Анализ надежности систем электроснабжения.

При разработке модели надёжности без учёта восстановления надёжность каждого элемента системы электроснабжения можно характеризовать коэффициентом готовности (вероятность рабочего состояния ) и коэффициентом вынужденного простоя (вероятность состояния отказа ). Если не учитывать плановые простои (ремонты), то можно считать, что элемент в любой момент времени находится в одном из этих состояний. Тогда сумма вероятностей этих состояний равна

. (10.17)

Для группы из двух элементов возможны следующие сочетания:

а) оба элемента в рабочем состоянии (вероятность );

б) первый элемент в вынужденном простое, второй в рабочем состоянии (вероятность );

в) первый элемент в рабочем состоянии, второй в вынужденном простое (вероятность );

г) оба элемента в вынужденном простое (вероятность ).

Вероятности этих состояний можно найти при помощи теоремы умножения: вероятность сложного события, состоящего в совпадении данных независимых состояний группы элементов, равна произведению вероятностей этих состояний.

Очевидно, что

. (10.18)

Теорема сложения формулируется так: вероятность состояния группы элементов, состоящего в появлении хотя бы одного из заданных несовместимых состояний, равна сумме вероятности этих состояний.

Если в системе из двух элементов элементы резервируют друг друга, то отказ системы произойдёт только тогда, когда откажут оба ( ), а вероятность надёжной работы в этом случае

. (10.19)

Если два элемента не резервируют друг друга, то состояние надёжной работы будет тогда, когда оба элемента в работе ( ), а состояние отказа этой системы будет тогда, когда откажет, хотя бы один элемент

. (10.20)

При анализе надёжности схем систем электроснабжения выделяются три составляющие надёжности – структурная, функциональная и технологическая.

При оценке структурнойсоставляющей надёжности исходят из изменения состояния схемы из-за отказов её элементов. Оцениваются только качественные показатели изменения режима, влияние которых на работоспособность очевидно без проведения расчётов параметров режима. При оценке структурной надёжности анализируются только аварийные ситуации, связанные с полным перерывом электроснабжения электроприёмников.

Под анализом функциональнойсоставляющей надёжности обычно понимается оценка аварийных ситуаций в системе электроснабжения на основе количественных показателей аварийных и послеаварийных режимов.

Технологическая составляющая надёжности определяется совокупностью участков производства, одновременно лишённых электроснабжения, возможностью их технологического резервирования, последствиями аварийного прекращения электроснабжения и способом восстановления технологического процесса.

Для схем электроснабжения промышленных предприятий первоочередное внимание уделяется определению показателей структурной составляющей надёжности, однако целостное представление достигается при рассмотрении всех трех её составляющих.

Расчёт показателей надёжности системы электроснабжения предприятия обычно производятся по известным среднестатистическим показателям надёжности элементов: интенсивность отказов , время восстановления электрооборудования , а также частота и продолжительность плановых ремонтов.

Расчёт показателей надёжности электроустановок относится, прежде всего, к понизительным трансформаторным подстанциям и распределительным пунктам. Показатели надёжности определяются на шинах распределительного устройства низшего напряжения.

Рассмотрим схему главной понизительной подстанции предприятия с двумя трансформаторами и двумя питающими воздушными линиями на железобетонных опорах (рис. 10.4). На узловом распределительном пункте напряжением 110 кВ в качестве линейного выключателя используется воздушный выключатель. В схеме мостика на подстанции используются разъединители.

Рис. 10.4. Схема электроэнергетической системы и ГПП:

Л1 и Л2 – воздушные линии; QS1-QS4 – разъединители; QR1, QR2 – отделители; QK1, QK2 – короткозамыкатели; Т1, Т2 – трансформаторы; Q1 – Q4 – выключатели.

Вероятность безотказной работы ГПП оценивается, исходя из условия, что отказом схемы подстанции является одновременное отключение двух трансформаторов. Одновременный выход из строя двух трансформаторов или двух линий практически не возможен. Отключение второго трансформатора возможно при нахождении первого трансформатора или линии в аварийном режиме или плановом ремонте. На основании статичтических данных можно установить, что продолжительность нахождения одного из двух трансформаторов в плановом и аварийном ремонте составляет года, а относительная продолжительность нахождения любой из линий в состоянии ремонта с учётом ремонтного состояния воздушного выключателя на узловом распределительном пункте и разъединителя на ГПП составляет года.

Вероятность безотказной работы ГПП может быть определена по формуле

, (10.21)

где – сумма интенсивностей отказов всех элементов работающей линии во время нахождения второй линии и второго трансформатора в состоянии ремонта;

– сумма интенсивностей отказов всех элементов работающей линии во время нахождения второй линии в состоянии ремонта.

Зная интенсивность отказов и время восстановления любого элемента системы электроснабжения , можно найти вероятное время нахождения системы в состоянии вынужденного простоя из-за отказов рассматриваемых элементов, как коэффициент вынужденного простоя (восстановления)

. (10.22)

Коэффициент готовности будет определяться выражением

. (10.23)

Для ответственных потребителей стремятся достигнуть значений .

Рассмотрим надёжность электроснабжения ГПП предприятия, схема которой представлена четырьмя вариантами на рисунке 10.5.

Рис. 10.5. Варианты схемы электроснабжения ГПП:

G – источник питания; Q, Q1 – выключатели; Л – линия электропередачи; QR – отделитель; QK – короткозамыкатель; Т – трансформатор; 1-6 – цифровое обозначение электрооборудования.

Пусть потребитель получает электроэнергию от энергосистемы по воздушной линии на железобетонных опорах напряжением 110 кВ. Силовой трансформатор с номинальным напряжением обмотки низкого напряжения 35 кВ. Показатели надёжности для элементов системы электроснабжения будет определяться следующим образом.

Для схемы (рис. 10.5, а) при последовательном соединении элементов (1-2-3-4-5-6) коэффициент восстановления определяется по (10.22).

Для схемы (рис. 10.5, б) при параллельном соединении элементов (1-2-1) и последовательном (5-6) коэффициент восстановления определяется как

. (10.24)

Для схемы (рис. 10.5, в) при последовательном соединении элементов (1-2) и параллельном (3-4-5-6) коэффициент восстановления определяется как

. (10.25)

Для схемы (рис. 10.5, в) при параллельном соединении элементов (1-2-3-4-5-6) коэффициент восстановления определяется как

. (10.26)

Коэффициент готовности для всех схем определяется по (10.23).