремонта, длительность одновременного простоя равна времени восстановления (аварийного ремонта) второго элемента (рис. 5.27, а), а при отказах в пределах остальной части Tр1 (равной Tв2) одновременный простой заканчивается с окончанием планово-предупредительного ремонта (рис. 5.27, б) и его средняя продолжительность равна 0,5 Tв2.

113

Учитывая вероятности попадания отказа на первую и вторую

5.2.6. Определение ущерба от ненадежной работы элементов распределительного устройства

Ущерб от недоотпуска электроэнергии электростанцией в систему (единица измерения – руб/год) складывается в общем случае из трех составляющих: системного ущерба в энергосистеме Ус, ущерба, нанесенного потребителю от понижения частоты, Уf и ущерба, нанесенного потребителю из-за внезапного нарушения их электроснабжения, Употр:

При выполнении условия

где PGij – отключившаяся генерирующая мощность (одного, двух и т. д. генераторов) в ij-й аварийной ситуации, МВт; Pрез – резерв мощности в системе, МВт,

где y0с – удельный системный ущерб, руб/(кВт∙ч); TустG – время использования установленной мощности генераторов электростанции,

ч/год; k – число расчетных аварийных ситуаций, связанных с отключением генерирующих мощностей; Pi – снижение мощности электростанции из условия обеспечения устойчивости, МВт; n – число расчетных аварийных ситуаций, связанных с отключением линий электропередач.

Так как предполагается, что отключение линии электропередач не приводит к ограничению мощности, выдаваемой с шин электростанции (см. п. 5.2.2), то Pi = 0 и

Чем меньше ущерб, тем надежнее схема распределительного устройства.

Пример. 1. Составить таблицу отказов для схем распределительных устройств, представленных на рис. 5.28, определить ущербы от недоотпуска электроэнергии электростанцией в

115

систему из-за отказов элементов распределительных устройств, выбрать наиболее надежную схему.

Исходные данные:

-в распределительном устройстве применяются однотипные выключатели;

-линии электропередач имеют одинаковую длину;

-номинальная мощность турбогенератора PномG = 200 МВт;

-время использования установленной мощности генератора

TустG = 6000 ч;

-удельный системный ущерб y0с=0,15 руб/(кВт ч);

-справочные данные элементов схемы приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Исходные данные для примера 1

Примечания: 1) для сборных шин параметры ω, μ и Тр приведены на одно присоединение; 2) для линий параметр ω приведен на 100 км длины.

Решение:

1. Расчет ущерба для схемы «Американка».

1.1. Составление таблицы отказов (табл. 5.2).

116

Согласно разделу 5.2.2 к учитываемым элементам относятся как элементы, входящие в состав схемы распределительного устройства (восемь выключателей Q1-Q8 и две системы шин A1 и A2), так и внешние элементы (три линии W1-W3), к ремонтным – выключатели Q1-Q8 и системы шин A1 и A2, к расчетным – генератор G, который входит в состав блока «генератор-трансформатор. Линии можно не рассматривать в качестве расчетных элементов, так как по одной линии, может передаваться вся генерирующая мощность электростанции.

Впервый столбец таблицы помещаются те элементы, которые могут отказать. К ним относятся выше перечисленные учитываемые элементы (в разделе 5.2.5. они обозначены как i-ые элементы), во второй заносятся параметры потоков отказов соответствующего учитываемого элемента. Далее идет столбец, ячейки которого относятся к нормальному режиму работы схемы, когда все ее элементы (сборные шины A1 и A2 и выключатели Q1-Q8) находятся в работе, то есть не выведены в ремонт. Последующие колонки относятся к режимам работы схемы, когда один из ремонтных элементов выведен в аварийный или планово-предупредительный ремонт (в разделе 5.2.5. ремонтные элементы обозначены как j-ые элементы).

Врезультате каждая из ячеек таблицы может быть проиндексирована, как клетки на шахматной доске. В то же время каждая ячейка характеризует определенное аварийное событие, заключающееся в наложении отказа учитываемого элемента на нормальный или ремонтные режимы схемы распределительного устройства. Например, индекс ячейки Q1НР (НР – нормальный режим) обозначает наложение отказа выключателя Q1 на нормальный режим работы схемы, индекс Q1Q5 – наложение отказа выключателя Q1 на ремонтный режим схемы, когда в ней производятся ремонтные работы над выключателем Q5, индекс Q1A1 – наложение отказа выключателя Q1 на ремонтный режим схемы, когда в ней выведена в ремонт система шин A1, индекс A2Q3 – наложение отказа системы шин A2 на ремонтный режим схемы, когда в ней выведен в ремонт выключатель

Q3 и т.д.

Особо следует выделить аварийные события, заключающиеся

вналожении короткого замыкания на одной из линий (например, W1) на отказ одного из смежных с ней выключателя (например, Q6) в нормальном режиме работы схемы. Ячейка такого конкретного события обозначается как (W1+Q6)НР Ремонтные режимы в данном случае не рассматриваются по причине малой вероятности таких

117

аварийных событий. Здесь под отказом выключателя понимается его несрабатывание при автоматическом отключении линий, на которых произошло короткое замыкания (см. раздел 5.2.3). Во всех остальных случаях отказом является возникновение на выводах выключателя короткого замыкания в обе стороны в его статическом положении и при произведении на нем оперативных переключений.

Все аварийные события можно подразделить на три типа. При возникновении событий первого типа происходит отключение блока, а значит возникает ущерб. В этом случае в соответствующую клетку заносятся три величины:

–мощность отключившегося блока в аварийной расчетной ij-й ситуации ∆Pij;

–частота аварийного события ij;

–время, необходимое для ввода в работу отключившегося

блока Tвij.

К таким событиям относятся события Q1НР, Q1Q2 и т.д.

При возникновении событий второго типа не происходит отключение блока от системы, а значит, ущерб не возникает и в соответствующей ячейке таблицы ставиться прочерк (Q2НР, Q3Q4 и

т.д.).

К третьему типу относятся события, которые произойти не могут (Q1Q1, Q2Q2 и т.д.).

Рассмотрим более подробно процесс возникновения и ликвидации аварийных событий каждого типа (для этого необходимо знать раздел 5.2.3).

События третьего типа.

Событие Q1Q1. До возникновения аварийного события Q1Q1 выключатель Q1 был выведен в ремонт, при этом с обеих его сторон разъединители отключены. Выключатель находится без напряжения, поэтому на нем не может возникнуть короткое замыкание. Данное аварийное событие произойти не может, поэтому в соответствующую ячейку таблицы ставим крест. Аналогичные события – Q2Q2, Q3Q3,

Q4Q4, Q5Q5, Q6Q6, Q7Q7, Q8Q8.

Событие Q1A1. До возникновения аварийного события Q1A1 система шин A1 была выведена в ремонт, при этом выключатели Q1- Q4 и их разъединители, отключены. Выключатель Q1 находится без напряжения, поэтому на нем не может возникнуть короткое замыкание. Данное аварийное событие произойти не может, поэтому в соответствующую ячейку ставим крест. Аналогичные события – Q2A1,

Q3A1, Q4A1, Q5A2, Q6A2, Q7A2, Q8A2.

118

Продолжение табл. 5.2

120