Анализ показателей структурной надежности системы электроснабжения подстанции в аварийном режиме работы при внедрении системы автоматического ввода резерва по стороне 110 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУВО "Тольяттинский государственный университет"

Анализ показателей структурной надежности системы электроснабжения подстанции в аварийном режиме работы при внедрении системы АВР по стороне 110 кВ

З.Р. Джафаров, Д.Р. Залялиев, А.Е. Бурмутаев

Тольятти, Россия

Введение

Типовые подстанции, выполненные по мостиковым схемам, с оборудованием типа отделитель-короткозамыкатель и разъединитель, без высоковольтных выключателей на стороне высшего напряжения и автоматических перемычек для оперативного ввода резерва, успешно реализовывались, покрывали всю нагрузку и были в достаточной степени надежны около 30-40 лет назад. С развитием технологий и увеличением энергопотребления, возможности такого типа подстанций, а главное - надежность, стремительно падали, ввиду устаревания парка электрооборудования, уменьшения пропускной способности подстанции, частых отключений потребителей в связи с отсутствием автоматики. Значительное увеличение числа потребителей и потребляемой ими мощности, ужесточение требований к надежности электроснабжения потребовало срочного обновления парка электрооборудования и внедрения различного рода систем автоматизации. Одна из таких систем - система автоматического ввода резерва (АВР). В рамках статьи будет проведен анализ показателей структурной надежности подстанции при внедрении системы АВР, что позволит наглядно продемонстрировать эффект от внедрения данной системы. Результаты расчетов будут являться еще одним подтверждением обоснованности применения системы АВР, а также необходимости реконструкции подстанций с устаревшим электрооборудованием.

1. Анализ существующей ситуации

Исходные схемы, на основе которых будет производиться анализ, представлены на Рис. 1 и Рис. 2.

Рис. 1. Схема электроснабжения до реконструкции.

Рис. 2. Схема электроснабжения после реконструкции.

Перечень основного оборудования для схем на Рис. 1 и Рис. 2 представлен в таблице I.

Таблица 1 Расшифровка элементов схем

Схема на Рис. 1 оборудована системой АВР только со стороны низшего напряжения - 6 кВ. Предполагается полный отказ от отделителей и короткозамыкателей, установка вместо них разъединителей и автоматических выключателей, в том числе установка автоматического выключателя в перемычку.

Система АВР позволит полностью исключить перерывы (не считая времени включения выключателя) в электроснабжении благодаря автоматическому включению секционного выключателя, в случае аварии на питающей линии электропередач или при аварийном отключении одного из трансформаторов.

Надежность схемы всецело зависит от надежности каждого её элемента взятого в отдельности. Поэтому с точки зрения надежности замена устаревших образцов оборудования на новые и увеличение числа элементов схемы может снизить показатели надежности [3].

Обе схемы в нормальном режиме функционирования с точки зрения надежности не должны иметь значительных расхождений друг относительно друга, т.к. секционная перемычка не задействована. Данное предположение будет проверено расчетным путем.

В аварийном режиме функционирования в схеме до реконструкции (Рис. 3), при отключении одной из питающих линий, выводится из работы один из трансформаторов. В современных условиях не всегда имеется возможность перевода всей нагрузки на один, оставшийся в работе, трансформатор, что может привести к значительным материальным издержкам и иным неблагоприятным последствиям. В таких случаях целесообразно отключать часть потребителей для сохранения в работе оставшегося трансформатора, т.е. разгрузить трансформатор [2].

Рис. 3. Схема электроснабжения до реконструкции в режиме аварийного функционирования.

Благодаря системе АВР по стороне 110 кВ (Рис. 4) возможно автоматическое включение перемычки при отключении одной из питающих линий, что позволит сохранить в работе оба трансформатора и не отключать потребителей.

2. Расчет показателей надежности

Метод пространства состояний, переходы между которыми описываются моделью Маркова [3] - методика на основе которой произведен расчет. Программа, в которой произведен расчет - «Программа оценки структурной надежности электротехнических комплексов» [4]. Данная программа учитывает недостатки уже существующих программ по оценке надежности и позволяет производить расчет различными методами (приближений, на основе уравнений Колгоморова, аналитический и интервальный метод), и, главное, учитывает работу секционного выключателя, а также профилактические ремонты и аварийные ремонты.

Схема электроснабжения после реконструкции в режиме аварийного функционирования представлена на Рис. 4.

Рис. 4. Схема электроснабжения после реконструкции в режиме аварийного функционирования.

Данные о надежности элементов системы взяты в [1] и, частично (только основное оборудование), представлены в таблице II.

Таблица 2 Показатели надежности элементов схемы

Численное значение вероятности работоспособности секционного выключателя вычисляется по следующей формуле [1]:

где P(Ri) - вероятность аварийного ремонта оборудования;

P(Mi) - вероятность проведения профилактического ремонта оборудования;

Р(Si) - вероятность проведения оперативных переключений оборудования.

Вероятность неработоспособности каждого отдельного элемента схемы вычисляется по формуле:

где i - порядковый номер элемента схемы электроснабжения.

Интенсивность наступления аварийного режима рассчитывается по следующей формуле:

Для схемы после реконструкции в аварийном режиме вероятность работы секционного выключателя вычисляется по формуле:

Для определения показателей надежности возникновения аварийного режима необходимо рассчитать вероятность Р и интенсивность f возникновения аварийного режима. Расчет ведется по формулам (1), (3) с учетом того, что у подстанции два ввода 110 кВ, поэтому вероятность умножается на 2.

Результаты расчетов сведены в таблицу III.

Таблица 3 Результаты расчетов

Наглядное представление можно получить умножив вероятности на число часов в году (8760ч.), с учетом работы АВР для схемы после реконструкции. Равар.до•8760 = 10,9 ч/год; Равар.после•Рраб.св•8760 = 0,068 ч/год. Показатели надежности схем: состояние отказа Pотк.ав.до (Ротк.ав.после) и параметр потока отказов fотк.ав.до (fотк.ав.после) системы - определяются с учетом зон влияния элементов схем и классов сечений до и после реконструкции при помощи программы оценки структурной надежности [4]. Результаты расчетов по 7-ми классам сечений представлены в таблице IV. электротехнический напряжение автоматический подстанция

Таблица 4 Показатели надежности схем

Показатели структурной надежности в целом для системы можно найти при помощи теоремы умножения вероятностей, для чего необходимо перемножить между собой итоговые показатели надежности возникновения аварийного режима и надежности схем. Вероятность отказа системы до Ротк.сист.до = Равар.до• Pотк.ав.до = 5,665•10-6, вероятность отказа системы после Ротк.сист.после = Равар.после• Pотк.ав.после = 1,311•10-6. Продолжительность нахождения системы в состоянии отказа до реконструкции Ротк.сист.до•8760 ч = 0,496 ч/год и после реконструкции Ротк.сист.после•8760 ч = 0,114 ч/год.

3. Анализ результатов

Расчеты подтвердили необходимость внедрения системы АВР по стороне 110 кВ. Вероятность потери питания потребителями Pотк.ав.до / Ротк.ав.после снизилась в 4,5 раза, частота отказов fотк.ав.до / fотк.ав.после снизилась в 2,8 раза. Общая вероятность возникновения состояния отказа системы электроснабжения Ротк.сист.до / Ротк.сист.после уменьшилась в 4,3 раза. Продолжительность состояния отказа уменьшилась в 1,6 раза. Подтвердилось предположение об идентичности показателей надежности схем до и после реконструкции: Pавар до - 1,245•10-3, Pавар после - 1,291•10-3. Реконструкция подстанции с внедрением системы АВР позволит значительно увеличить надежность электроснабжения потребителей и свести к минимуму перерывы.

Список литературы