2. Раздел 3. Математические модели и количественные расчеты надежности систем

Более подробно материал данного раздела изложен в [1], [2], [4].

В разделе рассматривается две темы:

1. Инженерный метод расчета надежности систем электроснабжения;

2. Логико-аналитические методы расчета. Важность элементов систем электроснабжения

При работе с теоретическими материалами следует ответить на вопросы, приведенные в конце данного раздела. После проработки теоретического материала раздела 3 следует выполнить задание практического занятия №3, №4 и выполнить тренировочный тест № 3.

Изучение раздела заканчивается контрольными мероприятиями: необходимо ответить на вопросы контрольного теста № 3. Максимальное количество баллов, которое Вы можете получить по данному разделу, составляет 22 баллов (10 баллов за практическое занятие и 12 баллов за тестирование).

3.1 Инженерный метод расчета надежности систем электроснабжения

3.1.1 Надежность схем электроснабжения и разные типы отказов

На современном этапе развития техники и технологии для оценки надежности схем систем электроснабжения широкое распространение получили элементные методы расчетов надежности. В этих методах предполагается, что схемы систем электроснабжения состоят из отдельных самостоятельных (в смысле анализа надежности) элементов, исключаются из рассмотрения функциональные зависимости между параметрами отдельных элементов устройства.

Рассматриваемые схемы систем электроснабжения состоят из элементов: линии электропередачи, трансформаторы, выключатели, отделители, разъединители, автоматические выключатели и т.д. Под узлами схемы понимается физические пункты систем электроснабжения, которые непосредственно связаны не менее чем с тремя направлениями передачи энергии, т.е. обычно это сборные шины или секции распределительных устройств и т. д.

Живучесть электроэнергетической системы зависит от ее структуры, конфигурации, надежности электрооборудования, средств релейной защиты и противоаварийной автоматики, а также от квалификации обслуживающего персонала, запаса устойчивости, резерва активной мощности и т.д. При эксплуатации систем электроснабжения наблюдается появление так называемых цепочечных аварий из-за последовательного отказа в срабатывании нескольких выключателей при отключении повреждений.

Из наибольшего появления отказов можно отнести следующие виды отказов элементов схемы: отказ типа «короткое замыкание», отказ типа «обрыв цепи» и отказ в срабатывании (скрытый отказ), все остальные отказы, которые встречаются, появляются на порядок реже.

1. Отказ типа «короткое замыкание». Такой вид отказа может происходить во всех элементах схемы, через которые проходит ток нагрузки в нормальном режиме работы. Короткие замыкания в таких элементах отключаются основной релейной защитой, в зоне действия которой находится рассматриваемый элемент сети, либо резервной с выдержкой времени. Перекрытие изоляции в самом защитном коммутационном аппарате в этих расчетах не учитываем, так как такие повреждения встречаются на порядок реже, чем короткое замыкание в защищаемых этими коммутационными аппаратами элементах сети.

2. Отказ выключателя типа «обрыв цепи». К таким отказам будем относить автоматические отключения выключателей в результате повреждений, а так же ложные и излишние отключения выключателей в результате действия релейной защиты, которые ликвидируются с помощью ручного переключения.

3.Отказ выключателя в срабатывании. Эти отказы выявляются в результате профилактических осмотров выключателей: привода, катушки отключения, дугогасительной камеры, контактной системы, оценивается возможность перекрытия изоляции при внешних и внутренних перенапряжениях, проверяются пути утечки тока. Производится осмотр релейных защит, контактов самих реле, проверяются установки защит, оперативные цепи питания, работа устройства автоматического повторного включения (АПВ), устройства автоматического ввода резерва (АВР) и т.д.

Второй и третий тип отказов проявляется в срабатывании защитных коммутационных аппаратов.

В виду того, что отказ защитного коммутационного аппарата типа "обрыв цепи" и отказ в срабатывании, события независимые и несовместные, а также по разному действуют на рассматриваемый узел нагрузки (секция шин, либо отдельно взятый потребитель), то для оценки надежности электроснабжения узла нагрузки составляются две логические схемы замещения.

Причины появления отказов могут быть разные. Электрическое оборудование промышленных предприятий в процессе эксплуатации находится под влиянием различных факторов: повышенной влажности, агрессивных сред, пыли, механических и электрических нагрузок. При этом изменяются свойства материалов электроустановок, что приводит к возникновению коротких замыканий, которые вызывают отключение электроустановок и электрических сетей, т.е. к перерыву в электроснабжении. Перерывы в электроснабжении приводят к простою производства, снижению объема выпускаемой продукции и т.д. В связи с этим возникает необходимость в новых методах расчета надежности систем электроснабжения, что бы обеспечить бесперебойность подачи электроэнергии.