Основы расчета показателей вероятности безотказной работы высоковольтных элементов электрической сети
Модели отказов отделителей, короткозамыкателей и разъединителей. Статистические ряды для внезапных и постепенных отказов. Теория надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы. Закономерности оценки надежности работы станции.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.05.2017 |
| Размер файла | 61,0 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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основы расчета показателей вероятности безотказной работы высоковольтных элементов электрической сети
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 рассмотрение надежности функционирования оборудования электроснабжающей подстанции, и определение вероятности бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией. На рисунке 1 показана структурная схема основного оборудования трансформаторной подстанции (ТП) для расчета показателей надежности и приведена общая формула определения вероятности безотказной работы.
надежность безотказный короткозамыкатель разъединитель
Рисунок 1. Структурная схема для расчета вероятности безотказной работы основного оборудования трансформаторной подстанции
Общая формула для расчета вероятностей безотказной работы данной системы:
Робщ = Ротд • Ркрз • Рраз (1)
где Ротд - вероятность безотказной работы отделителей, Ркрз - вероятность безотказной работы короткозамыкателей, Рраз - вероятность безотказной работы разъединителей.
Согласно общей теории надежности технических систем отказы бывают внезапные и постепенные (параметрические), связанные с износом, старением элементов систем. Известно, что сегодня в эксплуатации находятся до 80% трансформаторных подстанций за амортизационным сроком работы. В таком случае на общую надежность все больше начинают влиять параметрические отказы. Рассмотрим отделитель 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:
Ротд(t)=Рв(t) • Рп(t), (2)
где Рв(t) и Рп(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:
надежность безотказный короткозамыкатель разъединитель
Р (t>T)= e - t (3)
где л - параметр показательного закона, t-время вероятности безотказной работы.
Постепенные отказы отделителей происходят в основном по причине износа изоляции. Износ можно описать законом распределения Вейбулла-Гнеденко:
Р (t>T)= e - с(t-t0) (4)
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:
Pотд(t) = e-te-ct (5)
Причинами внезапных отказов отделителей являются повреждения вводов отделителей вследствие перекрытия контактных соединений. Причинами постепенных отказов в свою очередь будут нарушения изоляции 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 [6].
Таблица 1. Статистический ряд внезапных и постепенных отказов отделителей.
|
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
|
|
40273 |
44591 |
40519 |
43075 |
31377 |
35695 |
31623 |
34179 |
|
|
42111 |
45483 |
44578 |
44448 |
33215 |
36587 |
35682 |
35522 |
|
|
41549 |
43026 |
43454 |
43575 |
32653 |
34130 |
34558 |
34679 |
|
|
40273 |
45483 |
|||||||
|
Yср |
Дt |
Т |
л |
|||||
|
43056,83 |
968,5489 |
49188000 |
2,03302E-07 |
Параметр показательного закона находим по формуле:
(6)
где - среднее значение наработок на отказ.
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)
Подсчитаем сколько отказов попало в каждый из полученных интервалов и сведем все подсчеты в таблицу 2 [6].
Таблица 2. Количество отказов отделителей в каждый из полученных интервалов
|
Интервалы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
мин |
40273 |
42111 |
43575 |
31377 |
33215 |
34679 |
|
|
макс |
42111 |
43575 |
45483 |
33215 |
71350 |
36587 |
|
|
1 |
40273 |
43026 |
44448 |
31377 |
34130 |
35522 |
|
|
2 |
40519 |
43075 |
44578 |
31623 |
34179 |
35682 |
|
|
3 |
41549 |
43454 |
44591 |
32653 |
34558 |
35695 |
|
|
4 |
42111 |
43575 |
45483 |
33215 |
34679 |
36587 |
|
|
Yicp |
41113 |
43282,5 |
44775 |
32217 |
34386,5 |
35871,5 |
|
|
pi |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333333 |
|
|
D |
1/a |
C |
T |
||||
|
1049737 |
1024,567 |
0,002644 |
0,31 |
4,52E-16 |
307425 |
3,25283E-06 |
Относительную частоту событий определяем по формуле:
pi=mi/m. (10)
Определим среднее значение для каждого интервала по формуле (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/=0,31. По найденным значениям вычислим параметр масштаба распределения Вейбулла-Гнеденко:
(14)
Г (1,0351)=0,987
Среднее время безотказной работы для распределения Вейбулла-Гнеденко определим по формуле:
; (15)
По формуле (5) рассчитаем вероятность безотказной работы для промежутка времени в 1000 и 10000 часов:
Ротд (1000)= e3,25• 10^-6•1000 e4,52 •10^-16•1000=0,996
Ротд (10000)= e3,25 • 10^-6•10000 e4,52•10^-16•10000=0,967
Рассмотрим короткозамыкатель как устройство, состоящее из двух элементов, в одном из которых может появиться внезапный отказ, а в другом постепенный. Вероятность безотказной работы короткозамыкателя представлена формулой (2).
Постепенные отказы короткозамыкателя происходят в следствии износа контактов, несвоевременной чистке изоляции. В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение формула (5).
Причинами внезапного отказа являются: механические повреждения короткозамыкателя, попадание влаги на контакты, неподготовленность персонала. На основании принятых критериев сформируем два статистических ряда представленных в таблице 3.
Таблица 3. Статистический ряд внезапных и постепенных отказов короткозамыкателя
|
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
|
|
41326 |
45789 |
41581 |
44222 |
32430 |
36893 |
32685 |
35326 |
|
|
43154 |
45854 |
44382 |
46485 |
34258 |
36958 |
35486 |
37589 |
|
|
42645 |
44171 |
44614 |
44738 |
33749 |
35275 |
35718 |
35845 |
|
|
41326 |
46485 |
|||||||
|
Yср |
Дt |
Т |
л |
|||||
|
44080,08 |
959,0679 |
5066544 |
1,97373E-07 |
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). Подсчитаем сколько отказов попало в каждый из полученных интервалов и сведем все подсчеты в таблицу 4.
Таблица 4. Количество отказов короткозамыкателя в каждый из полученных интервалов
|
Интервалы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
мин |
41326 |
43154 |
44614 |
32430 |
34258 |
35718 |
|
|
макс |
43154 |
44614 |
46485 |
34258 |
35718 |
37589 |
|
|
1 |
41326 |
44171 |
44738 |
32430 |
35275 |
35842 |
|
|
2 |
41581 |
44222 |
45789 |
32685 |
35326 |
36893 |
|
|
3 |
42645 |
44382 |
45854 |
33749 |
35486 |
36958 |
|
|
4 |
43154 |
44614 |
46485 |
34258 |
35718 |
37589 |
|
|
5 |
|||||||
|
Yicp |
42176,5 |
44347,25 |
45716,5 |
33280,5 |
35451,25 |
36820,5 |
|
|
pi |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333 |
0,333333333 |
|
|
D |
1/a |
C |
T |
||||
|
1314767 |
1146,633 |
0,00289 |
0,31 |
4,19E-16 |
316656,8 |
3,15799E-06 |
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 короткозамыкателя для времени 1000 и 10000 часов определяем по формуле (5):
Р крз (1000)= e 3,16•10^-6 • 1000 e 4,19•10^-16 • 1000=0,996
Р крз (10000)= e 3,16•10^-6 • 10000 e 4,19•10^-16 • 10000=0,968
Разъединитель 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 отделителей и короткозамыкателей. Статистические данные приведенные в таблице 5.
Таблица 5. Статистический ряд внезапных и постепенных отказов для разъединителей
|
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
Y, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
X, ч |
|
|
78451 |
78250 |
75756 |
80246 |
69555 |
69354 |
66860 |
71350 |
|
|
77536 |
80146 |
80916 |
81116 |
68640 |
71250 |
72020 |
72220 |
|
|
Yср |
Дt |
Т |
л |
|||||
|
79052 |
1128 |
70156 |
0,000014 |
В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах разъединителей принимается показательное распределение (3). Постепенные отказы разъединителей происходят в основном по причине износа проходных 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.
Таблица 6. Количество отказов разъединителей в каждом из полученных интервалов
|
Интервалы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
мин |
66860 |
69354 |
71350 |
66860 |
69354 |
71350 |
|
|
макс |
69354 |
71350 |
72220 |
69354 |
71350 |
72220 |
|
|
1 |
66860 |
69555 |
72020 |
66860 |
69555 |
72020 |
|
|
2 |
68640 |
71250 |
72220 |
68640 |
71250 |
72220 |
|
|
3 |
69354 |
71350 |
69354 |
71350 |
|||
|
Yicp |
68284 |
70718,33 |
72120 |
68284,66667 |
70718,33 |
72120 |
|
|
pi |
0,375 |
0,375 |
0,25 |
0,375 |
0,375 |
0,25 |
|
|
D |
1/a |
C |
T |
||||
|
5607640 |
2368,045608 |
0,003739 |
0,31 |
9,25887E-17 |
633369 |
1,57886E-06 |
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 разъединителей для времени 1000 и 10000 часов определяем по формуле (5):
Р раз (1000)= e1,57•10^-6•1000 e9,26•10^-17•1000=0,998
Р раз (10000)= e1,57•10^-6•10000 e9,26•10^-17•10000=0,984
Из полученных данных легко вычислить общее значение вероятности безотказной работы перечисленных элементов электрической сети (1):
Р общ (1000)=0,996•0,996•0,998=0,99
Р общ (10000) = 0,967•0,968•0,984= 0,921
Таким образом, по представленным моделям с высокой степенью достоверности можно судить о надежности работы ТП, что необходимо для внедрения мероприятий по повышению надежности электроснабжения в сетевых компаниях. Вероятность безотказной работы данной системы имеет низкое значение, так как в общей структуре электроснабжения имеются еще элементы - трансформатор, линии электропередач и т.д. 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. Это обстоятельство, в свою очередь, повышает требования к качеству сельского электроснабжения: его надежности, качеству электроэнергии и экономичности передачи электроэнергии в сельскохозяйственных сетях.
Литература
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.-224 с.
Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 200 с.
Р. Хэвиленд., Инженерная надежность и расчет на долговечность. М.: Энергия, 1966. - 232 с.
Арынов А.К, Кошельков Р.У. Оценка эксплуатационной надежности элементов энергосистем /Арынов А.К, Кошельков Р.У./ Режим доступа: [http://www.twirpx.com/file/523118/].
Макаренко А.С. Основы расчета показателей надежности элементов электрических сетей / А.С. Макаренко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №98 (04). IDA [article ID]: 0981404037. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/04/37/
Оськин С.В, Макаренко А.С. Основы расчета вероятности безотказной работы силового трансформатора /С.В. Оськин, А.С. Макаренко/ Труды КубГАУ (Научный журнал КубГАУ) - Краснодар: КубГАУ, 2014. - №47.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Показатели 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 25.09.2014Количественная оценка показателей надежности электроэнергетических систем. Составление схемы замещения по надежности. Расчет вероятности безотказной работы схемы при двух способах резервирования (нагруженного дублирования и дублирования замещением).
курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.06.2011Структура потерь электроэнергии в электрических сетях, методы их расчета. Анализ надежности работы систем электроэнергетики методом Монте-Карло, структурная схема различного соединения элементов. Расчет вероятности безотказной работы заданной схемы СЭС.
контрольная работа [690,5 K], добавлен 26.05.2015Общие 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 28.12.2014Проектная себестоимость электроэнергии, отпущенной с шин станции. Анализ технико-экономических показателей работы станции. Определение себестоимости передачи и распределения электрической энергии. Сетевой график сооружения экспериментальной установки.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 20.11.2015Основные принципы работы электрических подстанций. Особенности текущего ремонта отделителей. Технические характеристики короткозамыкателей. Текущий ремонт разъединителя. Монтаж светильников и ламп освещения, электродвигателей и пускозащитной аппаратуры.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 24.09.2012Характеристика изоляторов, используемых в распределительных устройствах. Выполнение соединений алюминиевых шин и проводов. Виды и элементы выключателей, особенности их работы. Назначение разъединителей, отделителей, короткозамыкателей и их приводов.
реферат [32,9 K], добавлен 29.10.2014Структура 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 22.01.2013Расчет 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 09.03.2015Категории электроприемников по надежности электроснабжения. Краткая характеристика потребителей. Разработка вопросов повышения надежности работы насосной станции, предназначенной для противоаварийного и технического водоснабжения Нововоронежской АЭС-2.
дипломная работа [922,4 K], добавлен 21.07.2013Задание по нахождению вероятности безотказной работы электроустановки со всеми входящими в нее элементами. Надежность как важнейший технико-экономический показатель качества любого технического устройства. Структурная надежность электрической машины.
контрольная работа [21,9 K], добавлен 31.03.2009Назначения и схемные решения защиты оборудования. Характеристика комплектного распределительного устройства (КРУ), электрической подстанции, трансформаторов тока, разъединителей, короткозамыкателей и отделителей. Монтаж КРУ и другого оборудования.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 14.11.2017Структура и состав ядерных энергетических установок (ЯЭУ). Схемы коммутации и распределения ЭГК в активных зонах. Виды и критерии отказов ЯЭУ и ее частей. Модель термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую в реакторе-преобразователе.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.01.2013Анализ схемы электроснабжения, техническое обоснование выбора ее варианта. Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории надежности электроснабжения. Разработка структурной схемы подстанции. Расчет экономических показателей.
дипломная работа [629,3 K], добавлен 01.04.2015Проектирование и определение надежности трех вариантов схем электроснабжения узлов нагрузки предприятия. Расчет частоты отказов сборных шин и выключателей. Вычисление средней продолжительности вынужденных перерывов электроснабжения и плановых ремонтов.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 02.02.2014Надежная работа устройств системы электроснабжения - необходимое условие обеспечения качественной работы железнодорожного транспорта. Расчет и анализ надежности системы восстанавливаемых объектов. Анализ надежности и резервирование технической системы.
дипломная работа [593,4 K], добавлен 09.10.2010Структура персонала ОАО "Транссибнефть". Принципы работы и конструкции основного, вспомогательного оборудования. Оценка технологического состояния трубопровода, его эффективности и надежности работы. Меры безопасности при остановке насосного оборудования.
отчет по практике [2,4 M], добавлен 10.09.2014Разъединители как аппараты, предназначенные для включения и отключения участков электрических цепей под напряжением при отсутствии нагрузочного тока. Отличие отделителей и короткозамыкателей. Конструктивное различие между отдельными типами разъединителей.
лабораторная работа [678,6 K], добавлен 12.01.2010Назначение, устройство и виды, особенности действия короткозамыкателей, отделителей, предохранителей, разъединителей, выключателей нагрузки наружной и внутренней установок с приводом и трансформатором тока. Условные обозначения и маркировка устройств.
презентация [266,2 K], добавлен 08.07.2014Техническая характеристика подстанции "Северная". Характеристика и ремонт трансформаторов, разъединителей, отделителей, короткозамыкателей и распределительного устройства. Электробезопасность охрана труда на производстве и эксплуатации электроустановок.
отчет по практике [3,8 M], добавлен 18.12.2009
