Заказать звонок


все коммерческие предложения высылать на [email protected]
для оформления заявок [email protected]



Надежность электроснабжения потребителей


Надежность электроснабжения потребителей

Понятие надежности объекта (в нашем случае - оборудования, устройств и систем электроснабжения, рассматриваемых в периоды проектирования, производства, эксплуатации, исследований и испытаний) основано на сохра­нении во времени в установленных пределах значений всех параметров, ха­рактеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режи­мах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортирования.

Надежность объекта: его безотказность (свойство непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки); ремонтопригодность (приспособленность к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов); долговечность (свойство сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта); сохраняемость (свойство сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и/или транспортирования).

Надежность электроэнергетической системы: свойство осуществлять производство, преобразование, передачу и распределение электроэнергии в целях бесперебойного электроснабжения потребителей в заданном количестве при допустимых значениях показателей качества. Надежность электроэнергетической системы и установки обеспечивается безотказностью и восстанавливаемостью ее элементов, устойчивостью, управляемостью, живучестью и безопасностью как самой системы (установки), так и ее элементов.

Надежность электроснабженияисследуют по двум причинам: 1) затраты на резервирование составляют до 50% затрат в системе электроснабжения; 2) ущерб от недостаточной надежности иногда соизмерим с затратами в системе электрики.

Работоспособным называют такое состояние объекта, при котором все параметры, характеризующие способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Предельным называют состояние, при котором дальнейшее применение объектов по назначению недопустимо или нецелесообразно либо восста­новление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Нарушение работоспособного состояния объекта называют отказами. Наиболее типичным отказом какого-либо элемента системы электроснабжения считают нарушение изоляции токоведущих частей, приводящее к КЗ и последующему автоматическому отключению этого элемента системой защи­ты. К отказам относят также обрывы проводников; поломку частей, обеспе­чивающих работоспособное состояние; опасный перегрев и другие явления, приводящие к аварийным режимам.

После отказа элементов системы электроснабжения могут потребоваться наладка, ремонт, осмотр, охлаждение до нормальной температуры, замена за­щитных устройств (например, плавких предохранителей) или другие меры восстановления работоспособного состояния. В качестве элемента системы рассматривается объект, представляющий собой простейшую часть системы, способную самостоятельно выполнять некоторые локальные функции. Элементом может быть, например, трансформатор, выключатель, линия пере­дачи.

Наличие или отсутствие повреждений в объектах определяет исправное состояние, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией, или неисправное состояние, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно- технической документации. По способности объекта выполнять заданные функции его состояния подразделяются на работоспособное, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных па­раметров, и неработоспособное, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации.

По характеру исполнения и функционирования объекты могут быть вос­станавливаемыми и невосстанавливаемыми. У первых после отказа работоспособность восстанавливается при ремонте и техническом обслуживании, у вторых восстановление работоспособности считается или является невозможным.

Важнейшие показатели надежности восстанавливаемых объектов: 1) средняя наработка между отказами Т0;2) среднее время восстановления Тв; 3) интенсивность потока отказов λ, определяемая по уравнению

(4.2)

где Ω(t) - математическое ожидание числа отказов за время t.

Величина Ω(t) зависит от времени нахождения объекта в эксплуатации и увеличивается с приближением предельного состояния, с достаточной для практики точностью считают, что в системах электроснабжения, где оборудо­вание характеризуется относительно большим сроком службы (порядка 20 лет и больше) Ω =const. В этих условиях λ = 1/Т.

Коэффициент готовности

(4.3)

Коэффициент вынужденного простоя

(4.4)

Вероятность безотказной работы в течение заданного времени (времени наблюдения) t

(4.5)

Вероятность Nотказов за время t

(4.6)

Приведенные коэффициенты оценивают не единичные свойства, а два-три одновременно. Для одновременной оценки безотказности и ремонтопригод­ности используются: коэффициент готовности - вероятность работоспособного состояния в произвольный момент времени t(вероятность выполнения условия Т >t). Коэффициент простоя оценивает вероятность отказаq(t) и проведения ППР.

Усредненные вероятностные характеристики характерных элементов электрики приведены ниже:

Все математические модели надежности, используемые для количествен­ной оценки, можно подразделить на элементарные, упрощенные, простые и сложные.

Элементарная модель основана на дифференцировании электропри­емников и потребителей по характеру и тяжести последствий нарушения эле­ктроснабжения.

В упрощенной модели различают состояния работы и аварийного ремонта, оцениваемые вероятностными характеристиками. Восстановление после отказа, считающееся неограниченным (полным), осуществляют при ре­монте. Резервирование считается только нагруженным, мощности потребите­лей - детерминированными, особые режимы работы не учитываются.

В простой модели учитывают ППР, возможности восстановления после отказа автоматическими или ручными переключениями и ряд особыхрежимов.

В сложных моделях, практически не используемых в сетях электрики, предлагаются для учета все особенности реальной системы.

Методы расчета надежности могут быть также разбиты на следующие группы; 1) элементарные, когда оценка надежности производится с помощью инженерных (опосредованных) или даже натуральных показателей, не требую­щие использования специального математического аппарата, 2) простые, основанные на использовании эмпирически разработанных аналитических подходов или на логико-вероятностных специализированных топологических и комплексных методах; 3) сложные - общие топологические, матричные и общие аналитические методы расчета надежности

Системный подход заключается в согласовании точности исходных дан­ных, математических моделей и методов их исследования. Качество исходных данных (статистика) о показателях надежности электрооборудования (вместе с показателями ущерба от нарушения электроснабжения и сведениями о режимах работы и ППР) оценивают по точности - ширине доверительного интервала, покрывающего показатель, и по достоверности - вероятности не совершить ошибку при выборе этого интервала. Точность математических моделей надежности оценивают по их адекватности реальному объекту, а точность метода расчета надежности - по адекватности полученного решения идеальному. Исследование точности исходных данных выявило целесообраз­ность их оценки не в целом для системы, а для отдельных иерархических уровней.

Для 1УР-2УР практически отсутствует информация о показателях надеж­ности работы электрооборудования (за исключением двигателей 1УР) и о по­казателях ущерба от нарушений электроснабжения. Для 5УР, 4УР состояние информационной базы удовлетворительно: имеются сведения о надежности элементов; данные об ущербах; возможна оценка последствий ограничения в электроснабжении. Однако отказ оценивается в целом без дифференциации его по факторам и особенностям.

Ограничена информация о режимах электропотребления и режимах рабо­ты оборудования. На 3УР информация существует, но оценка ее точности за­труднительна. Таким образом, при расчете надежности наибольшие затрудне­ния вызывает точность исходных данных С учетом точности особенностей математических моделей и методов их исследования для систем на 1УР-3УР рекомендуются логико-вероятностные методы, а на 4УР-5УР - специализи­рованные логико-топологические и общие топологические методы.

Математическая модель надежности на 1УР-3УР является простой, бинарной, с отказом элементов типа короткого замыкания. Учитывается мощность, пропускная способность и степень требования к надежности электроснабжения. Возможен не только расчет надежности, но и оценка недоотпуска электроэнергии. При этом, как правило, не учитываются планово-предупредительный ремонт, возможности ограничения восстановления, недопустимые режимы работы и др. В этом случае система электроснабжения представляется состоящей из многих звеньев, часть из которых взаимно зависима (отключение одного из них приводит к прекращению работы и остальных), а часть может взаимно резервировать друг друга. Такие взаимные связи изображают на схемах надежности, где взаимно зависимые элементы представляют в виде последовательных, а взаимно резервирующие - в виде параллельных соединений (схема надежности по своей структуре может не совпадать с электрической схемой).

Рис. 4.5. Последовательность преобразования блок-схемы

Последовательность свертывания блок-схемы представлена на рис. 4.5. Показатели надежности блока I (рис. 4.5, б) эквивалентны показателям элементов 1 и 2, блока II - показателям надежности элементов 4 и 5 исходной блок-схемы; блока III - показателям надежности блоков I и III, блока IV - показателям блоков II и III, причем показатели блока IV являются показателями надежности рассматриваемого узла нагрузки.

Для системы, состоящей из mзависимых элементов,

(4.7)

При взаимном резервировании nэлементов

(4.8)

Относительно малые значения параметров потока отказов элементов сис­темы электроснабжения приводят к тому, что применение уже двух взаимно резервирующих элементов или цепей настолько существенно повышает на­дежность системы, что кратность резервирования n> 2 встречается крайне редко.

Рекомендуемыми логико-вероятностными методами (ЛBM) расчета надежности называют методы, в которых математическая модель надежности элементов и системы описывается с помощью функций алгебры логики (ФАЛ), а показатели надежности вычисляют с помощью теорем теории вероятностей.

Расчет надежности с помощью ЛВМ состоит из двух этапов: 1) перехода от словесного описания процесса функционирования системы к формализован­ному; 2) количественного учета показателей надежности элементов для на­хождения показателей надежности системы.

На практике используют логико-аналитический (ЛАМ) и логико-топологический (ЛТМ) методы и таблицы готовых решений.

Первый этап расчета надежности во всех этих методах - нахождение по качественному описанию системы и условиям ее работы (отказа) формализо­ванной записи этих условий через состояние элементов системы. Найденные условия (функции работоспособности (неработоспособности) системы) запи­сываются в аналитической или графической форме это функция минимальных путей (ФМП) или минимальных сечений (ФМС).

Для систем на 4УР-5УР в математической модели надежности элементов, характеристики которых используют при расчете надежности, рассматривают основное силовое оборудование, средства канализации электроэнергии и ком­мутационную аппаратуру. Устройства релейной защиты и автоматики учиты­вают при формулировке условий отказов системы и в характеристиках комму­тационной аппаратуры. Не рассматриваются незначимые элементы, которые из-за своих функциональных свойств, места расположения или показателей надежности практически не влияют на работу системы электроснабжения.

Для уменьшения размерности несколько смежных элементов, отказы и ППР которых приводят к одинаковым последствиям, объединяют в один элемент. Элементы восстанавливаемы и могут находиться в нормальной работе, аварийном ремонте или ППР (ППР не учитывают, если его совмещают электротехни­ческого и технологического оборудования). В аварийный ремонт элементы попадают из-за отказа типа КЗ, для устранения которого требуется локализация места отказа. Вывод в ППР элементов не допускается в нерезервированном режиме работы. Дальнейшее увеличение числа учитываемых факторов и особенностей в математической модели элемента (учет вероятностных характеристик от времени года, нахождения в нагруженном или облегченном резерве, ускоренном выводе из ППР, учет графика нагрузки, большого числа отказов работоспособности, особых режимов работы и другие ценологические ограничения) допустимо осуществлять после обоснования необходимости и возможности такого увеличения с учетом неопределенности исходной информации.

В реальной системе из общего числа отказов (разновидность отказов; спо­собы локализации отказов) не более пяти можно отнести к числу значимых по последствиям, определяющих уровень надежности системы электроснабжения в целом. Значимость отказа характеризуется, с одной стороны, требованием к надежности электроснабжения технологического процесса, а с другой стороны - степенью обеспечения этих требований и в целом определяется оценкой ущерба из-за данного вида отказа.

Наиболее распространенные значимые отказы - полный перерыв электро­снабжения наиболее чувствительных потребителей на время автоматических и ручных переключений и ремонтов. Когда экономической оценкой надежности служат усредненные показатели ущерба, показателем надежности служит вычисленный по активной мощности условный недоотпуск электроэнергии.

Существует много методов повышения надежности. Основной из них - резервирование, т. е. применение дополнительных элементов для обеспечения повышенной надежности, применяется в двух вариантах: 1) жесткое резерви­рование; 2) резервирование путем переключения.

В электрике применяется второй вариант, основанный на автоматическом включении резерва (АВР) и использовании агрегатов гарантированного пита­ния (АГП). АГП - проверенное длительным опытом эксплуатации средство повышения надежности электроснабжения и работы электрооборудования промышленных предприятий. Эффективность работы обеспечивается приме­нением, например, тиристорных выключателей в схемах АВР, увеличением быстродействия приводов выключателей.

Выбор агрегатов гарантированного питания и автономных электростанций небольшой мощности обусловливается требованиями, предъявляемыми к бесперебойности питания потребителей при переключении основных источников питания на аварийные. АГП различаются по мощности, напряжению, роду тока, времени запуска и длительности работы. В качестве первичных источников энергии используются аккумуляторные батареи, дизель-генераторные агрегаты, газотурбинные установки, передвижные автономные электростанции. При отсутствии жестких требований в отношении времени перерыва питания можно использовать автономные электростанции или АГП на базе дизель- генераторов.

Кроме резервирования существуют другие методы, применяемые на практике, например метод, основанный на улучшении ремонтопригодности оборудования и заключающийся в использовании втычных контактов применительно к электроаппаратам. Это резко сокращает время их замены в случае аварии (по сравнению с аппаратами с болтовыми соединениями). Применяется также метод тренировки или «выжигания». Известно, что всякое изделие проходит через три стадии: 1) работа оборудования характеризуется относительно высокой интенсивностью отказов; 2) постоянная интенсивность отказов; 3) интенсивность отказов резко возрастает, что указывает на старение или износ оборудования (фаза износа). Метод тренировки основан на том, чтобы искусственно ускорить прохождение первой и выйти на вторую (рабочую) стадию.

studfiles.net

Надежность электроснабжения потребителей

Экономичность систем электроснабжения

Основные требования, предъявляемые к СЭС

Характеристики основных промышленных потребителей.

При выполнении схем электроснабжения: выбора мест подключения к головным и распределительным подстанциям, линиям энергосистемы, выбора конфигурации сети, необходимо учитывать требования различных групп потребителей к бесперебойности и надёжности электроснабжения.

Электроснабжение предприятия должно обеспечивать:

· бесперебойность электроснабжения,

· качество электроэнергии,

· удобство и безопасность эксплуатации,

· экономичность,

· возможность изменение некоторых параметров сети при развитии предприятии без коренного переустройства сети.

Требования, предъявляемые к системе электроснабжения предприятий, в основном, зависят от характера электрических нагрузок, особенностей технологии производства, климатических условий, загрязненности окружающей среды и других факторов.

Система электроснабжения удовлетворяет требованиям экономичности если затраты на ее создание, эксплуатацию и развитие должны быть минимальны или минимальный срок окупаемости.

Технико-экономические расчеты (ТЭР) выполняется по предприятию в целом, так как основные доходы поступают от реализации продукции основного производства.

При выполнении учебных проектов экономические расчеты при проектировании СЭС предприятия ограничиваются сравнением технических решений. При сравнении вариантов необходимо, чтобы они были технически равноценны и экономически сопоставимы.

При равенстве показателей вариантов или незначительной разнице (5-10 %) следует отдавать предпочтение тому варианту, у которого лучше качественные показатели, который более перспективен с точки зрения развития предприятия (например, с более гибкой и удобной в эксплуатации схемой, новейшим оборудованием и т.п.).

Надежность любой системы – это ее свойство выполнять заданные функции в заданном объеме и требуемого качества при определенных условиях функционирования. Применительно к СЭС одной из основных функций является бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией в необходимом количестве и установленного качества. Надежность является сложным комплексным свойством и в зависимости от назначения объекта и условий функционирования может включать ряд единичных свойств (отдельно или в сочетании), основными из которых являются: сохраняемость, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, режимная управляемость, устойчивость и живучесть.

Требования, предъявляемые к системе электроснабжения в отношении надёжности, зависят от характера электроприёмников потребителей и делятся на категории:

1. п е р в а я категория – электроприёмники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции с большим экономическим ущербом. Такие электроприёмники должны иметь два независимых источника питания, а перерывы в электроснабжении допускаются лишь на время ввода резервного питания.

В этой категории выделяются объекты, требующие особо повышенной надёжности питания, перерывы электроснабжения которых угрожают жизни людей или могут приводить к взрывам и экологическим катастрофам. Для таких потребителей необходимо наличие трёх независимых источников питания.

2. в т о р а я категория – электроприёмники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой массовый недоотпуск продукции, простой рабочих, механизмов, нарушение нормальной деятельности значительного количества жителей. Для этой категории потребителей допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания действиями обслуживающего персонала, но не более 3,5 часа.

3. т р е т ь я категория – все остальные потребители: неответственные нагрузки, жилищный сектор, небольшие посёлки, мелкие предприятия и т. п. Для потребителей третьей категории допускаются перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта повреждённого элемента сети, но не более чем на 24 часа.

Для характеристики надежности объектов энергетики определяются основные показатели надежности: параметр потока отказов, время восстановления, и вспомогательные – частота ремонтов и их продолжительность. Показатели надежности определяются для узла нагрузки главной схемы СЭС с учетом режима работы СЭС (нормальный, аварийный, послеаварийный).

Для определения оптимального уровня надежности электроснабжения потребителей необходимо знать величину ожидаемого годового ущерба при перерывах электроснабжения, который определяется особенностями технологического процесса с учетом частоты и длительности перерывов электроснабжения.

Основные способы повышения надежности СЭС:

- повышение надежности источников питания;

- повышение надежности отдельных элементов СЭС;

- уменьшение числа последовательно включенных элементов в СЭС;

- усовершенствование релейной защиты и автоматики СЭС;

- совершенствование системы технического обслуживания и ремонта электроустановок;

- повышение квалификации обслуживающего персонала.

Таким образом, повышение надежности СЭС является комплексной задачей, которая может быть решена на основе технологического и экономического анализа режимов СЭС, условий ее функционирования.

studopedia.su

Показатели надежности электроснабжения

Мощность, перспективы развития, назначение электроустановки и прочие факторы влияют на определение степени надежности электроснабжения. Способность системы электроснабжения и ее элементов выполнять поставленные задачи по обеспечению электрической энергией предприятий, бытовых потребителей, не приводящие к срыву плана производства, обесточиванию целых жилых кварталов городов и сел, а также не приводящие к авариям в технологических и электрических частях промышленных предприятий – это все характеризует надежность электроснабжения. Также она может быть охарактеризована ущербом, нанесенным при перерыве электропитания, продолжительностью ремонта, временем безотказной работы и другими факторами.

Содержание:

Основные факторы влияющие на надежность систем электроснабжения

Число отказов от нормальной работы в год определяет степень повреждаемости системы. Повреждаемость состоит из повреждаемости оборудования (электрические машины и аппараты, кабели, трансформаторы, бытовые устройства и системы), возникающей из-за ошибок обсуживающего персонала, нарушения правил эксплуатации устройств, наличие агрессивных сред на производстве, ошибок при проектировании и монтаже. При проведении расчетов надежности проектируемого объекта обязательно учитываются два ключевых фактора: безотказность системы и ее ремонтопригодность.

Непрерывная безотказная работа в течении какого-то промежутка времени при нормальных условиях эксплуатации называют безотказностью. Примером может послужить интенсивность отказов для установки, вероятность безотказной работы, но этот пример для не ремонтируемых устройств или заменяющихся после первого отказа. А наработка на отказ, количество отказов – это для ремонтируемых устройств. Среднее время безотказной работы за какой-то промежуток времени – это наработка на отказ.

Предупреждение, обнаружение и своевременное  устранение неисправностей путем проведения технических обслуживаний и ремонтов – это ремонтопригодность. Примером ремонтопригодности может послужить среднее время восстановления, вероятность проведения ремонта в указанные сроки.

Режим работы, при котором возможно исчезновение напряжения питания (ввод резервного питания) не приводящие к расстройству технологических циклов и процессов, не приводят к значительному ущербу и возникновению опасности аварийных ситуаций называют бесперебойным питанием.

Обеспечение надежной работы электроприемников

Для обеспечения надежной работы ответственных потребителей электрической энергии при нормальных и послеаварийных режимах необходимо:

  • Максимально уменьшить число и продолжительность перерывов в электроснабжении;
  • Качество электроэнергии должно быть удовлетворительным, для обеспечения устойчивой работы ответственных агрегатов если режим электроснабжения нарушен;

Надежность систем электроснабжения, в первую очередь, определяется конструктивными и схемными решениями при построении данных систем. Также не последнюю роль в повышении надежности систем электроснабжения играет разумное использования резервных источников питания, надежность работы каждого элемента систем, в частности электрооборудования. К сожалению именно надежность электрооборудования является ключевым фактором при возникновении чрезвычайных происшествий. Эти факторы, к сожалению, в минимальной степени зависят от проектировщика. Наиболее оптимальное решение не может быть принято без хорошего знания и учета всех особенностей проектируемых предприятий.

Сравнение влияния перерывов в электроснабжении на производственный цикл промышленных предприятий

Как известно каждое производство имеет свои особенности технологических процессов. Брак продукции, порча электрооборудования, возникновения ситуаций угрожающих жизни и здоровью людей – это все возникает при перерыве в электроснабжении. Причем время перерыва может составлять до 30 минут на одних предприятиях, а на других 2-3 часа и более. Также отличие есть и во времени, необходимом для восстановления нормального производственного цикла после перерыва питания электроэнергией. Это время может колебаться от 5 минут до 2 часов, а иногда и более.

Некоторые производства после восстановления электропитания работают с пониженной производительностью (бумагоделательные машины) от нескольких часов до нескольких суток. Если происходит перерыв питания прокатного стана хотя-бы на 10-15 минут, это не приведет к массовому браку продукции, но из-за перерыва в работе стана нарушится технологический процесс. Слитки, подготовленные к прокату, за время останова остынут. Их необходимо подогреть, что приведет к финансовым затратам, а в плавильных печах необходимо поддерживать постоянную температуру даже на время простоя стана, что ведет дополнительным тратам на топливо. После восстановления напряжения питания прокатного стана необходимо не менее 1 часа для восстановления нормального технологического цикла.

Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на азотно-туковом заводе:

Где tэ – время прерывания электроснабжения часов, tп – время восстановления нормального цикла производства. Как упоминалось выше, при перерыве подачи электроэнергии восстановления нормального цикла производства для каждого цеха может иметь разное время. Ниже приведен график зависимости восстановления технологического процесса на заводе по производству синтетического спирта и полиэтилена:

Где tэ – время прерывания электроснабжения часов, tп – время восстановления нормального цикла производства, 1 – цех пиролиза, 2 – цех газораспределения, 3 – цех гидрации и ректификации спирта, 4 – цех полиэтилена низкого давления, 5 — цех полиэтилена высокого давления.

Также перерывы в подаче электрической энергии ведет к нарушению технологических процессов, что существенно влияет на выпуск продукции. Ниже приведен график изменения технологического параметра при перерыве электроснабжения:

Чтобы сохранить бесперебойную работу технологической установки необходимо не превышать продолжительность перерыва tпер. больше допустимого tдоп.т., с одной стороны и величину допустимую по условиям самозапуска (например приводного электродвигателя) tдоп.э.:

Повышение надежности электроснабжения

Для повышения надежности электроснабжения необходимо изучить все возможные варианты систем электроснабжения. Учесть все возможные влияния на безотказную работу электрооборудования, проанализировать количество и технологические параметры приемников особой категории, изучить влияние агрессивных сред (при их наличии) на системы питания. Также при резервировании нужно учитывать время ввода резерва, чтобы избежать нарушений в технологических процессах и не создавать аварийных ситуаций. Немаловажную роль играет правильный выбор электрооборудования, а также при эксплуатации своевременное проведение ремонтов и обслуживания электрооборудования.

elenergi.ru

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Надежность является комплексным свойством, состоящим из более элементарных:

безотказности — свойства объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени;

ремонтопригодности — свойства объекта, заключающееся в приспособленности к обнаружению и устранению возникающих отказов.

Укажем еще на долговечность — свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта — и на сохраняемость — свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, после хранения и (или) транспортирования.

Заметим, что часто свойство безотказности полностью отождествляется с надежностью: «что чаще отказывает, то менее надежно». Но это не совсем так. Важно быстро обнаружить и устранить возникший дефект, вернуть элемент в работоспособное состояние или заменить другим — исправным: ремонтопригодность является неотъемлемой характеристикой надежности. О надежности объекта можно судить по величине интегральных критериев надежности. Надежность оценивается количественно как вероятность того, что характеристики объекта будут находиться в переделах технических норм на протяжении заданного периода времени при заданных условиях эксплуатации.

Количественная оценка надежности позволяет сравнивать различные виды оборудования, установок и систем электроснабжения по их надежности; задавать требования по надежности для вновь разрабатываемого оборудования; рассчитывать надежность установок и систем по надежности входящих в них блоков и элементов; выявлять наименее надежные элементы оборудования, установок и систем; проводить анализ структурных схем оборудования и установок в смысле надежности и разрабатывать наиболее надежную структурную схему; оценить сроки службы оборудования и установок, а также необходимое количество запасных частей и объем профилактического обслуживания и ремонта; определять ожидаемый ущерб от перерывов в электроснабжении.

Перечисленные задачи впрямую не отражены в ПУЭ из-за отсутствия единого «инженерного» подхода, разнообразия обозначений показателей надежности и даже смешения понятий. Но ПУЭ требует осуществлять проектирование и выбор схем, компоновок и конструкций электроустановок на основе технико-экономических сравнений вариантов. Это означает необходимость намечать два и более технически допустимых варианта с дальнейшим технико-экономическим сравнением. Намечаемые варианты могут иметь существенно различные показатели надежности.

Все технические изделия, входящие в состав оборудования электроустановок, можно разделить па изделия многократного (восстанавливаемые) и однократного (не восстанавливаемые) использования. Вторые после отказа заменяют новыми, первые ремонтируют, восстанавливая их работоспособность. Функционирование восстанавливаемого элемента может быть представлено за длительный период времени графически потоком отказов и восстановлений (рис. 12.1); характеристикой таких процессов являются случайные величины Т, Тв, Т0.

Потоки отказов обладают рядом свойств. Поток называется ординарным, если вероятность совмещения двух или более событий в один и тот же момент времени настолько мала, что практически такое совмещение является невозможным; потоком без последействия, если число событий на данном интервале времени не зависит от числа событий, произошедших на предыдущем интервале.

Ординарные потоки без последействия называются пуассоновскими потоками. Они могут быть стационарными и нестационарными. Стационарным называется поток, если число событий за

Рис. 12.1. Графическое изображение потоков отказов и восстановлений:

Т — наработка на отказ, время безотказной работы, т.е. продолжительность работы элемента до очередного отказа; Тв — время (продолжительность) восстановления элемента после отказа; Т0 — время (продолжительность) между последовательными событиями отказа и восстановления интервал времени Д/ зависит только от длительности этого интервала, но не зависит от I — времени наступления этого интервала. Стационарный пуассоновский поток называется простейшим.

Доказать стационарность потока можно только путем статистической обработки результатов наблюдения. В практических расчетах полагают, что если оборудование или установка состоит из большого числа деталей, каждая из которых может отказать лишь с малой вероятностью, и эти отказы для разных деталей независимы между собой, то суммарный поток отказов может считаться простейшим.

Многочисленными наблюдениями установлено, что если отказы элементов сети возникают при воздействии на них нерасчетных нагрузок (попадание молнии в воздушную ЛЭП, повреждение КЛ при земляных работах, ошибочные действия персонала при переключениях в РУ и т.д.), то такой поток отказов является простейшим. Основную часть времени эксплуатации занимают именно такие отказы. Однако нестационарность потока отказов наблюдается, во-первых, для приработочных отказов сразу после пуска электроустановки в эксплуатацию, когда выход из строя объясняется наличием бракованных элементов и дефектов монтажа; во-вторых, при старении и износе элементов, когда они начинают отказывать, и при воздействии расчетных нагрузок. Обычно наблюдается и сезонная нестациоиар- ность потока отказов, поэтому в качестве расчетной единицы продолжительности принят один год.

Безотказность и ремонтнопригодность обычно оценивают следующими единичными показатели безотказной работы.

1. Вероятность безотказной работы, т.е. вероятность того, что при заданных условиях работы не произойдет отказа, или вероятность того, что время безотказной работы Т объекта будет больше или равно времени наблюдения /:

Статистически этот параметр может оцениваться следующим способом. Пусть под наблюдением находятся У0 одинаковых работающих объектов. К некоторому моменту времени из-за отказа части их в работе останется А'(/) < А0. Тогда статистическая оценка вероятности р([) определяется как

Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характеристика является функцией времени, причем она является убывающей функцией (далее показано, что это экспонента) и может принимать значения от 1 до 0.

2. Вероятность отказа — вероятность того, что в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ, или вероятность того, что время безотказной работы Т будет меньше времени наблюдения V.

Заметим, что q{t) как функция времени обладает всеми свойствами интегральной функции распределения случайной величины — времени безотказной работы. Соответственно существует дифференциальная характеристика (см. следующий пункт).

3. Плотность вероятности времени безотказной работы

Верно соотношение

4. Интенсивность отказов представляет собой условную плотность вероятности возникновения отказа, определяемую для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник:

где dq(t) — условная вероятность отказа элемента или системы на интервале dt при условии, что он не отказал на интервале (0, /); dq(t)/dt — безусловная вероятность отказа элемента на интервале d/.

Статистическая оценка может быть найдена как

где N(t), N(t + At) — количество оставшихся в работе объектов в соответствующие моменты времени; At — интервал времени наблюдения.

Решая уравнение (12.6) относительно p(t), получаем экспоненциальный закон надежности

Если рассматривать период нормальной работы элемента (исключая приработку и старение), то можно считать X постоянной величиной. Тогда при А. = const вероятность безотказной работы объекта за время / составит

Таким образом, функция распределения времени безотказной работы является экспоненциальной функцией. Существенной особенностью экспоненциального закона является следующее: вероятность безотказной работы на данном интервале [/], /2] не зависит от времени предшествующей работы, а зависит только от длины интервала At = /2 - 1- Другими словами, если известно, что в данный момент времени объект исправен, то будущее его поведение не зависит от прошлого. Важно отметить, что если объект отработал, предположим, время t без отказа, сохранив X = const, то дальнейшее распределение времени безотказной работы будет таким, как в момент первого включения.

Поясним физический смысл: экспоненциальное распределение верно, если отказы возникают как следствие воздействия «пиковых», нерасчетных нагрузок или случайных внешних условий, т.е. отказ возникает не как следствие постепенного изменения внутреннего состояния элементов системы, а лишь как следствие внешнего случайного воздействия, имеющего величину больше допустимого. При этом уровень предельно допустимой нагрузки остается постоянным, не учитываются приработочные отказы и отказы, обусловленные износом и старением.

5. Наиболее простой для получения характеристикой является средняя наработка до отказа или время (продолжительность) безотказной работы:

что приводит после интегрирования по частям к выражению

Таким образом, средняя наработка до отказа графически представляет собой площадь, лежащую под графиком функции p(t). Статистическая оценка средней наработки до отказа при N(t) * 0 может быть получена как

где Iqi — время до отказа /'-го объекта; t — время наблюдения за NQ объектами.

При X = const

Приведенные показатели относятся к восстанавливаемым и к певосстанавливаемым элементам. Восстанавливаемые элементы характеризуются также вероятностью восстановления элемента за время /, вероятностью невосстановления элемента за время /, плотностью вероятности времени восстановления, интенсивностью восстановления ц, 1/год, временем восстановления Тй, ч (год). При ц(/) = = ц= const

Для стационарных потоков событий равиовозможно использование интенсивности отказов X (1/год) и параметра потока отказов оз (1/год):

Характеристика восстановления в справочной литературе численно определяется Тв, ч (год), продолжительностью восстановления элемента после отказа.

Используют также интегральные показатели надежности: Кг — коэффициент готовности и Кв — коэффициент вынужденного простоя, которые можно интерпретировать как среднюю вероятность застать систему соответственно в рабочем и отказовом состоянии:

Для высоконадежных элементов электроснабжения, когда Т » Тв, коэффициент вынужденного простоя равен произведению интенсивности отказов на среднее время восстановления после одного отказа:

Определение числа часов отключения в год требуют Правила функционирования розничных рынков электрической энергии в зависимости от категории по надежности:

Для определения выходного эффекта (ожидаемого ущерба) при сравнении схем можно определять любой из указанных коэффициентов, при этом просто будут отличаться расчетные выражения. С вычислительной точки зрения оперировать лучше с коэффициентами вынужденного простоя, так как они близки к нулю (а не к единице, как коэффициенты готовности): на них меньше сказываются ошибки округления, можно использовать меньше значащих цифр в числе.

Page 2

Различают следующие схемы соединения элементов по надежности: последовательные; параллельные, где число параллельных цепей питания не превышает двух; мостиковые, а также схемы, требующие полного перебора состояний системы. Последовательное и параллельное соединение в смысле надежности не всегда совпадает с электрическим смыслом. Для определения схемы соединения в смысле надежности требуется профессионально-логический анализ, ориентированный па поиск причин выхода из строя оборудования, релейной защиты и автоматики и на определение соответствующего выходного эффекта.

В качестве примера рассмотрим радиальную (см. рис. 5.1) и магистральную (см. рис. 5.2) схемы питания цеховых ТГ1. Если каждый элемент может пропустить всю мощность, необходимую ТП, то схема замещения радиальной сети в смысле надежности совпадает с таковой в электрическом смысле и практически одинакова для всех трех цеховых подстанций. На рис. 12.2 показана схема замещения для одной подстанции: надежность питания каждой цеховой ТП зависит от надежности питания элементов, по которым электроэнергия поступает в цех, причем имеются взаимно резервирующие (параллельные) цепи.

Рис. 12.2. Схема замещения по надежности радиальной схемы питания одной цеховой подстанции

Рис. 12.3. Схема замещения по надежности магистральной схемы питания одной цеховой подстанции

Однако схема замещения в смысле надежности магистральной СЭС значительно отличается от электрической схемы замещения. Пусть каждый элемент может пропустить всю мощность, необходимую ТП. Надежность питания, например, ТП-1 будет зависеть от отказов КЛ, питающих и ТП-2, и ТП-3, хотя электроэнергия по этим КЛ не поступает к ТП-1 (см. рис. 5.2). Это связано с тем, что при КЗ в любой КЛ будет отключаться головной выключатель в начале магистрали, питающий все три ТП. Поэтому схемы замещения в смысле надежности всех трех ТП будут содержать все КЛ, т.е. будут практически одинаковыми (за исключением индивидуальных показателей надежности трансформаторов и разъединителей па каждой подстанции). На рис. 12.3 показана схема замещения магистральной сети для одной подстанции.

Последовательное соединение в смысле надежности — система, состоящая из п последовательных элементов, которая отказывает в тех случаях, когда отказывает любой из п элементов. Точное и приближенное выражения для определения показателей надежности системы:

где Кв I — коэффициент вынужденного простоя /'-го элемента.

В расчетах схем возникает необходимость определения эквивалентной интенсивности отказов и эквивалентного времени восстановления, которые для последовательного соединения равны:

Указанные показатели отражают средние значения для конкретной схемы. Например, для системы из двух последовательных элементов с Гв| = 5 ч и Тв2 - 20 ч среднее время восстановления находится в этом интервале (в зависимости от значений интенсивности отказов элементов и А.2); расчет даст результат, например, Твс = 10 ч, который никогда не будет наблюдаться в данной системе. Однако усредненное время восстановления за несколько лет наблюдений будет стремиться к этой величине.

Параллельное соединение в смысле надежности — система содержит п взаимно резервирующих объектов, а для нормального функционирования системы требуется п - т взаимно резервирующих объектов. Отказ системы произойдет при отказе п - (т + 1) объектов. Заметим, что электрически параллельное соединение совпадает с таковым в смысле надежности только в случае, если каждая из параллельных цепей может пропустить всю мощность, необходимую нагрузке.

Для двух взаимно резервирующих объектов запишем выражения

Слагаемые ^Кв2 и ^-2^в имеют смысл среднего числа отказов системы во время отказового состояния соответственно второго и первого элемента. Время восстановления системы определяется по выражению (12.23).

Проведение профилактических ремонтов оборудования СЭС предусматривает отключение элементов, изменение схем коммутации, что приводит к изменению уровня надежности схемы. Преднамеренные отключения элементов проводятся не только с целью ремонта, но и (в частности, для ЛЭП) по заявкам других организаций (например, строительных). Факторы, влияющие на формирование частоты и продолжительности преднамеренных отключений несколько иные, чем те, которые формируют поток и продолжительность аварийных отключений. Например, продолжительность преднамеренных отключений для ремонта определяется в основном правилами технической эксплуатации, регламентами и другими нормативными документами. Однако полагают, что в общем случае частота и продолжительность преднамеренных отключений элементов СЭС зависят от случайных факторов, поэтому в расчетах надежности преднамеренные отключения задают аналогично аварийным отключениям: либо параметром потока преднамеренных отключений соп, 1/год, либо интенсивностью преднамеренных отключений А.п, 1/год, и их средней продолжительностью Тп, ч (год). В системах с последовательным соединением элементов для уменьшения вероятности отключенного состояния и числа перерывов электроснабжения стремятся совместить преднамеренные отключения элементов с целью проведения профилактических ремонтов.

Для линейных элементов системы не встречаются случаи с более чем двумя параллельными цепями питания. Однако схемы выдачи электроэнергии на электростанциях, питание некоторых технологических процессов могут потребовать применения большего числа параллельных цепей, причем состоящих из однотипных элементов (производство моющих средств, например, для нормальной работы технологического процесса требует одновременной работы не менее четырех компрессоров из шести существующих).

Для системы из двух элементов коэффициенты всех возможных состояний получаются, если раскрыть произведение биномов, характеризующих все возможные состояния каждого элемента:

где знак «+» (внутри скобки) — элемент может находится или в рабочем состоянии, или в нерабочем; знак «х» (между скобками) — ищем вероятности для системы из двух элементов, т.е. вероятности и первого, и второго. Раскроем скобки:

где произведения обозначают вероятности застать систему в следующих состояниях: КтКт2 — когда оба элемента в работе; КтКй2 — когда первый в работе, второй в отказе; Кв]Кг2 — когда первый в отказе, второй в работе; Кв]Кв2 — когда оба элемента отказали.

Page 3

Для выбора варианта на основе технико-экономического сравнения по техническим показателям надежности часто вычисляют ожидаемый ущерб. Существует большое количество методов расчета, что обусловлено различными подходами, которые применяют исследователи, а также весьма разнообразными экономическими характеристиками отдельных потребителей и узлов нагрузки в целом. Рассмотрим наиболее простые методы, которые дают представление обо всем комплексе расчетных методов и приводят к удовлетворительным результатам. Уточнение методов учета ущерба сдерживается точностью исходных данных, которая не превышает 10 %, но этого в общем случае достаточно для сравнения вариантов.

Чаще всего используют расчет ущерба по недополученной электроэнергии:

где У — ожидаемый годовой ущерб от ненадежной работы, руб/год; уЦ — удельный ущерб по недополученной электроэнергии,

руб/(кВт’ч); ДIV — недополученная за год электроэнергия при ненадежной работе системы, кВт • ч/год.

Когда в аварийном режиме электроснабжение потребителя прекращается полностью, объем недополученной электроэнергии равен

где — годовое потребление электроэнергии, кВт’ч/год; Квс — коэффициент вынужденного простоя системы электроснабжения.

Годовое электропотребление объекта при проектировании может быть вычислено либо по известной наибольшей (максимальной) нагрузке Рм, кВт, и числу часов использования максимума Гм, ч/год (находится из справочной литературы по известному виду производства):

либо по объемам продукции, намечаемой к производству Г) (в принятой системе исчисления, например, тонны, кубические метры, штуки и др.), и известным удельным расходам и» ?, кВт • ч/ед.:

либо по среднегодовой мощности потребителя Рср кВт, и продолжительности года в часах (Тг = 8760 ч):

Запишем одно из возможных выражений для определения ожидаемого ущерба, подставив выражения (12.28) и (12.29) в формулу (12.27):

Ущерб может быть также определен по недополученной мощности:

Р „

где у0 — удельный годовой ущеро по недополученной мощности, руб/(кВт • год).

Использование того или другого метода обусловлено наличием

г IV Р

исходных данных по удельным ущероам у0 и у0 , которые приводятся в справочной литературе по видам производств (буквенные обозначения могут отличаться).

Требует особого рассмотрения ситуация неполного ограничения электроснабжения, вызванного отказами элементов. Обычно такая ситуация складывается, когда имеются две электрически параллельных цепи, пропускная способность каждой из которых (или одной из двух) меньше всей мощности, необходимой потребителю. При отказе одной цепи потребитель понесет ущерб от недополучения энергии (мощности). В этом случае необходимо рассматривать не только вероятность состояния полной потери питания (т.е. отключения двух цепей), но и вероятности состояния отключения каждой цепи, что необходимо для определения ущерба, соответствующего каждому состоянию. Общий ожидаемый ущерб определяется при этом как сумма ущербов каждого состояния.

Определение ожидаемого ущерба, когда не происходит полного ограничения электроснабжения, проводится по тем же выражениям, однако следует использовать недополученные энергии и мощности, соответствующие каждому состоянию. Например, если состояние приводит к ограничению в пропускной способности до е, %, то ограничение в потреблении будет ^ (1 - е/100), мощности — Рм(1 - е/100).

  • 1. Какими терминами характеризуют надежность систем электроснабжения? Поясните смысловую разницу между ними.
  • 2. Какими количественными показателями оценивают надежность?
  • 3. Сравните последовательное и параллельное соединения элементов с точки зрения надежности.
  • 4. Составьте схему по надежности для заданного преподавателем фрагмента схемы электроснабжения.
  • 5. В каких случаях необходимо определение ущерба от недоотпуска электроэнергии?
  • 6. Перечислите способы расчета ожидаемого ущерба от перерыва электроснабжения.

ozlib.com

В.2. Требования к надежности электроснабжения потребителей

В соответствии с Техническим кодексом установившейся практики ТКП 339-2011 [20] все электроприемники по степени обеспечения надежности электроснабжения подразделяются на три категории.

К электроприемникам I категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, нарушения сложного технологического процесса и функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для обеспечения безаварийного производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

К электроприемникам II категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских или сельских жителей.

К электроприемникам III категории относятся все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и II категории.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, и перерыв в их электроснабжении (при нарушении электроснабжения от одного из источников питания) может быть допущен лишь на время автоматического ввода резервного питания. Независимыми источниками питания могут быть две секции или системы шин одной либо двух электростанций и подстанций. Каждая секция или система шин должна иметь питание от независимого источника. Секции не должны быть связаны между собой или иметь связь, отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций. В качестве второго независимого источника могут использоваться автономные источники питания (дизельные электростанции, аккумуляторные батареи) и резервные связи по сети напряжением 0,38 кВ от ближайших ТП, питающихся по сети напряжением 6...20 кВ от другого независимого источника.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого резервирующего источника питания, т.е. от местных электростанций, электростанций энергосиситем (в частности, шин генераторного напряжения), аккумуляторных батарей, специальных агрегатов бесперебойного питания.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания. Здесь при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой. Продолжительность перерыва электроснабжения определяется договором на поставку электроэнергии.

Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более одних суток, а также по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного резерва и возможности замены поврежденного трансформатора за время не более одних суток допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы в электроснабжении, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают одних суток.

Требования к надежности электроснабжения устанавливаются применительно к вводному устройству электроприемника или группы электроприемников (потребителя), поэтому степень резервирования элементов системы электроснабжения определяется исключительно необходимостью выполнения указанных требований по надежности электроснабжения.

Под группой электроприемников понимается их совокупность, характеризующаяся одинаковыми требованиями к надежности электроснабжения (электроприемники операционных, родильных отделений и др.). В отдельных случаях в качестве группы электроприемников могут рассматриваться потребители в целом (водонапорная насосная станция, школа, детский сад и т.д.).

Электроприемники II и III категории должны иметь автономный источник (аккумуляторную батарею) для питания устройств пожарной, охранной сигнатизации.

ozlib.com

Электрические сети и системы - Надежность электроснабжения потребителей

НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ

Основным назначением электрических систем в целом и в частности электрических сетей является обеспечение достаточно обоснованного надежного электроснабжения потребителей. Перерыв электроснабжения вообще является нежелательным, а в ряде случаев может привести к весьма неприятным последствиям — нарушению нормального функционирования установок связи и транспорта, технологических процессов промышленных предприятий, нормальных условий жизни и деятельности населения. В связи с этим могут иметь место аварии на транспорте, порча ценного оборудования и брак продукции на промышленных предприятиях и т. п. Для предотвращения этого при проектировании и эксплуатации электрических сетей и систем принимают специальные меры для улучшения работы всех их элементов и повышения надежности электроснабжения потребителей. Очевидно, что эта мероприятия требуют вложения дополнительных материальных и .денежных средств на сооружение резервных элементов, применения специальных устройств защиты и автоматики, более тщательного надзора за работой электроустановок в период их эксплуатации и т. д. Естественно, что вопросы обеспечения надежности электроснабжения необходимо решать в зависимости от типа потребителей, характера местных условий и т. п. Эти вопросы регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [Л. 34]. Для менее ответственных потребителей, у которых это не связано с тяжелыми последствиями, разрешается иногда иметь перерыв электроснабжения. Однако такие перерывы не должны быть длительными и не должны повторяться часто. Особо ответственные потребители, прекращение питания которых может привести к опасности для жизни людей и аналогичным явлениям, не должны иметь перерыва в электроснабжении. Для прочих потребителей вопрос об обеспечении необходимой степени надежности электроснабжения решается на основании соответствующего технико-экономического анализа (см. гл. 6).  

При этом оценивается экономическая соразмерность дополнительных за- трат на повышение надежности работы элементов системы и народнохозяйственного ущерба, получаемого при отсутствии указанных дополнительных мероприятий. В связи с этим особое значение имеют мероприятия по повышению надежности не требующие значительных дополнительных затрат. К ним, в частности, относится применение устройств защиты и автоматики, стоимость которых значительно меньше стоимости резервных элементов сети. Такие мероприятия должны быть использованы в первую очередь. При оценке надежности электроснабжения следует различать необходимый резерв, который должен быть обеспечен на электростанциях и в электрической сети. Следует иметь в виду, что эти два вида резерва взаимно связаны: имеющийся на электростанции резерв в генераторной мощности не сможет быть реализован, если пропускная способность соответствующей сети будет недостаточной, и наоборот. Резерв мощности на электростанциях необходим в связи с особенностями производства электроэнергии. При увеличении нагрузки потребителей должна быть увеличена мощность источников питания и наоборот. Практически в настоящее время электроэнергия не может быть запасена заранее. Исключение составляют некоторые новые типы электроустановок, например гидроаккумулирующие электростанции, которые должны получить определенное развитие в будущем. Однако мощности этих установок будут, по-видимому, относительно небольшими. Таким образом, в электрической системе в целом и в отдельных ее узлах в любой момент времени должен быть обеспечен баланс генерируемой и потребляемой мощностей. Во всех режимах также должен иметься определенный резерв мощности, реализуемый при соответствующем росте нагрузок.

Кроме резерва мощности на электростанциях системы должен также иметься резерв по энергии. Это значит, что следует рассматривать работу электрической системы не только для отдельных режимов, но и за длительный период, например за год. При этом на ТЭС должен быть обеспечен соответствующий запас топлива, а на ГЭС— запас гидроэнергии. Например, на ГЭС с небольшим объемом водохранилища имеющийся годовой запас воды может обеспечить круглосуточную работу части генераторов с неполной нагрузкой или работу всех генераторов с полной нагрузкой в течение нескольких часов ежесуточно. В этих условиях вопрос о целесообразных режимах работы дайной ГЭС должен решаться с учетом получения наибольшей экономической эффективности работы всех электростанций и сетей системы за длительный период. При оценке величины необходимого резерва следует учитывать не только нормальные режимы работы, но также послеаварийные и ремонтные режимы. Все элементы системы должны периодически отключаться для проведения профилактических или планово-предупредительиых, а также капитальных ремонтов. Эти отключения производятся по специальному плану. Ремонты генераторов приурочиваются к режимам меньших нагрузок, например, в летний период. Для предотвращения отключения потребителей при ремонтах электрических сетей необходимо предусматривать резерв по сети, т. е. наличие резервных линий и трансформаторов. Помимо учета отключений элементов системы для ремонтов необходимо иметь в виду, что каждый элемент системы — генератор, линия, трансформатор, выключатель и т. п., в процессе эксплуатации может быть поврежден. Эти повреждения связаны прежде всего с внешними условиями работы линий и оборудования — климатическими, наличием атмосферных и коммутационных перенапряжений, возможностью механических повреждений и др. Кроме того, следует считаться с наличием внутренних дефектов, полученных при изготовлении или монтаже, вследствие старения изоляции за длительный период работы оборудования и т. п. (см. § 5-2). При повреждении какого-либо элемента в электрической сети или системе в целом возникают быстропротекающие переходные процессы (они изучаются в специальных курсах). При этом параметры режима значительно отличаются от допустимых. Это затрудняет или делает невозможной работу ЭП, оборудования сети и т. п. В связи с этим поврежденные элементы должны быть возможно быстрее обнаружены и отключены на период устранения повреждений. Период аварийного ремонта может исчисляться несколькими часами, необходимыми, например, для замены повреждений гирлянды изоляторов ВЛ. Иногда аварийный ремонт может длиться несколько суток или даже недель, например при пробое изоляции обмоток трансформатора или генератора. Для обеспечения электроснабжения потребителей при этом также должны использоваться резервные элементы. Задачи выявления и отключения поврежденных элементов, включения резервных элементов и производства некоторых дополнительных операций по изменению схем сети и т. п. должны обеспечиваться устройствами защиты и автоматики. При их правильной, четкой и быстрой работе может в значительной степени снизиться продолжительность перерывов электроснабжения потребителей в случаях повреждений элементов сетей и систем. Практически вопросы повышения надежности электроснабжения потребителей решаются в двух аспектах. При проектировании электрических сетей (с.м. § 5-4) на основании технико-экономического анализа выбираются схемы соединений линий. При этом учитываются особенности схем станций и подстанций, вероятность повреждения отдельных элементов системы, формулируются требования к устройствам защиты и автоматики, применяются соответствующие меры по обеспечению необходимой координации изоляции линий и оборудования подстанций.

При эксплуатации электрических сетей (см. § 5-5) проводятся контроль за состоянием оборудования и профилактические испытания его изоляции, а также своевременные планово-предупредительные и капитальные ремонты, принимаются меры к возможно более быстрому отысканию поврежденных участков сети и устранению повреждений.

Page 2

Подробности Категория: Учеба

Климатические условия существенно влияют на работу ВЛ и оборудования подстанций, устанавливаемого на открытом воздухе — в открытых распределительных устройствах (ОРУ). Они во многом способствуют возникновению повреждений. Опыт эксплуатации показывает, что ВЛ имеют наибольшую повреждаемость из всех элементов электрических сетей. Поэтому при проектировании и эксплуатации ВЛ и ОРУ очень важно тщательно оценивать влияние климатических условий.

К климатическим условиям, влияющим на работу ВЛ и оборудования подстанций, относятся: грозовые явления, изменения температуры, действие ветра, гололедные образования, загрязнение воздуха, сопротивление грунта и т. п. Интенсивность изменения этих условий зависит от времени года, географического местоположения объекта и т. д. При грозовых явлениях в электрических сетях возникают кратковременные перенапряжения, которые во многих случаях могут быть недопустимыми. Повышение температуры приводит к удлинению проводов, увеличению их стрелы провеса и снижению расстояний между проводами и от проводов до земли, т. е. к понижению надежности и безопасности работы линии. При значительном понижении температуры длина проводов сокращается и в них могут возникнуть недопустимые механические напряжения. Действие ветра создает дополнительную механическую нагрузку на провода, тросы и опоры, что в ряде случаев утяжеляет и удорожает конструкцию ВЛ. В определенных условиях под влиянием ветровой нагрузки возникают колебания проводов. При небольшой их амплитуде происходит вибрация проводов, приводящая к «усталости» материала, а затем и к его разрушению. Колебания с большой амплитудой — «пляска» проводов, создают значительные дополнительные механические усилия. При этом могут иметь место схлестывание и обрыв проводов, поломка опор. При определенных атмосферных условиях на проводах и опорах ВЛ возникают обледенение или гололедные образования. Они создают значительные дополнительные механические нагрузки. В отдельных районах с интенсивными гололедами эти нагрузки могут достигать 10— 20 кг и более на 1 л длины провода. Загрязнение воздуха связано с наличием находящихся во взвешенном состоянии различных органических частиц — химических соединений, золы, соли и т. п. При осаждении этих частиц на влажные поверхности изоляторов ВЛ и оборудования подстанций существенно ухудшается качество изоляции за счет появления проводящих каналов. Наиболее значительное загрязнение воздуха имеет место вблизи промышленных предприятий. Около морских побережий частицы соли вызывают активное окисление материала проводов.

Сопротивление грунта изменяется в зависимости от его влажности и температуры. При этом изменяются сопротивления заземлителей опор и подстанций, сопротивления нулевой последовательности линий.

Металлические конструкции опор ВЛ и оборудования подстанций, находящиеся на открытом воздухе, подвергаются окислению (ржавлению), а деревянные конструкции — загниванию. Перенапряжения. В электрических сетях возникают кратковременные повышения напряжения или перенапряжения — атмосферные при грозовых явлениях и коммутационные в процессах включений и отключений аппаратов. При этом часто возникают пробои изоляционных промежутков между проводами разных фаз линии, перекрытие, а иногда и повреждение изоляции. При перекрытии изоляции возникает дуга, т. е. короткое замыкание, которое поддерживается при рабочем напряжении. В сетях напряжением до 220 кВ с меньшим уровнем изоляции более опасными являются атмосферные перенапряжения. Для предотвращения развития аварии соответствующий участок сети должен быть возможно более быстро отключен автоматически. При этом обычно перекрытия изоляции на ВЛ не ведут к необратимым повреждениям ее. Нормальная работа ВЛ может быть легко восстановлена после автоматического повторного включения (АПВ). Старение изоляции. В процессе эксплуатации в изоляции кабельных линий и электрических аппаратов возникают медленные процессы, изменяющие ее структуру. При этом происходит снижение электрической и механической прочности и разрушение изоляции, т. е. ее «старение». Старение изоляции непосредственно зависит от качества изолирующих материалов, совершенства изоляционной конструкции и технологии ее изготовления. В нормальных условиях изоляция может хорошо работать длительное время. В то же время процесс старения изоляции существенно ускоряется при ее увлажнении, а также при высоких температурах. Для предотвращения этого за температурным режимом изоляции и ее увлажнением при эксплуатации должно вестись особое наблюдение. Механические повреждения могут иметь место как на воздушных, так и на кабельных линиях. Провода и тросы, а также и опоры ВЛ могут быть перекрыты, а иногда и повреждены громоздкими механическими конструкциями (например, башенными кранами), самолетами, при падении деревьев в лесной полосе и т. п. Механические повреждения кабельных линий в основном происходят при производстве строительных работ в непосредственной близости от трассы линии. В целях снижения числа механических повреждений должны приниматься специальные меры. Статистические данные о повреждаемости линий и оборудования. В целях правильной оценки условий работы линий и оборудования электрических сетей необходимо систематически собирать данные о повреждаемости ее отдельных элементов и о времени, необходимом для производства профилактических и аварийных ремонтных работ. В электрических системах Советского Союза накоплен определенный статистический материал по этим вопросам. На основании его обработки получены данные о средней удельной повреждаемости и средней продолжительности отключений элементов сети для проведения ремонтов. Эта работа должна непрерывно и систематически проводиться и в дальнейшем. В таблице приведены некоторые данные, рекомендуемые проф. П. Г. Грудинским, о средней удельной повреждаемости линий и оборудования подстанций и о вероятной (средней) продолжительности аварийных и профилактических ремонтов.

Перерывы в электроснабжении потребителей имеют место не только при повреждении или ремонтах линий и элементов оборудования подстанций — трансформаторов, выключателей, разъединителей и т. п. Необходимо учитывать также работу устройств защиты и автоматики. Опыт их эксплуатации показывает, что имеют место отказы или неправильные действия этих устройств. Доля таких отказов относительно невелика, но все же ее необходимо принимать во внимание и собирать соответствующий статистический материал. Например, за 7 лет эксплуатации линий 500 кВ имело место более 2 200 действий устройств релейной защиты, из них 7,5% было неправильных [Л. 14, стр. 354]. Относительное количество неправильных действий на один комплект защиты составляло 0,03. Неправильные действия защиты распределялись следующим образом: ложные 70, отказы 7, неправильные при коротких замыканиях 23%. Таким образом, в случае неправильной работы защиты помимо поврежденного участка сети отключались также участки сети, которые при правильной работе защиты не должны были отключаться.

Удельная повреждаемость и продолжительность ремонта электрооборудования и линий электрических сетей

За тот же период на линиях 500 кВ и связанных с ними электростанциях было более 430 действий устройств противоаварийной автоматики различного назначения  (имелось около 130 комплектов этих устройств). Из них около 15% действий было неправильными. Относительное количество неправильных действии на один комплект автоматики составило 0,1, т. е. в 3 раза больше, чем у релейной защиты. В данном случае худшие показатели действия устройств противоаварийной автоматики определялись меньшим совершенством ее устройств по сравнению с релейной защитой. Кроме того, были ложные действия из-за ошибок персонала, проводившего операции с устройствами противоаварийной автоматики при изменении схем и режимов работы. Для исключения этого при разработке устройств противоаварийной автоматики в дальнейшем предполагалось предусматривать автоматизацию их работы.

leg.co.ua


Смотрите также