Надежность электроэнергетических систем

Введение

Надежная работа устройств энергоснабжения является важным условием обеспечения потребителей электрической энергией.

Надежность – это комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его пребывания может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенное сочетание этих свойств. Другими словами – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Существуют два направления повышения надежности: повышение надежности элементов, из которых состоит определенный объект, и создание объекта с высокой степенью надежности из относительно ненадежных элементов, используя различные виды резервирования. Максимальная эффективность достигается путем рационального сочетания этих направлений.

В электроэнергетике решается два уровня задач с учетом надежности: задачи анализа (количественная оценка показателей надежности элементов и систем, надежности электроснабжения потребителей при известных параметрах, режимах, конфигурации систем энергоснабжения) и задачи синтеза (выбор рациональных решений при планировании, проектировании, сооружении и эксплуатации электроэнергетических систем, при изготовлении оборудования, обеспечивающего требуемый уровень надежности).

В данной контрольной работе выполним расчеты для упрощенной электрической схемы и проведем анализ эффективности применения резервирования.

Исходные данные:

Выбираем в соответствии с шифром (420) по таблицам 1,2,3

Номер схемы электроустановки -3

Заданный интервал времени (), ч – 8000, 9000

Длина воздушной линии 35 кВ – 12 км

Требуемый уровень надежности R(t) мин = 0, 9994

Схема 3

Рис.1 Расчетная схема электроустановки

1. Построим схему замещения по надежности

Отказ системы произойдет в случае отказа любого элемента схемы, поэтому на схеме замещения по надежности все эти элементы будут соединены последовательно.

Рис.2 схема замещения по надежности

2. Определим результирующую интенсивность отказов основной цепи.

Результирующая интенсивность отказа системы с основным соединением элементов, работающих по экспоненциальному распределению отказов, определяется как сумма интенсивностей отказов элементов, входящих в систему по формуле [1,2,3]:

, (1)

Где - интенсивность отказа i-го элемента системы; N-число элементов входящих в систему.

(2)

Интенсивность отказов элементов электроустановок возьмем из таблицы 4 [1]:

Воздушная линия 35 кВ, одноцепная, на 1 км длины 0.08 1/год

Ячейка выключателя 35кВ 0.02 1/год

Ячейка разъединителя 35 кВ 0.005 1/год

Шины ОРУ 35 кВ на одно присоединение 0.001 1/год

При расчетах интенсивности отказов, следует обратить внимание на такой элемент как воздушная линия, поскольку ее длина равна 12 километрам, необходимо учесть, что интенсивность отказов данного элемента равна 0.08 1/год на 1 километр длины. Соответственно для правильности дальнейших расчетов мы умножим количество отказов в год на 1 километр на длину всей линии:

1/год

Далее рассчитаем количество отказов для оставшихся элементов, помножив их количество на интенсивность отказов:

Интенсивность отказов для ячейки разъединителя:

1/год

Интенсивность отказов для ячейки выключателя:

1/год

Интенсивность отказов для секции шин:

1/год

Рассчитав интенсивность отказов для каждого элемента схемы, мы можем найти результирующую интенсивность отказа системы, воспользовавшись формулой (2):

1/год

1.022/год = 1,167·10^-4 1/час

3. Вычислим и построим функцию надежности системы с резервированием и без резервирования, за период от 0 до 40000 часов.

Вероятность безотказной работы ветви равна произведению вероятностей безотказной работы элементов пи условии независимости отказа элементов [2]:

, (3)

Где - вероятность безотказной работы -го элемента.

При экспоненциальном законе распределения

, (4)

Где - интенсивность отказов цепи

Пример расчета при интервале времени t = 8000 часов

= 0.393

Вероятность отказа одной цепи

(5)

= 0,607

Вероятность безотказной работы для общего нагруженного резервирования [2]:

, (6)

Где m – количество резервных цепей, m =1

0.632 (7)

Для дублирования замещением, которое является частным случаем общего резервирования замещением, вероятность безотказной работы определяется по [2,3]

, (8)

=

Результаты произведенных расчетов для интервала времени от 0 до 40000 часов представим в виде таблицы 1:

По данным таблицы строим функцию надежности системы с резервированием и без резервирования

	Pв(t)	Pн(t)	Рз(t)
0	1	1	1
2000	0.7929	0.9567	0.9766
4000	0.6271	0.8609	0.9197
6000	0.4976	0.7466	0.8442
8000	0.3932	0.6318	0.7602
10000	0.3114	0.5258	0.6747
12000	0.2476	0.4324	0.5918
14000	0.1953	0.3524	0.5142
16000	0.1556	0.2854	0.4433
18000	0.1225	0.2299	0.3796
20000	0.0971	0.1845	0.3232
22000	0.0778	0.1477	0.2739
24000	0.0608	0.1179	0.2311
26000	0.0482	0.0941	0.1942
28000	0.0381	0.0748	0.1627
30000	0.0302	0.0595	0.1359
32000	0.0249	0.0473	0.1132
34000	0.0198	0.0375	0.0941
36000	0.0151	0.0298	0.0779
38000	0.0119	0.0236	0.0645
40000	0.0103	0.0187	0.0532

Рис 3. Функция надежности: -без резервирования, -нагруженное дублирование, - резервирование замещением.

Отсюда видно, что наилучшим типом резервирования для надежной работы схемы электроснабжения является резервирование замещением, так как вероятность безотказной работы выше, но потери по мощности будут выше в 2 раза ( и ) [3].

4. Определим среднюю наработку до отказа системы с резервированием и без резервирования.

В соответствии с [3] для частного случая нагруженного дублирования средняя наработка до отказа:

= 1,5 , (9)

Где =

1,5= 1,5 = 12857.14 час

Для частного дублирования замещением средняя наработка до отказа вычисляется по формуле [3]

2 (10)

= 2 = 17142.87час

5. Рассчитаем вероятность безотказной работы системы с резервированием и без резервирования для заданного интервала времени t1,t2 = 8000,9000 ч.

Р() – это условная вероятность безотказной работы в течение наработки от до при условии, что в момент времени устройство было работоспособным [3]. Эта вероятность в соответствии с теоремой умножения вероятностей равна отношению значений функций надежности в моменты ,

Р() = (11)

Без резервирования: Р(8000,9000) = = 0.88988

Нагруженное дублирование: (8000,9000) = = 0.91386

Резервирование замещением: =(8000,9000) = = 0.94358

6. Определить периодичность проведения технического обслуживания электроустановки при отсутствии резервной цепи.

(12)

= = 5.144

Поскольку время между проведением технического обслуживания слишком мало, можно сделать вывод о том, что данная схема электроснабжения не надежна.

Список литературы

1. Расчет надежности системы электроснабжения: метод. Указания по выполнению контрольной работы / П.С. Пинчуков -Хабаровск: Издательство ДВГУПС, 2009.

2. Анищенко В.А. Надежность систем электроснабжения: учеб. Пособие/В.А.Анищенко.Мн.:УП «Технопринт»,

2001.

3. Балабанов В.Н. «Надежность электроустановок.» Учеб._ метод. Пособие.- Хабаровск: ДВГУПС.1999

4. П.С. Пинчуков, М.В. Наконечный «Расчет надежности системы электроснабжения» Учеб._ метод. Пособие.- Хабаровск: ДВГУПС.2017