Расчет надежности электроснабжения подстанции "Южная"

Аварийные и внезапные перерывы электроснабжения потребителей вызывают большой народнохозяйственный ущерб, обусловленный поломкой оборудования, порчей сырья и материалов, затратами на ремонты, недовыпуском продукции, простоями технологического оборудования и рабочей силы, а также издержками связанными с другими факторами.

Сегодня методы анализа надежности используются уже во многих отраслях техники.

Однако проблема надежности в ее количественной постановке при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения необыкновенно сложна. Так для рассмотрения вопросов надежности, при эксплуатации систем электроснабжения необходимо учесть как современные достижения современной теории надежности, так и специфику функционирования систем силового типа, подверженных в значительной степени влиянию неблагоприятных воздействий внешней среды и непосредственно связанных с электрической системой. Целью данной работы является попытка рассмотрения надежности функционирования оборудования подстанции, и связанная с этим надежность бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией. 1. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ 1.1. Модель отказов и восстановления силового трансформатора Рассмотрим трансформатор как элемент , условно состоящий из двух последовательно соединенных элементов , в одном из которых могут появляться внезапные отказы, а в другом - постепенные.

Внезапные отказы появляются вследствие резкого, внезапного изменения основных параметров под воздействием одного или нескольких случайных факторов внешней среды либо вследствие ошибок обслуживающего персонала. При постепенных отказах наблюдается плавное, постепенное изменение параметра элементов в результате износа отдельных частей или всего элемента в целом.

Вероятность безотказной работы представим произведением вероятностей Р тр ( t )=Р в (t)*Р и (t), (1.1) где Р в (t) и Р и (t) — соответственно вероятности безотказной работы условных элементов, соответствующих внезапному и постепенному отказу в следствии износа. В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение: (1.2) Постепенные отказы трансформатора происходит в основном по причине износа изоляции . Износ можно описать законом распределения Вейбулла-Гнеденко (1.3) где t 0 — порог чувствительности, то есть элемент гарантировано не откажет , в интервале времени от 0 до t 0 может быть равно нулю. Тогда окончательно имеем: тр (t) = e - l t e -ct . (1.4) Причинами внезапных отказов трансформатора являются повреждения вводов трансформатора вследствие перекрытия контактных соединений, утечка масла.

Причинами постепенных отказов в свою очередь будут нарушения изоляции обмоток вследствие возникновения внешних и внутренних перенапряжений, сквозных токов коротких замыканий и дефектов изготовления. На основании принятых критериев выделим два статистических ряда для внезапных и постепенных отказов табл.2. Таблица 2 Статистический ряд внезапных и постепенных отказов силового трансформатора

Среднее время безотказной работы определим по формуле (1.5) Оценим параметры распределения Вейбу л ла-Гн е денко. Для этого вычислим среднеее значение наработки на отказ (1.6) Разобьем выборку y на интервалы, которые выберем по формуле (1.7) Подсчитаем сколько отказов попало в каждый из полученных интервалов Таблица 3

Постепенные отказы выключателя происходят в следствии износа дугогасительных камер и контактов.

Причинами внезапного отказа являются: несрабатывание приводов, механические повреждения, перекрытие изоляции при внешних и внутренних перенапряжениях. На основании принятых критериев сформируем два статистических ряда представленных в таблице 5. Таблица 5 Статистический ряд внезапных и постепенных отказов вводного масляного выключателя

Среднее время безотказной работы определим по формуле (1.5) Постепенные отказы выключателя имеют следующий закон распределения (1.17) где l 0 – это интенсивность срабатывания выключателя, которая определяется по данным статистического ряда R — допустимое число отключений.

Предпологая, что коммутирующий ток распределен по нормальному закону между максимальным и минимальным значением.

Определим расход р r : I max и I min — максимальный и минимальный коммутируемый ток; S I— произведение номинального тока отключения на гарантированое число отключений.

Допустимое число отключений определим по формуле Среднее время безотказной работы при постепенных отказах Интенсивность восстановления определим по данным из таблицы 6 и формуле (1.16) Таблица 6 Статистический ряд времени восстановления внезапных и постепенных отказов вводного масляного выключателя

Исходные данные и результаты расчетов сведены в табл. 8,9,10. Таблица 8 Статистический ряд внезапных и постепенных отказов секционного масляного выключателя

Вероятность безотказной работы представим как произведение вероятности двух независимых событий соединенных последовательно отностительно надежности. Р ЛЭП (t)=Р в (t)*Р и (t) . Дальнейший расчет проведем как и для трансформатора.

Статистические данные приведенные в таблице 11 приведены к единичной длине 1 км, как для внезапных и постепенных отказов.

Таблица 11 Статистический ряд внезапных и постепенных отказов для ЛЭП

Среднее время безотказной работы определим по формуле Оценим параметры распределения Вейбула-Гниденко. Для этого вычислим среднеее значение наработки на отказ Разобьем выборку y на интервалы, которые выберем по формуле Подсчитаем сколько отказов попало в каждый из полученных интервалов Таблица 12

Параметр показательного закона l находим по формуле: где х ср — среднеее значение наработок на отказ.

Среднее время безотказной работы определим по формуле Таблица 14 Статистический ряд внезапных отказов разъединителей

Исходные данные и результаты расчета сведем в таблицу 16,17,18,19. Таблица 16 Статистический ряд внезапных отказов отделителей

Причиной внезапных отказов является воздействие токов короткого замыкания.

Расчет произведем аналогично результаты расчетев сведем в таблицу 20,21,22,23 Таблица 20 Статистический ряд внезапных отказов питающих шин

Поскольку каждая составляющая представляет собой случайную величину со своим законом распределения, интенсивность восстановления являются величиной не постоянной.

Однако на основании теоремы теории восстановления с достаточной точностью можно воспользоваться показательным законом распределения.

Интенсивность восстановления определяется по данным статистического ряда Z 1 ... Z n , где Z i – время восстановления после отказа.

Интенсивность восстановления (2.1) Интенсивность восстановления всех элементов схемы была рассчитана в главе1. Для системы из n последовательно соединенных восстанавливаемых элементов суммарная интенсивность отказав цепи может быть найдена по выражению (2.2) Среднее время безотказной работы последовательной цепи Т СР = 1/ L . (2.3) Среднее время восстановления t СР (2.4) Вероятность безотказной работы системы из n последовательно соединенных элементов на интервале времени от 0 до t 0 P=e - L t (2.5) Коэффициент готовности (2.6) При расчете учитываем, что сами шины и вводные выключатели на 6 и 10 кВ одинаковые, и будем рассматривать надежность электроснабжения по одному из низших напряжений, упростим исходную схему рис.2. до расчетной рис.3. Рассчитаем последовательные звенья схемы, представленной на рис.3. Так как схема состоит из двух одинаковых в отношении надежности параллельных ветвей, то проведем расчет только для одной ветви.

Упростим схему для этого каждую последовательную цепочку заменим на эквивалентный в отношении надежности элемент Э1 иЭ2 см рис.4. Тогда заменим последовательно соединенные элементы: Л1.1, Л1.2, Р1, О1, КЗ1, Т1.1, Т1.2, Ш1, В1.1, В1.2, Ш3 на эквивалентный элемент Э1 см рис.4. Характеристики надежности данного элемента определим по выражениям (2.2)...(2.6).

Интенсивность отказов =1/ Т В3.1 + 1/ Т В3.2 =1/ 10516 +1/12350 =0.000176 , ч -1 . Среднее время безотказной работы последовательной цепи Т СР = 1/ L =1/0.000176 =5679 , ч Среднее время восстановления Интенсивность восстановления можно определить как величину, обратную среднему времени восстановления

Интенсивность отказов каждого из элементов L i найдена в предыдущем расчете.

Интенсивность восстановления можно определить как величину, обратную среднему времени восстановления (2.7) Определим вероятности каждого из четырех состояний для стационарного режима.

Система может находиться в четырех состояниях, три из которых являются работоспособными, четвертое – отказ: - оба элемента работают; - отказал первый элемент; - отказал второй элемент; - отказали оба элемента.

Вероятность первого состояния Вероятность второго состояния Вероятность третьего состояния Вероятность четвертого состояния Коэффициент готовности системы К S = p 1 +p 2 +p 3 . Коэффициент простоя системы R S = p 4 . (2.8) Но можно сделать проще и рассчитать только коэффициент простоя, а коэффициент готовности найти как: К S = 1 - p 4 . Вероятность четвертого состояния Коэффициент простоя: К S = 1 - p 4 = 1-0,069=0,93 Интенсивность отказа системы из двух взаиморезервирующих элементов L S = L Э3 R Э3 + L Э12 R Э12 = 0,000289 (1-0,996) +0,000465 (1-0,9924)=0,00000469 Среднее время безотказной работы системы Т СР S = 1/ L S = 1/0,00000469=213219 ч Для большей части элементов электрических систем отношения l / m =10 -3 ...10 -4 , поэтому в пределах t 4 ... 5 t B справедливо соотношение M S = M Э3 + M Э12 = 0,07+0,06 = 0,13 Поскольку ограничение на восстановление не вводилось, то ЗАКЛЮЧЕНИЕ Результаты вычислений показывают, что существующая схема подстанция 'Южная' обладает достаточной надежностью.