Расчет показателей надежности оборудования ТЭС. Учебное пособие

S1 = (0‚ 1) – в работе ГТУ, отказал паротурбинный энергоблок; S2 = (1‚ 0) – отказ ГТУ, в работе паротурбинный энергоблок; S3 = (1, 1) – состояние отказа ПГУ.

Для этой схемы составляется система дифференциальных уравнений и рассчитывается вероятность состояний ПГУ с определением динамического и статического коэффициента готовности и вероятности отказа ПГУ.

Далее определяется отпуск электроэнергии (в энергосистеме с резервом) потребителю, кВт ч/год

где τr – количество часов использования установленной мощности ре-

зервного энергоблока, которое может быть оценено из выражения, ч/год:

NnτNn qn τr n Nr KГr ,

r

где ηЭС 0,90...0,93 – КПД линий электропередач, KГr – коэффициент готовности резервного энергоблока.

3.2.РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

ВСИСТЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Резервирование отпуска тепловой энергии имеет особенности, которые отличают его от резервирования электрической энергии. Системы теплоснабжения, в отличие от электросетей, могут допускать некоторое кратковременное отключение теплового потребителя при снижениитемпературывнутриотапливаемыхпомещений. Этосвязано сфизическимисвойствамитепловойэнергии иособенностямииспользования тепла в различных сферах.

31

Перечислим основные особенности резервирования тепловой энергии.

Инерционность тепловых систем. Тепловые системы обладают значительной инерционностью; это означает, что изменения в подаче тепла не сразу отражаются на температуре внутри помещений. Это позволяет временно снижать подачу тепла без значительного дискомфорта для потребителей. Например, при кратковременном отключении тепла (на несколько часов) температура в помещениях может снижаться медленно, что делает такое отключение менее критичным.

Возможность кратковременного отключения. Системы тепло-

снабжения могут допускать кратковременные отключения теплового потребителя. Это особенноактуально припроведенииплановыхремонтов или в аварийных ситуациях. Кратковременные отключения могут быть организованы таким образом, чтобы их влияние на потребителей было минимальным. Например, отключения могут проводиться в ночное время, когда потребность в тепле снижается.

Резервные источники тепловой энергии. Для обеспечения надеж-

ности теплоснабжения могут использоваться резервные источники тепловой энергии, такие как дополнительные котельные, тепловые сети, или системы аккумуляции тепла.

Управление нагрузкой. Системы теплоснабжения могут использовать различные методы управления нагрузкой, такие как регулирование подачи тепла в зависимости от погодных условий и потребностей потребителей. Автоматизированные системы управления теплоснабжением позволяют оптимизировать распределение тепловой энергии, снижая вероятность перегрузок и обеспечивая равномерное распределение ресурсов.

Технологические и организационные меры. Для минимизации рисковотключенийприменяютсятехнологическиеиорганизационные меры, такие как регулярное техническое обслуживание, мониторинг состояния оборудования и быстрое реагирование на аварийные ситуации. Проведение профилактических мероприятий, таких как очистка теплообменников и проверка герметичности трубопроводов, помогает предотвратитьвнезапныеотказыиснижаетвероятностьаварийныхотключений.

32

Рассмотрим примеры применения резервирования.

Котельныесрезервнымикотлами. Вкотельныхмогутустанавли-

ватьсярезервныекотлы, которыеавтоматическивключаютсяприотказе основных. Это обеспечивает непрерывность теплоснабжения и снижает риск кратковременных отключений.

Аккумуляторы тепла. Могут использоваться для хранения тепловойэнергиивпериодынизкойнагрузкииеепоследующего использования в периоды пикового спроса. Это позволяет сглаживать неравномерность потребления и обеспечивать стабильное теплоснабжение.

Многоуровневые системы резервирования. В крупных городах могут применяться многоуровневые системы резервирования, где тепловыесетиимеютнесколькоисточниковтепла, связанныхмеждусобой. Это позволяет перераспределять нагрузку и компенсировать отказы отдельных источников.

Принцип расчета структурной надежности систем теплоснабжения

иотпускатехнологическогопараметодическианалогиченрасчетуэнергетических систем.

Для принятой схемы теплоснабжения применительно к теплофикационному энергоблоку составляется граф достижимых расчетных состояний (см. рис. 1.5) и по значениям соответствующих интенсивностей отказов и восстановлений элементов определяется коэффициент «теплотехнической» готовности. Обычная схема такова: на ТЭЦ с отпуском технологического пара и тепла для отопления потребление осуществляется из регулируемых отборов сразу нескольких турбин; предусматривается также резервирование подачи его через РОУ от котлов на случай выхода из строя одной турбины или более; транспортировка пара или сетевой воды, как правило, осуществляется одновременно не менее чем по двум паропроводам (или трубопроводам прямой сетевой воды) при условии обеспечения полного требуемого расхода на случай выхода из строя одного из теплопроводов (трубопроводов). Далее рассчитывается вероятность отказа (кратковременного перерыва в теплоснабжении), по которой находится резервная теплофикационная мощность системы при заданной надежности энергоснабжения.

33

Для схемы на рис. 1.5 при стационарном потоке событий система уравнений для графа состояний будет иметь вид

P0 (λT 2λТР) P1μT P2μТР 0;

P0λT P1(λK μT ) P3μK 0;

P0 2λTP P2 (μTP λTP ) P3 2μTP 0;

P0 P1 P2 P3 1.

Длярешенияполученнойсистемыуравненийнайдемопределитель

При понижении порядка определителя элементы матрицы рассчитываются как aij(1) = aij – a4j ai4 при использовании в качестве главного элемента исходной матрицы а44 = [1].

34

Далее определяем:

P0 DD0 , P1 DD1 , P2 DD2 , P3 DD3 .

P3 – является вероятностью отказа системы отпуска тепла с теплофика-

ционным энергоблоком.

Аналогичным образом составляется система уравнений для котельной (см. рис. 1.4) и находится коэффициент стационарной готовности.

При определении резерва тепловой мощности выполняется эквивалентирование исходной системы теплоснабжения (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Структурная схема системы теплоснабжения:

Т, ПТ – основные источники теплоснабжения с Т- и ПТ-турбинами; ВК – водогрейные котлы; R – резервные водогрейные котлы; QT – тепловой потребитель

Реальная система, состоящая из m источников теплоснабжения (m i j ) , каждыйизкоторыхимееттепловуюмощность Qm иава-

рийность qm 1 KГm , преобразуется в однородную систему с эквивалентными источниками теплоснабжения мощностью

Qэ 1 Qm mэ m

35

Количество эквивалентных источников теплоснабжения

Величина относительного резерва тепловой мощности в системе определяется для заданного коэффициента надежности энергоснабжения по формуле

Мощность резервного источника теплоснабжения равна Qэ, а количество резервных водогрейных котлов:

Вэтихрасчетах Qm принимаетсяравнойсреднейтепловойнагрузке за отопительный период и определяется по номинальной мощности

36

В этих выражениях: ТЭЦ – коэффициент теплофикации ТЭЦ;

tВЗср , tВЗ* – средняя за отопительный период и расчетная температура наружного воздуха (табл. П2.1); tBP – температура воздуха в помеще-

нии(температуратепловогоравновесияпотемпературномуграфикусистемы теплоснабжения).

Принято, что расчетная температура для жилых зданий должна составлять +18 ºС, для школ, детских садов, поликлиник и больниц – +20 ºС, для общественных зданий +16 ºС [3].

Режимные коэффициенты теплофикационного энергоблока за отопительный период:

для режима резерва φrQ φr 8760τотоп ;

для режима ремонта φtQ φt 8760τотоп ;

для пуска φiQ φi 8760τотоп ;

для регулирования φjQ φj 8760τотоп ;

для останова φ Q φ 8760τотоп ;

где φr ...φ берутся из расчета раздела 2; τотоп – продолжительность

отопительного периода (табл. П2.1).

Относительное время нахождения теплофикационного блока в стационарном режиме

5

φSQ 1 φQk .

k 1

Число часов использования установленной тепловой мощности теплофикационного энергоблока

τQm 8760 φSQ .

37

Резерв времени, ч:

здесь τDК, τDTP – постоянные значения резерва времени и теплопровода;

где dTP – диаметр теплопровода, м (см. разд. 1.1); Qтном – номинальная

тепловая мощность, кВт.

Для выбранного резервного водогрейного котла рассчитываем стационарный коэффициент готовности KГ с использованием структур-

ной схемы на рис. 1.4.

Далеенаходимотпусктеплотывсистеметеплоснабжения, кВт ч/год:

где τQr – число часов использования установленной мощности резервного водогрейного котла, ч/год,

r

ТС = 0,85…0,90 – КПД магистральных теплопроводов (тепловых се-

тей).

Принимаем в дальнейших расчетах допустимый уровень температуры внутри отапливаемых помещений (при кратковременном отключении теплового потребителя) tВЗ 15 °С.

38

Годовой недоотпуск теплоты составит, кВт ч/год,

QТС r Qm τQr (1 KГr )ηTC.

m

Интенсивность отказов системы котел–теплопроводы:

λC λК λTP .

Эквивалентная интенсивность отказов системы теплоснабжения с резервнымиводогрейнымикотлами

Время кратковременного отключения системы теплоснабжения, ч,

Продолжительность времени снижения температуры в отапливаемом помещении от tBP до tBЗ, ч,

τ*отк βln tBP tВЗср ,

tВЗ tВЗср

где = 35 – коэффициент теплоаккумулирующей способности зданий, ч.

Резерввременивработеэквивалентнойсистемытеплоснабжения, ч,

39

При τDСТ τ*отк система теплоснабжения обеспечивает уровень

функционирования без снижения температуры внутри помещений

ниже tВЗ .

Таким образом, резервирование отпуска теплоты в системе теплоснабжения осуществляется с учетом использования:

резервных РОУ;

двухтрубной системы теплопроводов;

резервных котлов;

теплоаккумулирующей способности систем теплоснабжения и потребителя (отапливаемых зданий).

40