Раздел №17. Общие сведения из теории надежности систем электроснабжения

Общие сведения о расчёте надёжности

Проблема надёжности электрических станций, подстанций, линий электропередач, электрических сетей и систем - одна из первоочередных проблем энергетики. Надёжность функционирования энергетических систем определяет стабильность процесса потребления, передачи и распределения электроэнергии. Поэтому снижение аварийности в энергосистемах, путём оценки надёжности отдельных видов оборудования и установок, поиском путей повышения надёжности как в ходе эксплуатации, так и при проектировании, являются первоочередными задачами энергетики.

С проблемой надёжности в электроэнергетике связаны следующие практические задачи: статическая оценка и анализ надёжности действующего оборудования и установок, прогнозирование надёжности оборудования и установок, нормирование уровня надёжности, испытания на надёжность, расчёт и анализ надёжности, оптимизация технических решений по обеспечению надёжности.

Надёжность – свойство объекта сохранять во времени, в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнить требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Надёжность электроэнергетических систем – комплексное свойство, включающее в себя: безотказность; долговечность; ремонтопригодность; сохраняемость; живучесть; безопасность.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического

2

обслуживания и ремонта. Предельное состояние – такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразность, либо восстановление невозможно или нецелесообразно.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений, к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонтов.

Отказ работоспособности – событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности на другой, более низкий. Отказы бывают полные и частичные. Частичный отказ работоспособности приводит объект в состояние частичной работоспособности. Полный отказ приводит объект к неработоспособному состоянию. Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором он не способен выполнять все заданные функции. Работоспособный объект может быть в рабочем и нерабочем состоянии. В рабочем состоянии он выполняет заданные функции, а в нерабочем состоянии не выполняет.

Нерабочее состояние включает в себя состояние предупредительного ремонта, аварийного ремонта, аварийного простоя и зависимого простоя.

Рабочее состояние объекта включает в себя следующие режимы:

-нормальный, когда обеспечиваются значения заданных параметров режима работы и резервирования в установленных пределах;

-ремонтный, когда часть элементов объекта находится в состоянии предупредительного или аварийного ремонта;

-аварийный – от момента возникновения отказа элемента, до момента локализации отказа;

-послеаварийный – от момента локализации отказа до установления заданного режима.

Сохраняемость – это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортировки.

3

Устойчивоспособность – свойство системы непрерывно сохранять устойчивость в течение некоторого интервала времени.

Устойчивость - способность системы переходить от одного устойчивого режима к другому при различных возмущениях.

Режимная управляемость – свойство системы обеспечивать включение, отключение и изменение режима работы элементов по заданному алгоритму.

Живучесть – свойство системы противостоять крупным возмущениям режима, не допуская их цепочного развития и массового отключения потребителей, не предусмотренного алгоритмом работы противоаварийной автоматики.

Безопасность - свойство объекта не создавать опасности для людей и окружающей среды во всех возможных режимах работы и аварийных ситуациях.

Методика расчёта надёжности систем электроснабжения

При расчёте надежности системы электроснабжения принимаются следующие допущения:

1)релейная защита действует безотказно и селективно;

2)система шин на подстанциях абсолютно надёжная;

3)при составлении схемы замещения выделяют вход и выход системы. В качестве входа системы берется точка, в которой соединены все

источники. В качестве выхода берется секция шин.

В качестве схемы замещения используется принципиальная схема электроснабжения, каждый элемент которой входит в неё своими интенсивностями отказов λi и восстановлений µi.

Для простых структур систем электроснабжения, состоящих из последовательного, параллельного либо смешанного (параллельнопоследовательного) соединения элементов, эквивалентные интенсивности отказа λi и восстановления µi определяются по формулам:

4

Для последовательного соединения элементов:

Для параллельного соединения элементов:

В результате расчёта надёжности системы электроснабжения определяются следующие показатели:

1)интенсивность отказа системы – λс;

2)интенсивность восстановления системы – µс;

3)среднее время безотказной работы Тср: Тср = 1 ;

λс

5

Пример расчёта

Составляем схему замещения.

Исходная схема замещения.

Рис. 1. Этапы расчёта надёжности системы электроснабжения

6

Принятые цифровые обозначения: 9, 10, 20 – трансформаторы; 5, 6, 11, 12, 15, 17, 21 – выключатели;

1, 2, 7, 8, 13, 14, 16, 19, 22 – разъединители

18 – реактор; 3, 4 - разрядник.

Поток отказов: λ [1/год]: трансформатор – 0,02; выключатель – 0,01; разъединитель – 0,002; реактор – 0,015; разрядник – 0,03.

Интенсивность восстановления µ [1/год]: трансформатор – 50; выключатель – 910; разъединитель – 590.

реактор – 90; разрядник – 250.

Расчёт надёжности системы электроснабжения производится в несколько этапов.

Первый этап.

Так как в схеме замещения прослеживаются три участка из последовательно соединенных элементов:

1-я цепочка: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13; 2-я цепочка: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 15; 3-я цепочка: 17, 18, 19, 20, 21, 22,

то данные цепочки можно преобразовать в эквивалентные элементы:

λ23 = λ1 +λ3 +λ5 +λ7 +λ9 +λ11 +λ13 =

=0.002 +0.03 +0.01 +0.002 +0.02 +0.01 +0.002 = 0.076;

λ24 = λ12 +λ4 +λ6 +λ8 +λ10 +λ12 +λ14 +λ15 =

= 0.002 +0.03 +0.01 +0.002 +0.02 +0.01 +0.002 +0.01 = 0.086;

7

λ25 = λ16 +λ17 +λ18 +λ19 +λ20 +λ21 +λ22 =

= 0.002 +0.01 +0.015 +0.002 +0.02 +0.01 +0.002 = 0.073;

Второй этап.

Объединяем параллельно соединённые элементы в один эквивалентный:

Заключительный этап эквивалентирования элементов. Объединяем последовательно соединённые элементы 25 и 26:

λ27 = λ25 + λ26 = 0.073 +9.03 10−5 = 0.073;

Интенсивность отказов λ27 и интенсивность восстановления µ27 являются искомыми интенсивностями: отказов - λс и восстановления µс

Коэффициент готовности:

8