Сводная ведомость отказов ШСВ

Районная подстанция	Значения наработок по интервалам ti, ч	Общее число отказов m
0...	250...	500...	750...	1000...1250	1250...1500	1500...1750	1750...2000	2000...2250
№1
Итого отказов
№2
Итого отказов
№3
Итого отказов

5. Строим гистограмму (рис.4.3) эмпирического распределения параметра потока отказов ШСВ от начала эксплуатации до момента окончания наблюдений. По характеру гистограммы устанавливаем интервал приработки, который составляет 500 ч. Отказы в интервале приработки из дальнейших расчетов исключаем.

6. Рассчитываем параметр потока отказов

, ч^-1.

7. Учитывая, что поток отказов ШСВ после интервала приработки стабилизируется и становится равным 4,4∙10^-3 ч^-1, принимаем закон распределения наработки до отказов экспоненциальным.

8. Рассчитываем вероятность безотказной работы ШСВ за время рабочего цикла t₀ = 24 ч:

.

Значение берется из таблицы значений функции .

9. Наработка на отказ в этом случае составит

, ч

Таблица 4.15

Значения параметра потока отказов

Показатель	Интервал наработки, ч
0-250	250-500	500-750	750-1000	1000-1250	1250-1500	1500-1750	1750-2000	2000-2250
mi
Ni
, ч

Рис.4.3. График эмпирического распределения параметра потоков отказов ШСВ

10. Рассчитываем среднее время восстановления ШСВ после отказов по значениям t_вi, взятым из табл.4.9

ч.

11. Коэффициент готовности ШСВ по полученным значениям и составит

.

При обработке ограниченной информации об отказах ЭУ, не позволяющих использовать классические методы математической статистики, включающие построение параметров потока отказов, гистограмм распределений, применение критериев согласия, широко пользуются методом максимального правдоподобия.

В случае, когда отсутствуют отказы за интервал наблюдений, задача не решается методами математической статистики. Реализовать ее можно путем обработки так называемых цензурированных выборок.

Показатели надежности электрических сетей

И оборудования подстанции

Для оборудования системы электроснабжения установлен перечень номенклатурных показателей, которым они должны удовлетворять:

1. Режим эксплуатации (непрерывный, циклический, оперативный, общий).

2. Группа надежности (I,II,III).

3. Класс изделия 1,2,3 (1 – невосстанавливаемое изделие общего назначения; 2 – невосстанавливаемое изделие целевого назначения; 3 – восстанавливаемое изделие).

Определив класс изделия, группу надежности, режим эксплуатации и вид ограничения длительности использования для данного вида оборудования, устанавливают перечень показателей надежности, которые могут учитываться при организации систем технического диагностирования. Например, для силового трансформатора электростанции номенклатура показателей надежности будет следующая: класс 3, группа надежности 1, режим непрерывный, ограничение длительности использования вынужденное. Для указанных параметров получаем следующий перечень показателей: средняя наработка на отказ , средняя наработка до отказа , ресурс до капитального ремонта t_R, среднее время восстановления Т_в, средние трудозатраты на аварийное восстановление W, коэффициент технического использования .

Каждая ЭУ состоит из множества элементов. По этой причине ее состояние относится к сложным случайным событиям. Такие события называются несовместными, если никакие два из них не могут появиться вместе и, наоборот, совместными, если они могут появиться одновременно. Если вероятность одного события не изменится от того, что произошло или не произошло другое событие, то такие события называются независимыми. В системах электроснабжения события, как правило, независимые.

Для определения вероятности сложных событий пользуются теоремами сложения и умножения вероятностей простых событий. При этом суммой события n называется сложное событие, характеризующееся появлением хотя бы одного из n рассматриваемых событий.

Вероятность суммы n несовместных событий равна сумме вероятностей этих событий:

, где .

Произведением n событий называется сложное событие, заключающееся в совместном проявлении всех n событий. Вероятность произведения независимых событий равна произведению вероятностей этих событий:

, где .

Вероятность события А₁, вычисленная при условии, что произошло событие А₂, называется условной вероятностью события А₁ и обозначается Р(А₁/А₂). Для зависимых событий вероятность произведения двух событий А₁ и А₂ равна произведению вероятности одного из них А₁ на условную вероятность второго А₂, вычисленную в предположении, что произошло первое событие:

.

Рис.4.4. Граф со

стояний

При расчетах надежности наряду с вероятностью возникновения нарушений электроснабжения учитывается длительность возникшего нарушения. Необходимо отметить, что каждый элемент системы электроснабжения может находиться в одном из трех состояний: в рабочем S₁, в нерабочем, из-за его повреждения S₀ и в нерабочем по причине его планового отключения S_{2 .} Граф переходов из состояния за время для рассматриваемого случая приведен на рис. 4.4.

Значения , относятся к интенсивности аварийных и плановых отключений, переводящих установку в состояние S₀ или S₂, а , соответственно интенсивность восстановления и окончания планового обслуживания, переводящих установку в состояние S₁. Время нахождения элемента электрической сети в любом из указанных состояний различно и зависит от показателей каждого из рассматриваемых элементов системы электроснабжения. Для выполнения расчетов надежности электроснабжения необходимо учитывать совокупные показатели элементов – интенсивность отказов каждого из рассматриваемых элементов и соответствующую этому элементу вероятность восстановления.

Для приведенной схемы районной подстанции с двумя секциями (см. рис.4.5) шин 10, 35, 110 кВ, шиносоединительными выключателями с двухсторонним питанием со стороны 35...110 кВ длительность нарушения электроснабжения из-за повреждения отдельных элементов при работе одной цепи системы определится следующим образом:

а) из-за повреждения линии ,где – параметр потока отказов или удельная повреждаемость линии; l – длина линии; – среднее время восстановления повреждения линии, как математическое ожидание времени отыскания и устранения возникшего дефекта линии;

б) из-за повреждения выключателей , где – параметр потока отказов выключателей; – среднее время восстановления выключателя;

в) из-за повреждения трансформатора , где , – параметр потока отказов и среднее время восстановления трансформатора.

Все отмеченные события считаем несовместными. Тогда суммарное время нарушения электроснабжения по всем указанным причинам будет равно сумме продолжительности перерывов

,

где – среднее время планового ремонта.

Если суммарное время нарушений отнести к определенному интервалу времени, то оно будет являться относительной длительностью аварийного простоя или вероятностью нерабочего состояния системы Q_сист(t). Относительная длительность работоспособного состояния системы или вероятность безотказной работы рассматриваемой системы будет равна

R_сист(t) = 1 - Q_сист(t).

Отказы системы электроснабжения по всем рассмотренным причинам можно выразить . Средняя наработка на отказ или среднее время безотказной работы системы

.

Из указанных показателей надежности важнейшим представляется время , так как на его основе может быть рассчитан вероятный недоотпуск электроэнергии потребителям и вероятный народнохозяйственный ущерб.

Подобным образом с учетом возможных отказов в системе могут быть определены показатели надежности электроснабжения для двухтрансформаторных подстанций рис. 4.5.

Рис.4.5. Принципиальная схема районной подстанции

Рис.4.9. Гистограмма интенсивности отказов трансформаторов напряжением 220 кВ

Для опр
ед
еления показателей н
адежности требуются числовые характеристики исходных показателей: число отказов и время их ликвидации, частота и продолжительность плановых отключений и т.д. Указанные показатели в настоящее время получаются в результате анализа работы действующих систем электроснабжения. На рис.4.6-4.9 приведены гистограммы отказов для силовых трансформаторов 10-220 кВ по
данным наблюдений в период эксплуатации.

На рис. 4.8 представлены пять групп причин, приводящих к отказам силовых трансформаторов. Необходимо отметить, что первая причина не приводит непосредственно к нарушению работоспособности трансформаторов, но создает условия для повреждения изоляции. Во второй группе отказов оценке подлежит не повреждение, а дефект, вызывающий повреждение. При этом повреждение может иметь как внезапный, так и развивающийся характер. Например, повреждение изоляции частичными разрядами из-за увлажнения. К третьей группе причин относятся отказы, вызванные превышением расчетной нагрузки при кратковременных воздействиях в эксплуатации (короткие замыкания, перенапряжения и др.), а также некоторые виды отказов, обусловленные скрытыми дефектами, приводящими к внезапному нарушению электрической или механической прочности, обнаружение которых методами периодического контроля невозможно.

На приведенных гистограммах отчетливо просматривается повышенный отказ силовых трансформаторов в первые годы эксплуатации, что обусловлено заводскими дефектами и дефектами монтажа. По истечении некоторого времени отказ возрастает, что связано с действием таких факторов, как увлажнение или старение. Особенно чувствительны к увлажнению трансформаторы напряжением 220 кВ и выше. Основной причиной электрического старения изоляции указанных классов напряжения оказывается появление в них частичных разрядов.

Поэтому задачей диагностирования является определение момента возрастания отказов из-за износа элементов.. Существующими методами невозможно выявить начало роста контролируемых параметров, и для мощных силовых трансформаторов, начиная с 40 МВА и выше напряжением 110 кВ и более, необходимо предусмотреть встроенное устройство для непрерывного диагностирования состояния изоляции.

В табл. 4.16 приведены сведения об отказах силовых трансформаторов 110-220 кВ из-за увлажнения с перечнем мест повреждения. В табл. 4.17 - 4.20 и на рис.4.10 представлены показатели надежности ЭО и ВЛ 10 - 500 кВт.

По полученным данным отключений воздушных линий (см. рис.4.10) можно сделать вывод о сезонности этих отключений. За год прослеживается три пика кривой отключения. Первый пик приходится на весенние месяцы, в это время имеет место повышенная влажность, что сказывается на перекрытии и пробое изоляции линий. Второй критический пик – на первые летние месяцы и объясняется интенсивностью грозовой деятельности. Третий момент возрастания отключений вызван осенними дождями и зимними гололедными образованиями и отрицательной температурой. Поэтому зависимость показателей надежности оборудования от местных условий является закономерностью, которую необходимо учитывать при оценивании надежности и диагностировании ЭУ.

Таблица 4.16

Нарушение изоляции из-за увлажнения силовых трансформаторов [13]

	Место повреждения, источник увлажнения	Число отказов в % от общего числа по классам напряжения, кВ
Участок изоляции Продольная изоляция Главная изоляция в том числе обмотки Отводы Переключающие устройства ВСЕГО ОТКАЗОВ	75,8 24,2 4,8 14,1 7,1	32,9 16,1
Источник увлажнения До включения в работу Ремонт в эксплуатации В эксплуатации ВСЕГО ОТКАЗОВ	71,5 14,3 14,2	15,4 7,6

Таблица 4.17

Показатели надежности трансформаторов и автотрансформаторов [18]

Номинальное напряжение, кВ	Показатели
w, 1/год	ТВ,ч	mКАП, 1/год	ТКАП, ч	mТЕК, 1/год	ТТЕК, ч
	0,005		0,17
	0,01		0,17
	0,02		0,17
	0,02		0,17
	0,02		0,17
	0,04		0,17
	0,03		0,1
Более 500	0,03		0,1

Примечания. Здесь: m_КАП – частота капитального ремонта, 1/год; Т_КАП – длительность капитального ремонта, ч; m_ТЕК – частота текущего ремонта, 1/год; Т_ТЕК – длительность текущего ремонта.

Таблица 4.18

Показатели надежности выключателей [18]

Тип	Номинальное напряжение , кВ	Показатели
w, 1/год	wЛ, 1/год	ТВ, ч	mКАП, 1/год	ТКАП, ч	mТЕК, 1/год	ТТЕК, ч
	До 20	0,04	0,04		0,2
		0,04	0,08		0,2
		0,05	0,1		0, 2
Воздушные		0,06	0,15		0,2
		0,07	0,2		0,2
		0,08	0,2		0,2
	Более 500	0,12	0,3		0,12		0,5
		0,001	0.01		0,17
		0,01	0.02		0,17
Масляные		0,01	0.03		0,17
		0,01	0.07		0,17

Примечания. 1. w_Л – в цепях воздушных линий, w – в остальных цепях.

Таблица 4.19