Основы расчета показателей надежности элементов
Исследование моделей отказов и восстановления силового трансформатора, автоматического выключателя и воздушной линии электропередач. Характеристика надежности функционирования оборудования подстанции. Анализ параметров распределения Вейбулла-Гнеденко.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.05.2017 |
| Размер файла | 42,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
Проблема обоснования целесообразного уровня надежности систем электроснабжения на современном этапе развития имеет большое значение. Аварийные и внезапные перерывы электроснабжения потребителей вызывают большой народнохозяйственный ущерб, обусловленный поломкой оборудования, порчей сырья и материалов, затратами на ремонты, недовыпуском продукции, простоями технологического оборудования и рабочей силы, а также издержками связанными с другими факторами.
Сегодня методы анализа надежности используются уже во многих отраслях техники. Однако проблема надежности в ее количественной постановке при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения необыкновенно сложна. Так для рассмотрения вопросов надежности, при эксплуатации систем электроснабжения необходимо учесть как современные достижения современной теории надежности, так и специфику функционирования систем силового типа, подверженных в значительной степени влиянию неблагоприятных воздействий внешней среды и непосредственно связанных с электрической системой.
Целью данной статьи является попытка рассмотрения надежности функционирования оборудования подстанции, и связанная с этим надежность бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией. На рисунке 1 показана структурная схема оборудования и приведена общая формула вероятности безотказной работы.
Рисунок 1 - Структурная схема расчета надежности электрической сети
Общая формула для расчета вероятностей безотказной работы
Робщ = Ртр • Рсу • Рлэп
где Ртр - вероятность отказа трансформатора, Рсу - вероятность отказа системы управления, Рлэп - вероятность отказа ЛЭП.
Рассмотрим трансформатор как элемент, условно состоящий из двух последовательно соединенных элементов, в одном из которых могут появляться внезапные отказы, а в другом - постепенные. Внезапные отказы появляются вследствие резкого, внезапного изменения основных параметров под воздействием одного или нескольких случайных факторов внешней среды либо вследствие ошибок обслуживающего персонала. При постепенных отказах наблюдается плавное, постепенное изменение параметра элементов в результате износа отдельных частей или всего элемента в целом.
Вероятность безотказной работы представим произведением вероятностей:
Ртр(t)=Рв(t) • Ри(t),
где Рв(t) и Ри(t) -- соответственно вероятности безотказной работы условных элементов, соответствующих внезапному и постепенному отказу в следствии износа.
В теории надежности для электрооборудования в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение:
Р(t>T)= e - t
где л - параметр показательного закона, t-время вероятности безотказной работы.
Постепенные отказы трансформатора происходят в основном по причине износа изоляции и не подготовленностью персонала. Износ можно описать законом распределения Вейбулла-Гнеденко:
Р(t>T)= e - с(t-t0)
где С-параметр масштаба распределения Вейбулла - Гнеденко t0-порог чувствительности, то есть элемент гарантировано не откажет, в интервале времени от 0 до t0 может быть равно нулю. Тогда окончательно имеем:
Pтр(t) = e-te-ct
Причинами внезапных отказов трансформатора являются повреждения вводов трансформатора вследствие перекрытия контактных соединений, утечка масла [оценка эксплуатационной надежности элементов энергосистем А.К. Арынов, Р.У. Кошельков УДК 621.311.1]. Причинами постепенных отказов в свою очередь будут нарушения изоляции обмоток вследствие возникновения внешних и внутренних перенапряжений, сквозных токов коротких замыканий и дефектов изготовления. На основании принятых критериев выделим два статистических ряда для внезапных и постепенных отказов таблице 1. [http://www.twirpx.com/file/523118/].
Таблица 1-Статистический ряд внезапных и постепенных отказов силового трансформатора.
|
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
|
|
61039 |
57546 |
53529 |
43774 |
45022 |
45850 |
|
|
59612 |
55392 |
51355 |
41283 |
42078 |
42906 |
|
|
54349 |
60483 |
56438 |
44608 |
45436 |
46264 |
|
|
39215 |
40041 |
40869 |
38681 |
32541 |
49967 |
|
|
60761 |
56854 |
52914 |
64123 |
57560 |
53785 |
|
|
58783 |
55739 |
50785 |
36581 |
37141 |
37967 |
|
|
Yср |
|
Дt |
T |
|
л |
|
|
53650 |
4234 |
44754 |
2,23•10-5 |
|||
Параметр показательного закона находим по формуле:
где хср-- среднее значение наработок на отказ.
Среднее время безотказной работы определим по формуле:
Оценим параметры распределения Вейбулла-Гнеденко. Для этого вычислим среднее значение наработки на отказ:
Разобьем выборку y на интервалы, которые выберем по формуле:
= 4234
Подсчитаем сколько отказов попало в каждый из полученных интервалов и сведем все подсчеты в таблицу 2
Таблица 2- Количество отказов трансформатора в каждый из полученных интервалов.
|
интервалы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
мин |
39215 |
43448 |
47682 |
51915 |
56149 |
60383 |
|
|
макс |
43448 |
47682 |
51915 |
56149 |
60383 |
64616 |
|
|
1 |
39215 |
50785 |
52914 |
56854 |
60483 |
||
|
2 |
40041 |
51355 |
53529 |
59612 |
61039 |
||
|
3 |
40869 |
54349 |
56438 |
60761 |
|||
|
4 |
|
55392 |
58783 |
||||
|
5 |
|
55739 |
57546 |
||||
|
Yicp |
40041 |
51070 |
54384 |
57846 |
60761 |
||
|
pi |
0,166 |
0 |
0,111 |
0,277 |
0,277 |
0,166 |
|
|
D |
s |
n |
1/a |
C |
T |
l |
|
|
45761731 |
6765 |
0,128 |
0,31 |
5,94•10-16 |
51796 |
0,000019 |
Относительную частоту событий определяем по формуле:
pi=mi/m.
Определим среднее значение для каждого интервала по формуле (8)
Вычислим значение дисперсии D по формуле:
Определим среднеквадратичное отклонение:
Вычислим коэффициент вариации по формуле:
По номограмме находим значение параметра формы 1/=0,31.По найденным значениям вычислим параметр масштаба распределения Вейбулла-Гнеденко:
Г(1,0351)=0,987
Среднее время безотказной работы для распределения Вейбулла-Гнеденко определим по формуле:
;
По формуле (5) рассчитаем вероятность безотказной работы для промежутка времени в 1000 и 10000 часов:
Ртр(1000)= e2,23 • 10^-5•1000 e5,94 •10^-16•1000=0,978 Ртр(10000)= e2,23 • 10^-5•10000 e5,94 •10^-16•10000=0,8
Рассмотрим автоматический выключатель как устройство, состоящее из двух элементов, в одном из которых может появиться внезапный отказ, а в другом постепенный. Вероятность безотказной работы автоматического выключателя представлена формулой (2).
Постепенные отказы выключателя происходят в следствии износа контактов, попадания пыли на контакты (оценка эксплуатационной надежности элементов энергосистем А.К. Арынов, Р.У. Кошельков УДК 621.311.1). В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение формула (5).
Причинами внезапного отказа являются: механические повреждения автоматического выключателя, попадание влаги на контакты. На основании принятых критериев сформируем два статистических ряда представленных в таблице 3. трансформатор выключатель электропередача надежность
Таблица 3- Статистический ряд внезапных и постепенных отказов автоматического выключателя.
|
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
|
|
26883 |
34704 |
22704 |
23528 |
25671 |
25662 |
|
|
30156 |
42024 |
34302 |
26247 |
31236 |
32145 |
|
|
19074 |
20079 |
23256 |
31986 |
34950 |
43050 |
|
|
28368 |
29202 |
51132 |
46620 |
61137 |
46353 |
|
|
52368 |
49452 |
41781 |
28356 |
34530 |
40440 |
|
|
48465 |
52605 |
50208 |
21225 |
23049 |
20874 |
|
|
Yср |
|
Дt |
Т |
|
л |
|
|
36489 |
6504 |
33168 |
0,00003 |
Параметр показательного закона находим по формуле (6), среднее время безотказной работы определим по формуле (7).
Оценим параметры распределения Вейбулла-Гнеденко. Для этого вычислим среднее значение наработки на отказ (8).
Разобьем выборку y на интервалы, которые выберем по формуле (9).
Таблица 4- Количество отказов автоматического выключателя в каждый из полученных интервалов.
|
интервалы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
мин |
19074 |
20079 |
22557 |
25035 |
27513 |
29991 |
|
|
макс |
20079 |
22557 |
25035 |
27513 |
29991 |
32469 |
|
|
1 |
19074 |
25035 |
27513 |
29991 |
32469 |
34947 |
|
|
2 |
21552 |
27513 |
29991 |
32469 |
34947 |
37425 |
|
|
3 |
24030 |
34947 |
37425 |
39903 |
|||
|
4 |
|
39903 |
|||||
|
5 |
|
42381 |
|||||
|
Yicр |
21552 |
26274 |
28752 |
32469 |
37425 |
37425 |
|
|
Рi |
0,167 |
0,11 |
0,11 |
0,167 |
0,278 |
0,167 |
|
|
D |
? |
? |
1/? |
C |
T |
l |
|
|
75680121 |
8699 |
0,238 |
0,34 |
1,18•10-14 |
33333 |
0,0000301 |
Относительную частоту событий определяем по формуле (10), определим среднее значение для каждого интервала (8), вычислим значение дисперсии D по формуле (11), определим среднеквадратичное отклонение (12), вычислим коэффициент вариации по формуле (13). По номограмме находим значение параметра формы 1/=0,34. По найденным значениям вычислим параметр масштаба распределения Вейбулла-Гнеденко (14).
Г(1,0351)=0,9
Среднее время безотказной работы для распределения Вейбулла-Гнеденко определим по формулам (15), (7).
Вероятность безотказной работы автоматического выключателя для времени 1000 и 10000 часов определяем по формуле (5):
Рав(1000)= e 0,00003 • 1000 e 1,18•10^-14•1000=0,97
Рав(10000)= e 0,00003 • 10000 e 1,18•10^-14•10000=0,74
ЛЭП рассмотрим как элемент условно состоящий из двух последовательно соединенных элементов, в одном из которых может появиться внезапный отказ, а в другом постепенный. Вероятность безотказной работы представим как произведение вероятности двух независимых событий соединенных последовательно относительно надежности (2). Дальнейший расчет проведем как и для трансформатора. Статистические данные приведенные в таблице 5 приведены к единичной длине 1 км, как для внезапных и постепенных отказов.
Таблица 5-Статистический ряд внезапных и постепенных отказов для ЛЭП.
|
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
Х, ч |
Х, ч |
Х, ч |
|
|
30912 |
32604 |
34386 |
17411 |
20304 |
17913 |
|
|
31675 |
33417 |
35159 |
18083 |
41213 |
18767 |
|
|
34587 |
33258 |
31648 |
17555 |
36988 |
35487 |
|
|
33225 |
34968 |
32137 |
20133 |
17741 |
21158 |
|
|
31054 |
32758 |
34578 |
18425 |
20475 |
19792 |
|
|
31829 |
33609 |
36325 |
19108 |
20988 |
21567 |
|
|
Yср |
|
Dt |
T |
|
||
|
33229 |
1050 |
22395 |
0,000045 |
В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах ЛЭП принимается показательное распределение (3).
Постепенные отказы ЛЭП происходят в основном по причине износа изоляторов. Износ можно описать законом распределения Вейбулла-Гнеденко (5).
Параметр показательного закона находим по формуле (6), среднее время безотказной работы определим по формуле (7).
Оценим параметры распределения Вейбулла-Гнеденко. Для этого вычислим среднее значение наработки на отказ (8).
Разобьем выборку y на интервалы, которые выберем по формуле (9):
Дt=1050
Подсчитаем сколько отказов попало в каждый из полученных интервалов и сведем их таблицу 6 [http://www.twirpx.com/file/523118/].
Таблица 6- Количество отказов ЛЭП в каждом из полученных интервалов.
|
интервалы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
мин |
30912 |
31962 |
33012 |
34062 |
35112 |
36162 |
|
|
макс |
31962 |
33012 |
34062 |
35112 |
36162 |
37212 |
|
|
1 |
30912 |
32604 |
33225 |
34587 |
35159 |
36325 |
|
|
2 |
31675 |
32137 |
33417 |
34968 |
|||
|
3 |
31054 |
32758 |
33258 |
34578 |
|||
|
4 |
31829 |
33609 |
34386 |
||||
|
5 |
31648 |
||||||
|
Yicp |
31423 |
32499 |
33377 |
34629 |
35159 |
36325 |
|
|
pi |
0,277 |
0,166 |
0,222 |
0,222 |
0,055 |
0,055 |
|
|
D |
s |
n |
1/a |
C |
T |
l |
|
|
2627333 |
1620 |
0,048 |
0,36 |
2,72•10-13 |
32925 |
0,00003 |
Относительная частота событий определяется по формуле (10) определим среднее значение для каждого интервала (8), вычислим значение дисперсии D по формуле (11), определим среднеквадратичное отклонение (12), вычислим коэффициент вариации по формуле (13).
По номограмме находим значение параметра формы 1/=0,36. По найденным значениям вычислим параметр масштаба С распределения Вейбулла - Гнеденко (14):
Г(1,36)= 0,8902
Среднее время безотказной работы для распределения Вейбулла-Гнеденко определим по формулам (15), (7).
Вероятность безотказной работы линии электропередач для времени 1000 и 10000 часов определяем по формуле (5):
Рлэп(1000)= e0,000045•1000 e2,72•10^-13•1000=0,95
Рлэп(10000)= e0,000045•10000 e2,72•10^-13•10000=0,64
Из полученных данных легко вычислить общее значение вероятности безотказной работы перечисленных элементов электрической сети (1):
Робщ(1000)=0,978•0,97•0,95=0,9
Робщ(10000) = 0,8•0,74•0,64= 0,4
Таким образом, по представленным моделям с высокой степенью достоверности можно судить об устойчивости работы электрической сети, что необходимо для внедрения и использования в сетевых компаниях.
Вероятность безотказной работы имеет хорошее значение для 1000 часов и наблюдается падение для 10000 часов, но каждый год элементы электрической сети обслуживаются и вероятность отказа снижается, т.е можно однозначно сказать, что вероятность безотказной работы очень высока, но и сбрасывать со счетов вероятность отказов тоже нельзя, потому как каждый отказ в сельском хозяйстве может иметь не обратимый характер. Для сельского хозяйства необходима высокая надежность электроснабжения, потому что потребителями являются биологические объекты, сельхозпродукция в частности молочная которые не терпят перерывов в электроснабжении, тепличные комплексы, инкубаторы и многое другое. Электромеханизация производственных процессов в сельском хозяйстве сделала электроэнергию основной энергетической базой в стационарных процессах сельскохозяйственного производства.
Список использованных источников
Оськин с.в. повышение надежности электроприводов в сельском хозяйстве (текст)/ с.в. оськин, и.а. переверзев, а.ф. кроневальд// механизация и электрификация сельского хозяйства.-2008.- №1.-с. 20-21.
Оськин с.в. определение надежности электроприводов по статистическим данным об отказах (текст)/с.в. оськин, а.ф. кроневальд, а.и.вандке, а.с. оськин// механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008.-№7.-с.26-27.
Фокин ю.а., туфанов в.а. оценка надежности систем электроснабжения. - м.: энергоатомиздат, 1981.-224с.
Розанов м.н. надежность электроэнергетических систем. - м.: энергоатомиздат, 1984. - 200с.
Р. Хэвиленд., инженерная надежность и расчет на долговечность. М.: энергия, 1966. - 232с.
Оценка эксплуатационной надежности элементов энергосистем а.к. арынов, р.у. кошелько
Аннотация
ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ
Макаренко Алексей Сергеевич аспирант кафедры ЭМ и ЭП
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
В статье представлены модели отказов и восстановления силового трансформатора, модели отказов и восстановления автоматического выключателя, модели отказов и восстановления воздушной линии электропередач, сделаны выводы по представленным моделям и даны предложения по внедрению в производство
Ключевые слова: НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР, ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
BASES OF CALCULATION OF INDICATORS OF RELIABILITY OF ELEMENTS
Makarenko Aleksei Sergeevich postgraduate student
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
In the article we have presented the models of refusals and restoration of the power transformer, the model of refusals and restoration of the automatic switch, the model of refusals and restoration of an air-line of electricity transmissions; we have also made conclusions for the presented models and offers for introduction in manufacture
Keywords: RELIABILITY OF ELECTRIC NETWORK, POWER TRANSFORMER, ELECTRIC MAIN, AUTOMATIC SWITCH, OIL SWITCH
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Элементы схемы подстанции. Расчет показателей надежности в точках с учетом возможности отказа шин. Вычисление показателей надежности системы с учетом восстановления элементов. Интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания системы.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 24.12.2014Показатели безотказности работы электрооборудования: вероятность безотказной работы, плотность распределения и интенсивность отказов. Средняя наработка до отказа. Показатели наработки оборудования, рассеивания величины. Расчет показателей надежности.
курсовая работа [788,7 K], добавлен 25.09.2014Расчет Ш–образного электромагнита автоматического выключателя с разработкой эскиза конструкции, расчета основных его элементов и технических показателей. Расчет магнитных цепей инженерным методом. Схема автоматического выключателя и принцип действия.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.09.2010Общие требования к электроустройствам. Прокладка проводов и кабелей на лотках, в коробах, на стальном канате. Аналитический метод расчета надежности электроустановок. Логико-вероятностный метод расчета надежности электроснабжения с помощью дерева отказов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.12.2014Анализ существующей схемы электроснабжения и характеристика источников питания. Характеристика электрифицируемого района и основные пути реконструкции и повышение надежности. Схема замещения линий электропередач и силового трансформатора, выбор режима.
дипломная работа [573,1 K], добавлен 23.08.2015Структура и состав ядерной энергетической установки. Схемы коммутации и распределения в активных зонах. Требования надежности. Виды и критерии отказов ядерной энергетической установки и ее составных частей. Имитационная модель функционирования ЯЭУ-25.
отчет по практике [1,0 M], добавлен 22.01.2013Характеристика подстанции ГПП-4 ОАО "НЛМК". Анализ системы контроля распределения электроэнергии и основных электрических параметров. Расчет искусственного освещения помещений, составление электробаланса. Оценка уровня надежности работы подстанции.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 27.12.2012Выбор схемы распределения электроэнергии; компенсирующего устройства для повышения мощности сети; силового трансформатора; питающей линии, высоковольтного оборудования подстанции. Расчет электрических нагрузок, токов короткого замыкания и релейной защиты.
курсовая работа [545,2 K], добавлен 20.01.2014Описание схемы электроснабжения. Выбор выключателя, силового трансформатора и электродвигателя по номинальной мощности и напряжению. Параметры выключателя нагрузки QF1. Ток рабочего максимального режима с учётом возможной перегрузки трансформатора.
контрольная работа [65,0 K], добавлен 19.03.2014Методы расчета простых и сложных заземлителей в однородной и неоднородной среде. Обоснование необходимости определения показателей надежности при проектировании заземляющих устройств. Выбор метода контроля основных параметров заземляющих устройств.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 13.06.2012Расчет сопротивлений элементов схемы и величин токов. Расчет защиты высоковольтного двигателя, кабельной линии, сборных шин, силового трансформатора, воздушной линии. Проверка трансформатора тока, выбор контрольного кабеля, дифференциально-фазная защита.
курсовая работа [1014,9 K], добавлен 11.05.2010Состав воздушных линий электропередач: провода, траверсы, изоляторы, арматура, опоры, разрядники, заземление, волоконно-оптические линии. Классификация линий электропередач по роду тока, назначению и напряжению. Расположение проводов на воздушной линии.
презентация [188,3 K], добавлен 02.09.2013Выбор оборудования: трансформаторов силового, тока и напряжения, выключателя и разъединителя, ограничителей перенапряжений, системы шин, токопровода. Характеристика их конструкций, основных особенностей и преимуществ. Компоновка и устройство подстанции.
курсовая работа [1016,8 K], добавлен 29.11.2014Понятие силового трансформатора как одного из важнейших элементов современной электрической сети. Характеристика и назначение силового двухобмоточного трансформатора типа ТМ, особенности главной изоляции. Определение напряжения короткого замыкания.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.07.2012Обзор оборудования на подстанции, назначение релейной защиты. Терминал защиты линии электропередач. Шкафы защиты шин и трехобмоточных трансформаторов с напряжением 110 (220) Кв. Регулятор напряжения SPAU 341C. Расчет уставок и токов короткого замыкания.
дипломная работа [1022,1 K], добавлен 10.09.2011Расчет электрических нагрузок в сети 10 и 0.4 кВ. Выбор мощности трансформатора. Конструктивное исполнение железобетонных опор воздушной линии электропередач. Проверка выбранного оборудования на действие токов короткого замыкания, схема замещения.
курсовая работа [312,2 K], добавлен 13.02.2012Расчёт механики проводов воздушной линии электропередач, исходного режима работы провода. Подбор изоляторов и длины подвесной гирлянды. Проектирование механического привода. Расчет конической передачи. Определение усилий, действующих в зацеплении.
дипломная работа [836,1 K], добавлен 20.05.2011Порядок выбора сечения линии электропередач по длительно допустимому току. Анализ технических характеристик трансформатора. Устройства релейной защиты, которые применяются для проектирования асинхронных двигателей. Методика расчета токовой отсечки.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 14.11.2017Проверка электродинамической стойкости оборудования тяговой подстанции. Токоведущие части и изоляторы. Отключающая способность выбранного выключателя. Проверка выключателя на включающую способность. Трансформаторы тока, расчетная схема их выбора.
курсовая работа [744,3 K], добавлен 23.09.2016Расчет показателей надежности: подсистем из последовательно соединенных элементов; систем, состоящих из основной и резервной подсистемы, работающих в нагруженном и ненагруженном режиме. Число запасных элементов для замены отказавших в процессе работы.
курсовая работа [84,5 K], добавлен 09.03.2015
