2011_rogov_nadejnost

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Вологодский государственный технический университет

Кафедра электроснабжения

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания

Факультет электроэнергетический

Специальность 140211 – электроснабжение

Вологда

2011

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

УДК: 621.311. 2/4/0,75.8

Надежность систем электроснабжения: рабочая программа, методиче-

ские указания и контрольные задания. - 2-е изд. доп. и перераб. – Вологда:

ВоГТУ, 2011. – 34 c.

Настоящие рабочая программа и методические указания являются руководством для учебной работы по дисциплине «Надежность систем электроснабжения» для студентов дневной, заочной и ускоренной форм обучения спец.140211. Изложены требования по данной дисциплине, темы занятий, согласно рабочей программе в развернутом виде с привязкой к литературным источникам, даны необходимые пояснения и методические указания по выполнению контрольных заданий.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составители: Г.А. Рогов, ст. преподаватель; А.В. Беляев, инженер

Рецензент: В.В.Реутов, канд.техн.наук

2

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Требования к знаниям и умениям по дисциплине После изучения дисциплины:

1.Студент должен иметь представление:

-о проблеме технической надежности электростанций, подстанций, ЛЭП, электрических аппаратов, электрических сетей и систем электроснабжения (СЭС), как об одной из первоочередных проблем электроэнергетики;

-о методах решения задач технической надежности СЭС;

-о составлении структурных схем для расчета технической надежности функционирования различных электроустановок (ЭУ).

2.Студент должен знать:

-основные математические законы распределения случайных величин (СВ);

-основные показатели технической надежности элементов и схем ЭУ;

-технические решения по повышению надежности при проектировании, создании и эксплуатации электроэнергетического оборудования, установок и систем.

3.Студент должен уметь:

-составлять структурные схемы расчета надежности для любых электроустановок;

-уметь грамотно применять законы распределения СВ в каждом конкретном случае;

-выполнять расчеты надежности с определением требуемых показателей надежности в простых и сложных случаях.

Требования к минимуму содержания дисциплины

Основные сведения о применяемом в теории надежности математическом аппарате, основанном на теории вероятностей, математической статистике, теории массового обслуживания, аппарате математической логики, теории графов и аппарате экспертных оценок.

Конкретное применение основных (расчетных) методов расчета надежности для принципиальных электрических схем электростанций и подстанций.

3

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

Распределение часов учебного плана по формам обучения и видам занятий

Распределение часов самостоятельной работы студента

ЛЕКЦИОННЫЕ ЗАНЯТИЯ

Тема 1. Введение. Определение основных понятий теории надежности. Модели надежности. Математический аппарат теории надежности. - 2 часа.

Тема 2. Основные термины и понятия надежности работы электроэнергетических систем. Математическая формализация основных понятий. Меры, показатели и критерии надежности электроэнергетических установок и систем- 2 часа.

Тема 3. Законы распределения случайных величин (СВ): функции распределения, плотность распределения, графики распределения - 2 часа.

Тема 4. Вероятность попадания СВ на заданный участок. Математическое ожидание СВ.

Формула полной вероятности. Формула вероятностей гипотез (формула Бейеса) - 2 часа.

4

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

Тема 5. Характеристики рассеивания СВ. Дисперсия и среднее квадратичное отклонение (СКО) СВ. Центрированная СВ. Теорема о повторении опытов наработки на отказ элементов и систем -2 часа.

Тема 6. Распределения дискретных СВ. Распределение Пуассона и биноминальное распределение, их характеристики и применение. Простейший поток событий - 2 часа.

Тема 7. Нормальное распределение СВ, его характеристики и применение для оценки надежности элементов и систем. Логарифмически-нормальное и «Гамма»- распределение, их характеристики и применение - 2 часа.

Тема 8. Распределение Эрланга, Вейбулла. Характеристики распределений, их применение и связь с биноминальным и «Гамма»- распределениями - 2 часа.

Тема 9. Экпоненциальное распределение, его характеристики и применение для оценки вероятности безотказной работы элементов и систем. Распределение Стьюдента, его характеристики и применение - 2 часа.

Тема 10. Показатели надежности невосстанавливаемых элементов и систем. Вероятность безотказной работы и вероятность отказа. Частота и интенсивность отказов, их определение - 2 часа.

Тема 11. Применение экпоненциального закона надежности для систем электроснабжения (СЭС) Статистическое и математическое определение среднего времени безотказной работы элементов и систем. Коэффициент готовности элемента или системы - 2 часа.

Тема 12. Показатели надежности восстанавливаемых элементов и систем. Графики надежности работы элементов и систем в зависимости от времени их эксплуатации. Среднее время наработки на отказ элемента или системы - 2 часа.

Тема 13. Показатели восстанавливаемости элементов и систем. Вероятность восстановления, интенсивность обслуживания элементов и систем, их определение – 2 часа.

Тема 14. Рациональная периодичность обслуживания силовых трансформаторов и выключателей СЭС. Среднестатистические показатели повреждаемости основных элементов схем СЭС.

Технико-экономическая оценка недоотпуска электроэнергии и эффективности надежности электроснабжения – 2 часа.

5

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

Тема 15. Общие принципы определения экономического ущерба при перерывах электроснабжения и недоотпуске электроэнергии потребителям из-за отказов элементов СЭС – 2 часа.

Тема 16. Учет недоотпуска электроэнергии при перерывах электроснабжения из-за отказов элементов СЭС – 2 часа.

Тема 17. Расчет величины ущерба из-за недоотпуска электроэнергии и отказов элементов СЭС и его учет в сумме приведенных затрат – 2 часа.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.Расчет надежности последовательных, параллельных и последователь- но-параллельных структур.

2.Определение полных и частных вероятностей отказов для заданного типа систем (комплектов). Расчет значений математического ожидания и дисперсии.

3.Основные понятия математической алгебры, логики и их применение в теории надежности.

4.Логико-вероятностные методы расчета надежности мостиковых структур систем электроснабжения.

5.Применение алгоритма разрезания для расчета надежности мостиковых структур.

6.Расчет надежности мостиковых структур с помощью алгоритма ортогонализации.

7.Расчет надежности мостиковых структур с применением схемнологического метода.

8.Расчет надежности сложных структур с помощью табличного метода. Расчет ущерба от недоотпуска электроэнергии и перерывов электроснабжения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Основная литература

1.1.Гук, Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике / Ю.Б. Гук. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 208 с.

1.2.Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С.Вентцель. – М.: Высш. шк., 1999. - 576 с.

1.3.Гук, Ю.Б. Оценка надежности электроустановок / Ю. Б. Гук, Э. А. Лосев, А. В. Мясников; под ред. Б.А. Константинова. - М.: Энергия, 1974. – 200 с.

1.4.Кузнецов, В.А. Основные вопросы надежности радиоэлектронной аппа-

ратуры / В. А. Кузнецов. – М.: Энергия, 1965. – 255 с.

6

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

2.Дополнительная литература

2.1.Розанов, М.Н. Надежность электроэнергетических систем / М. Н.Розанов.

–М.: Энергоатомиздат, 1974. - 176 с.

2.2.Михайлов, В.В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий / В. В. Михайлов. – М.: Энергия, 1973. – 168 с.

2.3.Козлов, Б. А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики / Б. А. Козлов, И. А. - М.: Советское радио, 1975. – 472 с.

2.4.ГОСТ 27.002 – 83. Надежность в технике. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1983.- 46 с.

2.5 Рябинин, И. А. Надежность судовых ЭЭС и судового ЭО / И. А. Рябинин, Ю. Н. Киреев. – Л.: Судостроение, 1974. – 264 с.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. [1.1, введение, глава 1 (п.1.1, 1.2)]

Определения основных понятий надежности. Постоянные функции электроэнергетического оборудования, эксплуатационные показатели, понятие отказа элемента, схемы. Понятие о полных и частичных отказах. Применение аппаратов теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории случайных процессов и математической алгебры логики для расчетов надежности.

Тема 2. [1.1, глава 1.1, (п.1.3, 1.4)]

Основные термины и понятия надежности работы электроэнергетических систем. Отказ и восстановление элемента или системы, как два противоположных случайных события. Потоки отказов и восстановлений. Ординарные и неординарные потоки событий. Интенсивность отказов и параметр потока отказов.

Тема 3. [1.1, глава 2.1, введение, глава 2 (п.2.1,2.2, 2.3, 2.4, 2.5)]

Определение события, вероятность наступления события, непосредственный подсчет вероятностей наступления событий, законы распределения СВ, плотность распределения, частота или статистическая вероятность события.

Тема 4. [1.2, глава 3, (п.3.1,3.2, 3.3, 3.4, 3.5)]

Практически невозможные и практически достоверные события, принципы практической уверенности, вероятность попадания СВ на заданный участок, формула полной вероятности, формула вероятностей гипотез (формула Бейеса).

Тема 5. [1.2, глава 5 , (п.5.1,5.2, 5.3)]

Ряд распределения СВ, многоугольник распределения СВ, функция распределения СВ, плотность распределения СВ, числовые характеристики СВ, математическое ожидание СВ как среднее значение СВ, дисперсия и среднее

7

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

квадратичное отклонение (СКО) СВ. Теорема о повторении опытов наработки на отказ элементов и систем.

Тема 6. [1.2, глава 5, (п.5.5,5.9, глава 19, п.19.3)]

Функция распределения дискретной СВ, ряд распределения (многоугольник распределения) дискретной СВ. Распределение Пуассона и биноминальное распределение их характеристики и применение в теории надежности. Простейший (Пуассоновский) поток событий и его свойства: ординарность и отсутствие последействия.

Тема 7. [1.2, глава 6, (п.6.1,6.2, 6.3, 6.4)]

Нормальный закон распределения СВ, дисперсия и СКО, моменты нормального распределения. Вероятность попадания СВ, подчиненной нормальному закону на заданный участок. Нормальная функция распределения. Вероятное (срединное) отклонение СВ. Логарифмически нормальное распределение СВ, применение нормального закона распределения для оценки надежности элементов и систем. Гамма-распределение СВ, его характеристики и применение в теории надежности.

Тема 8. [1. 1.2, глава 19, (п.19.3)]

Распределение СВ Эрланга и распределение Вейбулла. Характеристики распределений, их применение в теории надежности, связь с биномиальным и гамма-распределениями.

Тема 9. [1.3, глава 1, (п.1.1, 1.2)]

Экспоненциальное распределение, его характеристики и применение для оценки вероятности безотказной работы невосстанавливаемых и восстанавливаемых элементов и систем. Распределение Стъюдента, его характеристики и применение для оценки надежности элементов СЭС

Тема 10. [1.3, глава 2, (п.2.1,2.2, 2.3)]

Показатели надежности невосстанавливаемых элементов и систем: интенсивность отказов, вероятность безотказной работы, вероятность отказа, среднее время наработки на один отказ, коэффициент технической готовности элемента или системы, статистические и теоретические показатели надежности, их определение, корреляционные связи между ними.

Тема 11. [1.2, глава 6, (п.1.2,1.3, 1.4)]

Экспоненциальный (показательный) закон надежности. Графики функции и плотности распределения СВ по экспоненциальному закону. Графики вероятности безотказной работы и интенсивности отказов элементов и систем в зависимости от времени их эксплуатации. Характерные периоды работы элементов систем электроснабжения (СЭС).

8

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

Тема 12. [1.4, глава 2, (п.2.4.2,5, 2.6)]

Показатели надежности восстанавливаемых элементов и систем. Параметр потока отказов, его определение. Связь между параметром потока отказов и интенсивностью отказов. Среднее время наработки до первого отказа и среднее время наработки между двумя соседними отказами, их определение. Среднее время восстановления элемента или системы, его определение.

Тема 13. [1.4, глава 2, (п.2.6, 2.7)]

Показатели восстанавливаемости элементов и систем: вероятность восстановления элемента за установленное время, вероятность невосстановления элемента за установленное время, плотность вероятности восстановления, интенсивность восстановления, среднее время восстановления. Определение значений показателей восстанавливаемости элементов СЭС.

Тема 14. [1.1.3, глава 3 , (п.3.4, 3.5)]

Структурные схемы расчета надежности СЭС. Последовательные, параллельные (резервные) и последовательно-параллельные структуры расчета надежности. Расчет вероятности безотказной работы элементов и структур с применением экспоненционального закона распределения СВ. Математическая модель систем с восстановлением и профилактикой на основе графа переходов в системах.

Тема 15. [1.3, глава 4, (п.4.2,4.3,4.4,4.5)]

Структурные схемы расчета надежности распределительных устройств (РУ) электростанций и подстанций.

Аналитический и логико-аналитический методы расчета надежности РУ. Сравнительная оценка надежности типовых подстанций 35-220 кВ, оценка надежности схем присоединения подстанций 6-10 кВ. Расчет надежности мостиковых схем РУ.

Тема 16. [1.1, глава 6, (п.6.5, 6.6, 6.7)]

Среднестатические показатели повреждаемости основных элементов схем СЭС, пути повышения надежности работы элементов СЭС. Определение рациональной периодичности обслуживания по видам ремонтов силовых трансформаторов и выключателей СЭС.

Учет недоотпуска электроэнергии при перерывах электроснабжения из-за отказов элементов СЭС.

Тема 17. [2.1, глава 4, (п.4.1, 4.2, 4.5, 4.6)]

Общие принципы определения экономического ущерба при перерывах электроснабжения и недоотпуске электроэнергии потребителям из-за отказов элементов СЭС. Учет ожидаемых величин экономического ущерба при проек-

9

Вологодский государственный технический университет

Надежность систем электроснабжения : рабочая программа, метод. указания и контрол. задания / Рогов Г.А., Беляев А.В.

тировании СЭС. Расчет величины ущерба в конкретных случаях и его учет в сумме приведенных затрат.

Расчетное задание №1

1.Рассчитать полные и частные вероятности отказов системы, вероятность безотказной работы в режиме испытаний группы одинаковых комплектов.

2.Определить значения математического ожидания М и дисперсии σm2.

3.Заданы число комплектов – n, вероятность безотказной работы одного ком-

плекта - ρ, вероятность отказа комплекта – q, число отказов – m.

4.

Рис. 1. Структурная схема к заданию 1

Методические указания к заданию №1

Согласно теореме о повторении опытов, вероятность Pm,n , того, что событие А в n независимых опытах (испытаниях) появится ровно m раз.

Аналогично вероятность возникновения равно m отказов из числа n независимых однотипных комплектов определится:

Полная вероятность сложного события определяется по формуле сложения вероятностей независимых событий

Математическое ожидание и дисперсия для биномиального распределения определяются по формулам:

10

Вологодский государственный технический университет