Расчет надежности электроснабжения потребителей

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Любой технический объект обладает разнообразными свойствами. Именно эти свойства, как каждое в отдельности, так и в совокупности, представляют непосредственный интерес для человека. Совокупность свойств объекта, обуславливающих его пригодность удовлетворить определенные потребности в соответствии с его назначением, называют качеством объекта.

Качество - это обобщенное свойство, включающее в себя много различных и, как правило, сложных свойств. Для технических объектов это безопасность, технические, эргономические, эстетические и другие свойства. (ПРИМЕР электроэнергия) Среди технических свойств надежность занимает особое положение.

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность принципиально отличается от прочих свойств характеризующих качество объекта. Если в отношении этих свойств в любой момент времени можно убедиться, присутствует ли это свойство и соответствует ли оно по своим показателям установленным требованиям. То есть, в любой момент можно сделать вывод: соответствует или нет данный объект требованиям по данному свойству. Конечно, для этого надо выполнить необходимые проверки, осмотры, измерения, чаще всего достаточно кратковременные и, при этом, достаточно иметь один объект.

С надежностью дело обстоит гораздо сложнее. Если в какой то момент времени объект вышел из строя и перестал выполнять заданные функции, то, несмотря на это, нельзя сделать вывод, что он не годен по надежности. Но нельзя сделать вывод и о годности объекта по надежности, если он работает в рассматриваемый момент времени. Все дело в том, что и отказ объекта, и его работоспособное состояния являются случайными событиями. То есть, заключение о годности или не годности объекта имеет вероятностный характер и основано на статистических данных, получаемых при испытаниях не одного, а многих объектов. При этом чем надежнее объект, тем больше требуется испытаний и испытуемых объектов (матстатистика позволяет дать оценку этих величин).

Надежность часто занимает доминирующее положение среди прочих свойств объекта по следующим причинам:

- Если объект ненадежен, то все его остальные свойства значительно теряют свою ценность. От надежности непосредственно зависят безопасность и многие из технических свойств объекта.

- Решение многих задач, возникающих на всех этапах жизни объекта (выбор варианта схемы и конструкции, определение гарантийных сроков, периодичность проверок, замена оборудования) зависят от показателей надежности объекта и его частей.

- И главное, надежность определяет качество и эффективность работы любого объекта. Часто отказывающий объект не может быть ни качественным, ни эффективным.

Изложенное позволяет утверждать, что обеспечению свойства надежности следует уделять первостепенное внимание.

Теория надежности это относительно молодая и активно развивающаяся наука. Она возникла, по-существу, в конце сороковых, начале пятидесятых годов прошлого столетия на почве бурно развивающейся техники, прежде всего военной радиоэлектронной технике и быстро распространилась и в другие области.

Каковы основные причины возникновения этой новой теории? Это значительное количественное и качественное усложнение техники и предъявление все более высоких требований к надежности техники, к условиям ее работы и режимам использования.

Быстрое усложнение различных систем привело к значительному увеличению количества отказов, в результате чего многие системы не выполняли возложенные на них задачи. Это приводило к удорожанию процесса эксплуатации и, в ряде случаев, на обслуживание, содержание и ремонт систем требовались финансовые ресурсы часто значительно превосходящие затраты на разработку и создание самих систем.

Перечисленные проблемы в совокупности и составили одну проблему - проблему надежности, имеющую государственное значение.

Надежность стоит очень дорого. Неработающее из-за отказа оборудование - это уменьшение количества выпускаемой продукции, не выполнение иных жизненно важных функций возложенных на системы. Ненадежная система - это частые отказы и, следовательно, большие расходы на ее ремонт, производство запасного оборудования, на изготовление новых систем.

Нередко ненадежность является причиной гибели людей. Высока ее цена и в системе обороны страны.

Эффективность и качество любой системы в значительной мере зависят от ее надежности.

Очевидно, что проблема надежности является комплексной и ее решение зависит от множества различных факторов научного, технического, экономического, хозяйственного и организационного характера.

Необходимость решения этой проблемы и привело к созданию новой теории - теории надежности.

Практически отдельными вопросами надежности человек занимался постоянно, а вот теория надежности появилась только в середине ХХ века, когда для этого возникли необходимые предпосылки, в том числе и научного характера.

Как и в любой теории, главная проблема теории надежности состоит в разработке моделей, адекватно описывающих реальные явления и процессы, связанные с разработкой, построением (изготовлением) и функционированием (эксплуатацией) продуктов, создаваемых человеком для удовлетворения своих потребностей. Нужно помнить, что наука всегда имеет дело с моделями, а реальная жизнь всегда значительно богаче и сложнее этих моделей, созданных абстрактными размышлениями. Данное обстоятельство и является главной основой и мотивацией дальнейшего развития теории.

Теория надежности имеет дело с построением, описанием, анализом и синтезом моделей реально протекающих в окружающем мире процессов и явлений.

Непосредственным предметом теории надежности являются технические, технологические, информационные и т.п. объекты, функционирующие во времени. Модели, применяемые в теории надежности, являются в значительной мере математическими и, поэтому основным ее аппаратом является математика, и, прежде всего теория вероятностей, теория случайных процессов и математическая статистика. Следует отметить, что теория надежности - это прикладная наука.

1. Задание на расчет и исходные данные

Необходимо рассчитать надежность электроснабжения каждого из трех узлов потребления СЭС, приведенной на рис. 1, полагая поток отказов и восстановления простейшим. Расчет выполнить с учетом и без учета преднамеренных отключений.

Рис.1. Схема СЭС, подлежащая расчету

Обозначения на схеме:

Р110-х - разъединитель 110 кВ с номером х,

В110-х - выключатель 110 кВ с номером х,

ВЛ-х - воздушная линия 110 кВ с номером х,

ШСВ110 - шиносоединительный выключатель 110 кВ,

Х СШ-110 система шин 110 кВ с номером х,

ТХ - трансформатор 110 кВ с номером х,

СВ10-х - секционный выключатель 10 кВ внутренней установки с номером х,

ВХ - выключатель 10 кВ внутренней установки с номером х,

Х СШ-10 секция шин 10 кВ с номером х,

КЛ-х - кабельная линия 10 кВ с номером х.

Удельные показатели надежности для элементов систем электроснабжения приведены в таблице 1.

Таблица 1

Элемент	Условное обозначение	Частота отказов, год-1, ю	Среднее время восстановления, час, ф	Частота преднамеренных отключений, год-1, н	Среднее время обслуживания, час, з
1.Воздушная линия 35,110 кВ одноцепная, на 1 км	Л110	0.08	6 / 8	0.1 / 0.15	6.5 / 8
2. Обе цепи воздушной линии 35,110 кВ, на 1 км	2Л110	0.008	10 / -	0.01 / -	8 / -
3.Воздушная линия 6,10 кВ одноцепная, на 1 км	Л10	0.25	5 / 6	0.2 / 0.25	5 / 5.8
4.Кабельная линия 6,10 кВ, на 1 км	К10	0.10	15 / 50	0.3 / 0.1	3 / 30
5.Две кабельных линии 6,10 кВ в одной траншее, на 1 км	2К10	0.005	15 / -	0.05 / -	3 / -
6.Воздушная линия 0.38 кВ, на 1 км	Л0.4	0.20	3 / 4	0.25 / 0.35	4 / 6
7.Трансформатор 35,110 кВ	Т110	0.03	25 / 30	0.3 / 0.5	10 / 12
8.Трансформатор 6,10 кВ	Т10	0.035	6 / 8	0.25 / 0.30	6 /8
9.Ячейка выключателя 35,110 кВ	В110	0.020	5.5 / 7	0.2 / 0.3	5 / 6
10.Ячейка выключателя 6,10 кВ внутренней установки	В10	0.015	5 / 6	0.15 / 0.25	4 / 7
11.Ячейка выключателя 6,10 кВ, наружной КРУН установки	ВО10	0.05	4.5 / 5.5	0.25 / 0.35	4 / 7
12.Ячейка разъединителя 35,110 кВ	Р110	0.005	3 / 4.5	0.2 / 0.3	3 / 5
13.Ячейка разъединителя 6,10 кВ внутренней установки	РВ10	0.002	2.5 / 4	0.15 / 0.25	2.5 / 5
14.Ячейка разъединителя 6,10 кВ КРУН наружной установки	РН10	0.01	2.5 / 4	0.15 / 0.25	2.5 / 5
15. Линейный разъединитель 6,10 кВ	ЛР10	0.08	3.5 / 6
16. Сборка НН - 0.4 кВ ТП	С0.4	0.007	3 / 5	0.15 / 0.25	4 / 6
17. Шины ОРУ-35,110 (на 1 присоединение)	Ш110	0.001	4/6	0.1/0.2	5/7
18. Шины РУ-6,10 (на 1 присоединение)	Ш10	0.001	3.5/5	0.12/0.2	4/6

Длины линий электропередач для данного варианта составляют:

- длина ВЛ-1 - хх км,

- длина ВЛ-2 - 20 км,

- длина КЛ-1 - хх км,

- длина КЛ-2 - 4 км,

- длина КЛ-3 - 2 км,

- длина КЛ-4 - хх км,

- длина КЛ-5 - 4 км

- длина КЛ-6 - 2 км.

2. Общая структурная схема и параметры ее элементов

С точки зрения надежности схему электроснабжения, приведенную на рис. 1 можно представить в виде структуры, изображенной на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема надежности электроснабжения потребителей

3. Выделение структурных схем надежности электроснабжения отдельных потребителей

Из общей структурной схемы, приведенной на Рис. 2, выделим структуры электроснабжения 1, 2 и 3 потребителей, которые приведены на Рис. 3, рис. 4 и Рис. 5.

Рис. 3. Структурная схема надежности электроснабжения 1 потребителя



Рис. 4. Структурная схема надежности электроснабжения 2 потребителя

Рис. 5. Структурная схема надежности электроснабжения 3 потребителя

4. Эквивалентирование последовательных структур

Каждая последовательная структура из n элементов может быть заменена одним эквивалентным элементом, со своими показателями надежности, формулы, для определения которых приведены ниже.

Частота отказов последовательной структуры определяется по формуле:

с =1+2+3+4+…+n,

где i - частота отказов i- го элемента.

Среднее временя восстановления последовательной структуры:

,

где - среднее время восстановления i- го элемента.

Частота преднамеренных отключений последовательной структуры определяется по формуле:

,

где - частота преднамеренных отключений i- го элемента.

Среднее время обслуживания последовательной структуры:

,

где - среднее время обслуживания i- го элемента.

В результате эквивалентирования структура электроснабжения 1 потребителя приобретает вид, приведенный на рис. 6.

Рис. 6

Здесь вместо последовательной структуры 1-2-3-4-5-6-7-8 включен элемент 50,

- вместо последовательной структуры 9-10-11-12-13-14-15-16 включен элемент 51,

- вместо последовательной структуры 17-18-19 включен элемент 53,

- вместо последовательной структуры 20-21-22-23-24-30-31-32 включен элемент 52,

- вместо последовательной структуры 25-26-27-28-29-33-34-35 включен элемент 54.

Показатели надежности элемента 50:

50 =1+2+3+4+5+6+7+8,

,

,

.

Для элементов 51, 52, 53 и 54 расчеты выполняются аналогично.

Для потребителя 2, после эквивалентного преобразования последовательных структур, структурная схема имеет вид, приведенный на рис. 7.

Рис. 7

Аналогично, для потребителя 3 эквивалентная схема и показатели надежности приведены на рис. 8.

Рис. 8

5. Преобразование сложных структур в последовательно-параллельные

Полученные в итоге преобразований структуры, приведенные на рис. 6-8, далее не могут быть упрощены за путем эквивалентирования последовательных и параллельных структур. Для их дальнейшего упрощения следует применять метод минимальных сечений.

Для структуры электроснабжения 1 потр., приведенной на рис. 6. минимальными сечениями будут: 50-51, 52-54, 50-53-54, 51-53-52. Такому набору минимальных сечений соответствует последовательно-параллельная структура, приведенная на рис. 9.



Рис. 9

Аналогично, для структуры электроснабжения 2 потр., приведенной на рис. 7. минимальными сечениями будут: 50-51, 55-56, 50-53-56, 51-53-55. Такому набору минимальных сечений соответствует последовательно-параллельная структура, приведенная на рис. 10.

Рис. 10

Для структуры электроснабжения 3 потр., приведенной на рис.8. минимальными сечениями будут: 50-51, 57-58, 50-53-57, 51-53-58. Такому набору минимальных сечений соответствует последовательно-параллельная структура, приведенная на рис. 11.



Рис. 11

Для окончательного сворачивания структурных схем, приведенных на рис. 9-11 необходимо эквивалентировать все параллельные структуры, а затем все получившиеся последовательные.

Порядок эквивалентирования последовательных структур приведен в п. 4 и не зависит от преднамеренных отключений (имеются в виду показатели ю и ф).

Эквивалентирование параллельных структур сильно зависит от преднамеренных отключений, и его порядок приведен ниже в пп. 6-7.

6. Расчет надежности электроснабжения без учета преднамеренных отключений

Частота отказов структуры с n параллельно включенных элементов, без учета преднамеренных отключений, может быть представлена в виде:

,

Среднее время восстановления структуры с n параллельно включенных элементов без учета преднамеренных отключений может быть представлена в виде:

,

Надежность электроснабжения потребителя 1.

В результате замены параллельных структур эквивалентными элементами для структуры электроснабжения 1 потр. (рис. 9) получим последовательную структуру рис. 12.

Рис. 12

Окончательно, показатели надежности электроснабжения потребителя 1, равны показателям надежности элемента 64, который эквивалентен последовательной структуре 60-61-62-63.

Окончательно, показатели надежности электроснабжения потребителя 2, равны показателям надежности элемента 74, который эквивалентен последовательной структуре 70-71-72-73.

Окончательно, показатели надежности электроснабжения потребителя 3, равны показателям надежности элемента 84, который эквивалентен последовательной структуре 80-81-82-83.

7. Расчет надежности электроснабжения с учетом преднамеренных отключений

Частота отказов структуры с n параллельно включенных элементов, с учетом преднамеренных отключений, может быть представлена в виде:



Где:

,

.

Среднее время восстановления структуры с n параллельно включенных элементов с учетом преднамеренных отключений может быть представлено в виде:

структурный электроснабжение преобразование удельный

,

где

,

.

При числе параллельных элементов n=2 выражения для показателей надежности структуры приобретают вид:

,

,

где:

,

,

,

.

Размещено на Allbest.ru

...