Тема 2. Классификация задач надежности

Систем электроснабжения

Концептуальные, информационные, функциональные, нормативные и оптимизационные классы задач надежности.

Простые и эксплуатационные уровни задач надежности. Структурные схемы расчета надежности.

Тема 3. Математические модели надежности

Систем электроснабжения

Применение методов теории вероятностей в задачах надежности СЭС. Классификация случайных событий. Основные законы определения вероятностей комбинации случайных независимых событий. Основные законы вероятностей комбинации зависимых случайных событий.

Тема 4. Категории электроприемников и обеспечение

Надежности электроснабжения

Основные сведения из «Правил устройства электроустановок» по обеспечению надежности. Категории электроприемников, их характеристика, необходимая степень резервирования источников питания. основные сведения о надежности СЭС городов из «Инструкции по проектированию городских электрических сетей РД 34.20.185-94».

Категорирование основных электроприемников городских потребителей по надежности электроснабжения.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Темы 1 и 2

Надежность –свойство объекта (системы) выполнять функции в заданном объеме при определенных условиях эксплуатации (ГОСТ 27.002 – 89).

Свойства надежности в энергетике:

1) Безотказность – непрерывное сохранение работоспособности в течение заданного интервала времени;

2) Долговечность – сохранение работоспособности до наступления предельного состояния при установленной системе техобслуживания и ремонтов;

3) Ремонтопригодность – приспособленность к предупреждению и обнаружению причин отказов, повреждений объекта и устранению их последствий проведением техобслуживания и ремонтов;

4) Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения , транспортировки;

5) Устойчивоспособность – непрерывное сохранение устойчивости системы в течение заданного времени;

6) Управляемость – свойство объекта поддерживать нормальный режим посредством управления;

7) Живучесть – свойство системы противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей;

8) Безопасность – свойство не допускать ситуаций опасных для людей и окружающей среды.

Средства повышения надежности:

а) резервирование (структурное, функциональное, временное, информационное);

б) повышение уровня технического обслуживания;

в) планово-предупредительные ремонты;

г) целенаправленное управление технологическими процессами производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Единичные показатели надежности.

Безотказность. Вероятность безотказной работы р(t). Статистическая оценка р(t) -

где N – число объектов в начале испытаний; n(t) – число отказавших объектов за время t.

Вероятность отказа, или ненадежность q(t). Статистическая оценка вероятности отказа

Следствие – p(t) + q(t) = 1; P*(t) + Q*(t) = 1.

Интенсивность отказов

где n(Dt) – общее число отказавших объектов к началу Dt.

Частота отказов

Отсюда

l(t) = a(t) / p(t).

Статистическая оценка частоты отказов

Параметр потока отказов (для восстанавливаемых объектов)

При экспоненциальном законе распределения безотказной работы

l(t) = l = w(t) = w = const.

Долговечность. Средний ресурс – средняя наработка от начала эксплуатации или ее возобновления после предупредительного ремонта до наступления состояния.

Средний срок службы – средняя календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала (или после ремонта) до наступления предельного состояния.

Ремонтоспособность. Среднее время восстановления – средняя продолжительность интервала времени от начала до конца работоспособности объекта.

Комплексные показатели надежности:

коэффициент готовности К_г; коэффициент технического использования К_т.и; средний недоотпуск электроэнергии; коэффициент вынужденного простоя К_п; коэффициент оперативной готовности К_о.т; средний ущерб на один отказ; удельный ущерб.

При определении надежности электроснабжения схему электрических соединений СЭС надо представить структурной схемой расчета надежности, которая, как правило, отличается от первой. Все элементы СЭС представляются параметрами потока отказов (аварий) w_ав (1/год), потока плановых отключений w_пл (1/год) и продолжительностью одного аварийного t_ав (ч) и планового t_пл (ч) отключений.

При n последовательно соединенных элементах:

1) суммарный параметр потока отказов всей цепи

2) среднее число аварийных отключений за расчетный период времени t_p (обычно за 1 год = 8760 ч)

а_Sав = w_Sавt_p;

3) средняя продолжительность всех аварийных отключений

4) средняя продолжительность одного любого аварийного отключения

Аналогично для плановых отключений цепи:

Если во время планового ремонта одного элемента производится ремонт других, это должно учитываться; для блока линия – трансформатор 110 кВ

где – число плановых отключений трансформатора, линии и их средняя продолжительность.

Если схемы содержат две параллельные цепи, то:

1) среднее число аварийных отключений СЭС (наложение аварийных отключений одного элемента на аварийные или плановые отключения другого и наоборот)

а_Sав = t_p × w_Sав = t_p[w_ав1× w_ав2(t_ав1 + t_ав2) +

+ w_ав1w_пл2t_пл2 + w_ав2w_пл1t_пл1];

2) средняя суммарная продолжительность аварийных отключений

Т_Sав = t_pq_ав,

где вероятность одновременного отключения двух параллельных цепей

q_ав = q_ав1q_ав1 + q_ав1,пл2 + q_ав2,пл1.

Здесь q_ав1,пл2 = w_ав2w_пл2 × 0,5t²_пл2 при t_пл2 £ t_пл1;

q_ав1,пл2 = w_ав1w_пл2t_пл2 при t_пл2 > t_ав1.

Классификация задач надежности электроснабжения

В задачах надежности выделяют следующие пять классов задач, в рамках которых решаются вопросы надежности ЭЭС: концептуальные, информационные, функциональные, нормативные и оптимизационные.

Концептуальные задачи включают определение места проблемы надежности в общей проблеме управления развитием и режимами ЭЭС при создании автоматической информационной системы планирования развития ЭЭС (АСПР) и автоматизированной системы диспетчерского управления ЭЭС (АСДУ).

Информационные задачи решают вопросы создания достоверной информационной базы, методологии, вопросы регистрации, обзора и обработки статистических данных о массовых случайных событиях и случайных процессах, воздействующих на элементы ЭЭС. Цель – получение вероятностных характеристик событий, данных об ущербах и т.п.

Функциональные задачи связаны с определением фактически достигнутых показателей надежности электроснабжения потребителей при функционировании ЭЭС, данных о резервах мощности и их распределения, характеристиках надежности оборудования и т.п.

Нормативные задачи включают выбор показателей и критериев надежности и определение нормативных значений, выработку нормативных требований к структуре системы, схемам коммутации станций и подстанций, структуре систем автоматики, запасам устойчивости и т.д.

Оптимизационные задачи связаны с принятием решений в АСПР и АСДУ с учетом надежности и должны решаться взаимосогласованно. Все предыдущие классы задач имеют обслуживающее значение, их решение обеспечивает возможность решения оптимизационных задач.

Систематизация перечисленных задач приводит к следующему укрупненному перечню.

А. Проектные уровни

1. Определение величины резервов генерирующей мощности и их размещение в системе.

2. Выбор (оптимизация) схемы электрической сети (схем первичной коммутации ЭС и ПС) и пропускной способности ЛЭП.

3. Разработка структуры и выбор средств управления системой (объектами) в аварийных условиях и их размещение.

4. Определение показателей надежности СЭС.

Б. Эксплуатационные уровни

1. Распределение резервов по подсистемам и резервов подсистем между их включенными и невключенными составляющими.

2. Составление графиков капитального и текущего ремонтов основного оборудования.

3. Выбор коммутации схемы основной сети и состава работающего оборудования.

4. Определение пропускной способности связей по условиям устойчивости.

5. Определение алгоритмов и параметров средств управления системой (объектами) в аварийных условиях.

6. Определение численных значений показателей надежности СЭСП.

Решение оптимизационных задач требует применения специального математического аппарата, методы которого широко используются не только для решения задач надежности. Не всегда оценка надежности может быть выражена в количественных показателях; отсюда вытекает необходимость применения экспертных методов и связанной с ними теории измерения. Наличие комплексных показателей приводит к постановке задач многоцелевой (многокритериальной) оптимизации. Вытекающая отсюда необходимость комплексного подхода с учетом многих факторов, не всегда формализуемых, приводит к использованию системного подхода.

Тема 3