Описание инженерного метода расчета надежности

Системы электроснабжения характеризуются высокими коэффициентами готовности, благодаря чему в большинстве случаев можно ограничиться для резервирования вторым, параллельно включенным элементом – двумя линиями, двумя трансформаторами и т.д.

Вероятность безотказной работы цепи системы электроснабжения

(3.1)

Если имеется цепь электроснабжения, состоящая из выключателей, ячеек РУ, трансформаторов, кабельных или воздушных линий, соединенных последовательно, то для такой цепи суммарное значение параметра потока отказов

ω_ц = , (3.2)

где n – число элементов в цепи;

ω_i – поток отказа каждого из элементов цепи;

Вероятность безотказной работы цепи с учета ППР:

(3.3)

Среднее время восстановления цепи из последовательных элементов часах или долях года:

Т_в.ц. = , ч . (3.4)

Время наработки на отказ цепи

Т_ср.ц = , год , (3.5)

где К_П.ц = - коэффициент вынужденного простоя при последовательном соединении n элементов;

Т_в,ц = К_П.ц/ω_ц(лет/отказ) – среднее время восстановления.

К_ПР.ц < - коэффициент планового простоя, но не меньше К_ПРimах, где К_ПРimах – коэффициент планового простоя элемента с максимальным значением этого коэффициента.

Для определения показателей надежности системы, состоящей их двух цепей, включенных параллельно, используются выражения:

ω_1-2 = ω₁ω₂ (Т_в1 + Т_в2)+ω₂К_1ПР+ω₁К_2ПР(3.6)

(или ω_1-2 = ω₁К_П2 + ω₂К_П1). Индексы 1 и 2 соответственно означают первую и вторую цепи, соединенные параллельно.

Коэффициент простоя цепи из двух, параллельно включенных элементов, равен:

К_П1-2 = К_П1 К_П2 + К_П1ПР2+К_П2ПР1,

где К_П1ПР2 - коэффициент совместного вынужденного простоя первого элемента и планового ремонта второго (К_П2ПР1 – соответственно вынужденного простоя первого элемента и планового ремонта второго).

К_П2ПР1 = 0,5ω₂ К²_ПР1 при К_ПР1 ≤ Т_в2 ;

К_П2ПР1 = К_П2 (К_ПР1 – 0,5Т_в1) при К_ПР1 > Т_в2;

Т_ПРц = К_ПРц./µ – средняя продолжительность одного планового ремонта.

В теории надежности резервирования систем с восстановлением показано, что при n параллельных цепях с одинаковыми характеристиками среднее время нарушения электроснабжения системы при отказе всех n цепей:

Т_в.с = . (3.7)

Время наработки системы между отказами всех цепей:

Т_С= . (3.8)

При двух параллельных цепях время восстановления системы:

Т_В.С = . (3.9)

Время наработки системы из двух параллельных цепях:

Т_С= . (3.10)

Если параллельные по схеме элементы рассчитаны на неполную пропускную способность для покрытия нагрузки, то отказ любого элемента в каждой цепи вызывает одинаковые последствия в нарушении электроснабжения. Поэтому с точки зрения надежности эти элементы считаются соединенными последовательно.

Для расчета показателей надежности электроснабжения нагрузочного узла анализируется схема замещения сети на участке между источниками питания и рассматриваемым узлом. В схеме последовательно соединяются элементы, отказ любого из которых вызывает простой всей данной ветви, а параллельно соединяются ветви, отключение любой из которых не приводит к простою других. В последовательную цепь кроме элементов данной ветви вводятся также смежные выключатели, повреждение которых с развитием аварии приведет к отключению рассматриваемой цепи (например, выключателя всех присоединений, секции шин, к которой подключена анализируемая цепь).

Для оценки надежности системы электроснабжения какого-либо потребителя, сначала выявляются цепи, связывающие потребителя (П) с источниками питания (И). Затем определяются результирующие показатели надежности цепей, состоящие из последовательно включенных элементов. Далее по формулам параллельного сложения определяются результирующие показатели цепей, включенных параллельно. При этом выявляются элементы, отказ которых при нормальном состоянии схемы влечет за собой отказ всей системы электроснабжения. Для восстановления работы необходимо отключить разъединители отказавшего элемента и включить обратно смежные присоединения. Время восстановления работы в этом случае определяется длительностью необходимых переключений (например, Т*_В = 0,5 час = 0,06 10^-3 год).

Коэффициент аварийного простоя цепи

(3.11)

где К_Пi = ω_i·t_вi;

t_вi - продолжительность аварийного ремонта i-го элемента.

Коэффициент планового простоя цепи из-за ремонта

К_ПР = μ· t_ПР (3.12)

где μ – параметр потока отказа плановых ремонтов;

t_ПР - продолжительность планового ремонта.

Продолжительность планового ремонта цепи обычно принимают по элементу с наибольшей продолжительностью ремонта.

Коэффициент аварийного простоя является вероятностью аварийного простоя. Коэффициент простоя в плановом ремонте - вероятностью простоя в плановом ремонте.

Общий коэффициент простоя из-за отказов элементов, также из-за планового ремонта цепи

(3.13)

Общая длительность нахождения цепи в отключенном состоянии за календарное время

, (3.14)

где t – время работы сети, которое обычно принимается равным 1 год, то есть 8760 часов.

Для оценки надежности распределительных устройств (РУ) при различных вариантах их схем может быть использован метод последовательного и параллельного сложения показателей элементов или цепей.

Рассмотрим для примера схему с одной несекционированной системой шин, в которой имеется 2 линейных и 2 трансформаторных присоединения (рис. 3.1) . Полный отказ РУ происходит при отказе секционного выключателя, вызвавшего действие релейной защиты.

В состояние полной неработоспособности РУ может привести отказ секционного выключателя. Показатели такого отказа РУ: ω_РУ = ω_{секц.выкл} К_З,

ω_{секц.выкл} = 0,016 1/год.

К_З = 0,6 (60 % процентов отказов выключателя приводит к отключению смежных цепей, [4]).

Т2

1 c

2 c

Т1

Рис. 3.1. Схема РУ с одной секционированной системой шин

Т_В.РУ = 0,8 ч = 0,0913 10^-3 год;

К_В.РУ = Т_В.РУ ω_РУ;

К_В.РУ = 1.46 10^-6.

Показатели отказов каждой из секций РУ (частичные отказы РУ): ω_{секц.РУ} = К_З (n_Л ω_п.л. + n_Т ω_п.т)

где К_З = 0,6 ; ω_п.т = 0,016 1/год, ω_п.л = 0,032 1/год,

n_Т = 1, n_Л = 2 (количество присоединений трансформаторов и линий на секцию РУ.

ω_{секц.РУ} = 0,6 (2 0,032 + 1 0,016) = 0,048 1/год;

Т_В.РУ = 0,8 ч = 0,0913 10^-3 год;

К_{Псекц.РУ} = Т_В.РУ ω_{секц.РУ};

К_{Псекц..РУ} = 4,38 10^-6.

Полные отказы РУ из-за совпадений отказов одной секции с ремонтом шин другой секции можно определить, применяя формулы параллельного сложения. ω_{отк-рем.РУ}= ω_1секц. К_В2 + ω_2секц. К_В1;

Этот показатель на порядок меньше, чем показатель потока отказа секционного выключателя.

Наработка на отказ РУ

года.

Вероятность безотказной работы

= 0,938.