Основы надежности систем электроснабжения

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Электроснабжение»

В.А. Анищенко И.В. Колосова

ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Пособие для студентов специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение»

специализации 1-43 01 03 01 «Электроснабжение промышленных предприятий»

М и н с к 2 0 0 7

УДК C58.2G.<521.311 (075.8) ББК 31.29я2

А 67

Рецензенты:

Н.Б. Карницкий, Н.Н. Бобко

Анищенко, В.А.

А 67 Основы надежности систем электроснабжения: пособие для студентов специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение» специализации 1-43 01 03 01 «Электроснабжение промышленных предприятий» / В.А. Анищенко, И.В. Колосова. - Мн.: БИТУ, 2007. - 151 с.

ISBN 978-985-479-537-9.

Пособие по дисциплине «Надежность систем электроснабжения» для студентов дневного и заочного отделений специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение» специализации 1-43 01 03 01 «Электроснабжение промышленных предприятий» разработано в соответствии с учебной программой дисциплины.

Излагаются основы теории и методы расчета надежности при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения. Приводятся решения типовых примеров по основным разделам теории надежности. Для закрепления теоретических знаний предусматривается выполнение контрольного задания, состоящего из 9 практических задач.

УДК 658.26:621.311(075.8) ББК 31.29я7

3

8.7.Расчет показателей надежности электроустановок. . . . 89

9.Надежность нерезервированных сетей систем

9.1.Показатели надежности систем электроснабжения. . . . 93

9.2.Воздушные линии без коммутационных аппаратов. . . . 95

9.3.Воздушные линии с коммутационными аппаратами. . . 98

9.4.Определение времени поиска поврежденного

4

14.Организация контроля достоверности на предприятиях. . . 126

14.1.Номенклатура показателей надежности

5

ВВЕДЕНИЕ

Под надежностью в технике понимают' вероятность того, что устройство или система в полном объеме выполняет свои функции в течение заданного промежутка времени при заданных условиях работы.

Надежность систем электроснабжения (СЭС) определяется в целом надежностью составляющих их электроустановок: электростанций, электросетей, трансформаторных подстанций, электроприемников. Для проектирования электроустановок и систем и поддержания их надежности в процессе эксплуатации необходимо иметь ее численные меры.

Первые систематические исследования надежности в электроэнергетике относятся к середине XX века и были посвящены расчетам требуемой резервной мощности электростанций. Затем начались исследования надежности систем передачи и распределения энергии, включая надежность электросетей и потребителей электроэнергии.

Электроустановки в процессе эксплуатации оказываются под воздействием разнообразных факторов: повышенной влажности, агрессивных сред, пыли, неблагоприятных атмосферных явлений, а также механических и электрических нагрузок. При этом изменяются основные свойства материалов электроустановок, что приводит к возникновению коротких замыканий, вызывающих отключение электроустановок или электросетей, т.е. перерывам в подаче электроэнергии.

Перерывы электроснабжения приводят к простою производства, снижению объема выпускаемой продукции, порче основного технологического оборудования. Следует также учитывать, что существуют технологические процессы, не допускающие даже кратковременных перерывов электроснабжения. В связи с этим возникает потребность принимать обоснованные решения по выбору способов повышения надежности бесперебойного электроснабжения за счет резервирования различных элементов системы электроснабжения, совершенствования организации технического обслуживания, оперативной диагностики неисправных элементов.

Несмотря на многообразие электроустановок систем электроснабжения, методы расчета их надежности основываются на единой теоретической основе. Используемый математический аппарат теории надежности построен на таких разделах современной математики, как теория вероятностей, математическая статистика, теория массового обслуживания, математическая логика и др.

6

г.ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Внастоящее время действует ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Термины и определения», в соответствии с которым установлена единая терминология при рассмотрении надежности, в т.ч. систем электроснабжения.

Расширенное определение надежности: надежность - это свойство объекта (системы) или технического устройства выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Таким образом, надежность - это сложное свойство, включающее в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохранность.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность длительно, с возможными перерывами на ремонт, вплоть до разрушения или другого предельного состояния (например, по условиям безопасности).

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Отказ - событие, состоящее в полной или частичной утрате объектом работоспособного состояния; соответственно отказы подразделяются на полные и частичные.

Среднее время безотказной работы (наработка на отказ) -

продолжительность работы объекта до первого отказа или в промежутке между двумя смежными отказами.

Ресурс - длительность работы устройства от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния (по экономическим, техническим соображениям или по условиям безопасности).

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации ооъекта от ее начала или возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния.

7

Старение - процесс постепенного изменения параметров объекта, вызываемый действием различных факторов, независимых от режима работы объекта.

Износ - процесс постепенного изменения параметров объекта, вызываемый действием механических, тепловых, химических и других факторов, наличие которых зависит от режима работы объекта.

Восстанавливаемость - свойство объекта, позволяющее в случае отказа устранить повреждение, получить значения параметров, удовлетворяющие требованиям функционирования; соответственно имеют место восстанавливаемые (ремонтируемые) объекты, или объекты многократного использования.

Невосстанавливаемость - свойство объекта однократного использования, который не поддается восстановлению в случае отказа; соответственно имеют место невосстанавливаемые, т.е. неремонтируемые объекты.

Резервирование - способ повышения надежности объекта путем включения дополнительных элементов при проектировании или в процессе эксплуатации.

Кратность резервирования - отношение числа резервных элементов к числу соответствующих основных элементов объекта.

Сохранность - свойство объекта сохранять значения параметров во время хранения и транспортировки.

Гибкость - приспособленность объекта к сохранению работоспособности путем обеспечения различных режимов работы.

Живучесть - возможность обеспечить работоспособность объекта в аварийных режимах.

Готовность - способность обеспечить функционирование объекта в произвольный момент времени.

Оперативная готовность - способность обеспечить исправное состояние объекта в произвольный момент времени и проработать безотказно заданное время.

8

2 ПРИЧИНЫ И ХАРАКТЕР ПОВРЕЖДЕНИЙ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Самым ненадежным элементом СЭС являются линии электропе - редачи (ЛЭП) из-за их большой протяженности и влияния на них большого числа различных внешних воздействий. В городских сетях около 85 % отключений приходятся на долю ЛЭП, а в сельских сетях - 90...95 %. Отказом линии электропередачи называется всякое вынужденное отключение при ее повреждениях.

2Л. Воздушные линии электропередачи

Различают устойчивые повреждения воздушных линий (опоры, провода, изоляторы) и неустойчивые (самовосстанавливающиеся),

Последние ликвидируются путем успешного действия устройств автоматического повторного включения (АПВ) или ручного включения.

Основными причинами повреждения воздушных линий (ВЛ) являются:

-грозовые перекрытия изоляции;

-гололедно-изморозевые отложения;

-ветровые нагрузки;

-вибрация и пляска проводов;

-возгорание деревянных опор;

-ослабление прочности деталей опор;

-повреждение опор и проводов автотранспортом и др.

Внешние воздействия приводят к перекрытию изоляции, разрушению изоляторов, обрыву проводов, падению опор.

Повреждения ВЛ возможны и в нормальных условиях работы из-за:

-превышения фактических электрических нагрузок расчетных значений;

-дефектов, возникших при изготовлении опор, проводов, изоляторов;

-неправильного применения типов проводов, опор, изоляторов по природно-климатическим зонам;

-нарушения правил монтажа и сооружения ВЛ;

-недостатков эксплуатации (несоблюдения сроков и объемов проверок, текущих и капитальных ремонтов).

9