Статистические показатели надежности электрооборудования в системах электроснабжения промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

статистические показатели надежности электрооборудования в системах электроснабжения промышленных предприятий

Н.С. Жексембиева, канд. техн. наук, Н.В. Лелеш, магистрант

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана

Статьяда электрмен жабды?тау ж?йесіндегі электр жабды?тар сенімділігіні? корсеткіштері ?арастырыл?ан. Б?л к?рсеткіштер ретінде электрмен жабды?тау ж?йесіні? ж?мысыны? ?алыпты режимде б?зылу саны ж?не ?за?ты?ы, жоспарлан?ан ж?ндеу ж?не пайдалану ж?мыстарыны? ?ткізілу мен тозу периодтары келтірілген.

В данной статье рассматриваются показатели надежности электрооборудования в системах электроснабжения, в качестве которых принимают число и длительность нарушений нормального режима работы системы электроснабжения, периодичность отказов и проведения плановых ремонтно-эксплуатационных работ.

Parameters of reliability of electric equipment in systems of electrosupply, which are accepted as number and duration of infringements of normal operating mode of system of electrosupply, periodicity of refusals and carrying out of scheduled repair-operational works are considered in this article.

Надежность электрических станций, подстанций, линий электропередачи, систем электроснабжения, преобразовательных установок, источников питания является основным техническим требованием, предъявляемым к таким установкам.

В широком смысле под надежностью понимают свойство системы или изделия сохранять свои параметры в заданных пределах при заданных условиях эксплуатации. Применительно к системам электроснабжения нормальным следует считать режим, при котором потребители обеспечиваются электроэнергией заданного качества и количества в точном соответствии с графиком ее спроса и схемой электроснабжения, предусмотренной для условий длительной работы.

Надежность системы электроснабжения определяется надежностью ее отдельных элементов (генерирующих агрегатов, линий электропередачи, коммутационной аппаратуры, устройств защиты и автоматики и др.), схемы (степенью резервирования) и режима (запасами статической и динамической устойчивости), а также жизнеспособностью или живучестью системы, т.е., ее способностью выдерживать системные аварии без катастрофических последствий. Отказы оборудования в работе неизбежны даже при хорошем качестве оборудования и высоком уровне эксплуатации. Отказы происходят в силу ряда объективных причин случайного характера и, прежде всего, из-за того, что в условиях эксплуатации оборудование может подвергаться нерасчетным воздействиям, учет которых потребовал бы неоправданно больших запасов.

В зависимости от постановки задачи надежность можно характеризовать различными показателями. Применительно к системам электроснабжения в качестве основных показателей надежности принимают число и длительность нарушений нормального режима системы электроснабжения. На основе количественных оценок надежности возможна оценка экономической эффективности системы электроснабжения.

Оптимальный уровень надежности электроэнергетических установок определяют, оценив ущерб, нанесенный потребителям перерывом электроснабжения, а также убытки, обусловленные аварийным ремонтом, и расходы, связанные с повышением надежности. Система электроснабжения должна работать так, чтобы при ограниченной надежности ее элементов обеспечивалась оптимальная надежность электроснабжения.

Требования к надежности системы электроснабжения определяют выбор объемов и способов резервирования.

Отказы элементов системы электроснабжения определяются большим числом факторов, носящих случайный характер, и поэтому могут рассматриваться как случайные события. Это и предопределяет необходимость анализа надежности на основе теории вероятностей.

Понятие элемента системы электроснабжения является в определенной степени условным. Дело в том, что в зависимости от постановки задачи одна и та же часть системы электроснабжения может рассматриваться и как система, и как элемент. Например, при анализе общей надежности системы электроснабжения предприятия, цеховые подстанции (ЦП) или распределительные устройства (РУ) могут приниматься за элементы системы электроснабжения. Однако при анализе надежности электроснабжения отдельных цехов эти же ЦП или РУ целесообразно рассматривать как систему.

Если мы принимаем РУ как систему и оцениваем его надежность, то элементами этой системы могут быть комплектные устройства, составляющие данную подстанцию. В свою очередь, если нашей целью является изучение надежности комплектного устройства, то оно будет представлять собой систему, состоящую из отдельных элементов-разъединителей, выключателей, трансформаторов тока, шин и т.д.

Показателем надежности принято называть признак, по которому оценивается надежность элемента, а характеристикой надежности - количественное значение этого показателя для этого элемента.

Модель отказов и восстановления силового трансформатора. 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 [1].

Вероятность безотказной работы представим произведением вероятностей

Ртр(t) = Рв(t)*Ри(t), (1)

электроснабжение отказ ремонтный промышленный

где Рв(t) и Ри(t) -- соответственно вероятности безотказной работы условных элементов, соответствующих внезапному и постепенному отказу вследствие износа.

В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказной работы при внезапных отказах принимается показательное распределение

. (2)

Постепенные отказы трансформатора происходят в основном по причине износа изоляции. Износ можно описать законом распределения Вейбулла-Гнеденко

, (3)

где 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. (4)

Причинами внезапных отказов трансформатора являются повреждения вводов трансформатора вследствие перекрытия контактных соединений, утечка масла. Причинами постепенных отказов в свою очередь будут нарушения изоляции обмоток вследствие возникновения внешних и внутренних перенапряжении, сквозных токов коротких замыканий и дефектов изготовления. На основании принятых критериев выделим два статистических ряда для внезапных и постепенных отказов (таблица 1).

Таблица 1 - Статистический ряд внезапных и постепенных отказов силового трансформатора

Параметр показательного закона находим по формуле:

(5)

где хср-- среднее значение наработок на отказ.

Среднее время безотказной работы определим по формуле:

(6)

Известно, что оборудование может находиться в следующих состояниях с соответствующими временами: в работе - Траб; в аварийном простое - Тав; в плановом ремонте - Тпл; в резерве - Трез; в эксплуатационном останове - Тэксп.

Для выбора схем электрических соединений электростанций, подстанций, электрических сетей и систем электроснабжения в целом, а также для определения величины и места размещения резерва необходимы следующие показатели, характеризующие надежность работы электрооборудования:

1) периодичность повреждений, неисправностей и отказов в работе оборудования, периодичность отказов, ложных и неправильных действий устройств защиты и автоматики;

2) время ликвидации аварии данного вида оборудования или установки, трудозатраты и стоимость аварийно-восстановительных работ;

3) периодичность проведения плановых ремонтно-эксплуатационных работ, связанных с выводом оборудования из работы, трудозатраты и стоимость ремонтно-эксплуатационных работ.

Рассмотрим эти показатели применительно к электрооборудованию.

Параметр потока отказов (или удельная повреждаемость) определяется как отношение количества Дn0(t) отказавших единиц оборудования в единицу времени Дt к числу m(t) единиц оборудования, работающих в данный отрезок времени:

.(7)

Характеристика щ(t) может иметь весьма сложную зависимость от времени. Особый интерес в связи с этим представляет зависимость щ(t) от срока эксплуатации, на основании которой можно установить периоды приработки, нормальной работы и старения для отдельных видов оборудования. В настоящее время в литературе приводятся данные об удельной повреждаемости в среднем за год работающего электрооборудования, следовательно, размерность параметра потока отказов и интенсивности отказов - 1/год.

Средняя наработка на отказ представляет собой среднее значение времени работы между отказами оборудования данного типа и определяется по экспериментальным данным:

, (8)

где tip - время работы оборудования данного типа между (i-1) и i-м отказами; k - число отказов.

Число отказов, а, следовательно, и интервалы между ними для линий электропередачи зависят от длины линий, поэтому в этом случае интервалы между авариями должны приводиться к одной длине (например, l = 100 км) по формуле:

, (9)

где tiф - фактический интервал; lф - фактическая длина линии.

Среднее время наработки на отказ, или, иначе говоря, продолжительность работы между отказами, можно определить приближенно за год

. (10)

Ресурс - продолжительность, или объем, работы Трес в часах непрерывной работы или в числе операций до предельного состояния. Например, для выключателей ресурсом является допустимое число отключенных коротких замыканий до внепланового ремонта. При этом учитывается как среднее время проведения ремонтных работ по восстановлению повредившегося или отказавшего оборудования, так и среднее время, необходимое для проведения оперативных переключений по восстановлению нормальной схемы электроустановки или замене отказавшего оборудования резервным. Среднее время восстановления определяется на основе эксплуатационного опыта и рассчитывается по формуле

, (11)

где tiв - время ремонта или оперативных переключений (с учетом времени отыскания неисправности или повреждения); k - число отказов.

Коэффициент вынужденного простоя может быть вычислен и непосредственно через основные показатели надежности:

.(12)

Если , а приводится в годах, то

. (13)

Если приводится в часах, то

(14)

Таким образом, вероятность состояния отказа элемента за достаточно большой промежуток времени (не менее года) равна произведению среднего времени восстановления и параметра потока отказов (интенсивность отказов), т.е. практически по удельной повреждаемости оборудования и среднему времени восстановления можно определить средние вероятности состояния отказа и рабочего состояния [2].

Время вывода элемента в плановый ремонт обычно выбирают таким образом, чтобы вызванное отключением элемента снижение надежности было бы наименьшим.

Например, капитальный ремонт генерирующих агрегатов электростанций проводится, в основном, во время летнего провала графика нагрузки системы. Очевидна нецелесообразность вывода линий электропередачи в плановый ремонт, когда по прогнозу ожидаются неблагоприятные климатические условия - гроза, гололед. При отказе одного элемента вывод в плановый ремонт другого элемента, его резервирующею, как правило, может быть отложен и т.п. Эти обстоятельства принимаются во внимание при учете влияния плановых ремонтов на надежность электроснабжения [3].

Литература

1. Конюхова, Е.А. Надежность электроснабжения промышленных предприятий / Е.А. Конюхова, Э.А. Киреева. - М. : НТФ «Энергопрогресс»; «Энергетик», 2001. - 60-70 с.

1. Кудрин, Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов / Б.И. Кудрин. - М : Энергоатомиздат, 1995. - 30-32 с.

2. Фокин, Ю.А. Оценка надежности систем электроснабжения / Ю.А. Фокин, В.А. Туфанов. - М. : Энергоатомиздат. 1981, - 45-47 с.

Размещено на Allbest.ru