Определение показателей надёжности потребителей, подключенных по кольцевой схеме. Надёжность систем со смешанным соединением элементов

Под надежностью электроснабжения понимается способность системы электроснабжения обеспечивать электроприемники объекта бесперебойным питанием электроэнергией при регламентированном напряжении. Надежность питания в основном зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования от­дельных групп электроприемников, а также от надежной работы отдельных элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических аппаратов и др.).

Основные принципы построения схем объектов:

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются в тех случаях, когда пункты приема расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть двух- или одноступенчатыми.

Радиальная схема питания обладает большой гибкостью и удобством в эксплуатации, так как повреждения и ремонт одной линии влияет на работу только одного потребителя.

Магистральные схемы выполняются одиночными и двойными, с односторонним и двухсторонним питанием.

Смешанные схемы питания, сочетающие в себе принципы радиальных и магистральных систем распределения электроэнергии, имеют наибольшее распространение на крупных объектах. Так, на первом уровне обычно применяются радиальные схемы. Энергия от РП к цеховым ТП и двигателям высокого напряжения на таких объектах распределяется как по радиальным, так и по магистральным схемам.

Питание потребителей СН электроустановок может быть индивидуальным, групповым и смешанным. При индивидуальном питании каждый потребитель получает электроэнергию от шин СН по индивидуальному кабелю, чем обеспечивается высокая надежность электроснабжения, но это приводит к значительному расходу кабелей. При групповом питании потребители получают энергию от групповых щитков и сборок, расположенных вблизи группы потребителей и подключенных одним кабелем к шинам СН. При этом снижается расход кабеля, но возникают дополнительные расходы на групповые щитки и сборки, снижается надежность электроснабжения, так как повреждение кабеля приводит к отключению всех потребителей данной группы. Наиболее рациональным является смешанное питание, при котором ответственные потребители питаются по индивидуальным кабелям непосредственно от шин СН, а остальные — от групповых щитков и сборок.

 

6-12. Влияние показателей качества напряжения и частоты на работу потребителей. Качество электроэнергии влияет не только на технологический процесс производства и производительность труда и механизмов, но и на потери электроэнергии, работу релейной зашиты, автоматики и т.д. В нормальном режиме работы системы электроснабжения показатели качества электроэнергии не должны выходить за пределы допустимых значений, которые приведены в ГОСТ 13109—98. Наиболее значительное влияние на надежность работы приемников электроэнергии и технологических установок оказывают такие ПКЭ, как отклонения, несимметрия и несинусоидальностьнапряжения. Основными факторами, вызывающими отклонения напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий, являются следующие: изменение режимов работы приемников электроэнергии; изменение режима работы источника питания; нерациональное подключение однофазных и ударных нагрузок к элементам системы электроснабжения. Изменение напряжения на зажимах приемника электроэнергии даже в пределах, установленных ГОСТ, вызывает изменение его технико-экономических показателей. Кроме того, отклонения напряжения влияют на показатели питающей сети за счет изменения потерь мощности и электроэнергии. Послеснижении напряжения уменьшается вращающий момент и несколько снижается частота вращения АД, так какувеличивается его скольжение. Для двигателей, работающих с полной нагрузкой, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения. При значительном снижении напряжения на зажимах электродвигателя, работающего с полной нагрузкой, сопротивление механизма может превысить вращение что приведет к "опрокидыванию"двигателя, т.е. к его остановке. При отклонениях напряжения ± 10 % активная мощность на валу двигателя меняется незначительно. В то же время потери активной и реактивной мощностей в двигателе колеблются в значительных пре-делах. Изменения потерь активной мощности в АД соизмеримы с потерями в цеховой электрической сети и оказывают при этом заметное влияние на электропотребление. Непостоянство активной и реактивной мощностей и напряжениявызывает изменение тока двигателя. При отклонении же напряжения на —10 % от UH0M ток двигателя увеличивается на 10 %. Поэтому с точки зрения нагрева более опасными являются отрицательные отклонения напряжения. Отклонения напряжения влияют и на надежность работы дуговых печей сопротивления,установлено, что в зависимости от параметра регулирования уменьшение напряжения, подводимого к печному трансформатору, снижает активную мощность печи. При отжиге заготовок в печах сопротивления при незначительном снижении напряжения технологический процесс удлиняется, а при снижении напряжения на 10 %, процесс отжига производить невозможно. У машин точечной сварки при отклонениях напряжения ± 15 % получается 100 %-ный брак продукции. Несимметрия напряжения неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы, а, следовательно на надежности АД. Так, несимметрия напряжения в 1 % вызываетзначительнуюнесимметриютоков в обмотках (до 9 %). Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагревстатора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Известно, что при несимметрии напряжения в 4 % срок службы АД, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается примерно в 2раза; при несимметрии напряжения в 5 % располагаемая мощность АД уменьшается на 5 — 10 %. Несимметрия напряжения не оказывает заметного влияния на работу кабельных и воздушных линий, однако у трансформаторов наблюдается значительное сокращение срока службы.Токи нулевой последовательности постоянно проходят через за земли-тели и отрицательно сказываются на их работе, вызывая высушивание грунта и увеличение сопротивления растеканию.Несинусоидальные режимы, обусловленные протеканием токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения промышленное предприятия, вызывают дополнительные потери активной мощности и электроэнергии. Наибольшие потери имеют место в трансформаторах, двигателях и генераторах. При наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции. За счет высших гармониктока довольно часто однофазные КЗ переходят в двухфазные в месте первого пробоя вследствие прожигания кабеля. Следовательно, высшие гармоники в кривой напряжения питающей сети приводят к сокращению срока службы силовых кабелей, повышению аварийности в кабельных сетях, увеличению числа необходимых ремонтов. При несинусоидальности 5 - 10 % суммарные амортизационные отчисления и стоимость текущих ремонтов кабелей возрастают на 15-20 %. Если силовые кабели используются в качестве каналов связи то высшие гармоники тока и напряжения ухудшают работу телемеханических устройств, вызывая сбои в их работе. Кроме того, высшие гармоники вызывают ложную работу устройств релейной защиты, в которой используются фильтры токов обратной последовательности, до 10% увеличивают погрешность индукционных:чстчиков электроэнергии. Батареи конденсаторов, работающие при несинусоидальных режимах, часто выводят из строя в результате вспучивания или взрыва. Причиной разрушения конденсаторов является перегрузка их токами высших гармоник, обуславливающих возникновение в системе электроснабжения резонансного режима на частоте одной из гармоник.

 

 

6-13. Группы потребителей, в зависимости от требований, предъявляемых к системам электроснабжения. Согласно ПУЭ все электроприемники подразделяют на три категории с выделением в I категории особой группы электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.К электроприемникам I категории относятся те, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный материальный ущерб, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов коммунального хозяйства. К электроприемникамII категории относятся те, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности городских и сельских жителей. К электроприемникамIIIкатегории относятся все остальные, не попадающие под определение I и II категорий. Для электроприемниковI категории перерыв электроснабженияможет быть допущен лишь на время автоматического ввода резерва (АВР), т.е. на доли секунды; для особых непрерывных производств предусматривается технологическое резервирование или специальные устройства безаварийного останова технологического процесса, действующие при нарушении электроснабжения. Для электроприемников II категории допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады (десятки минут, единицы часов). Для электроприемниковIII категории допустимы перерывы до 1 сут. Частота перерывов в явном виде ни для одной категории приемников не нормируется.

 

6-14. Выбор схем систем электроснабжения потребителей в зависимости от удельного ущерба. Определение ущерба от нарушения электроснабжения. Учет преднамеренных отключений. Перерыв питания электроэнергией предприятия вызывает так называемый ущерб. Ущерб от перерыва питания является основным и наиболее объективным критерием при определении требуемой надежности. В некоторых случаях внезапный перерыв электроснабжения может вызвать крупные аварии на промышленных предприятиях. Ущерб, вызванный указанными последствиями, называется прямым ущербом. Нарушение нормального электроснабжения может привести к снижению или прекращению выработки продукции предприятием. Ущерб, связанный с недовыработкой продукции, называют дополнительным ущербом. Ущерб энергосистемы, вызванный нарушением нормального режима, определяется в основном следующими факторами: дополнительными потерями электроэнергии в передающих и распределительных сетях, возникающими из-за перераспределения потоков электроэнергии или перегрузки части сети; возросшим расходом топлива на электростанциях энергосистемы, если нарушение нормального режима привело к перераспределению выработки электроэнергии на электростанциях; недоиспользованием основных и оборотных средств, если нарушение электроснабжения привело к недовыработке электроэнергии в энергосистеме. Преднамеренные отключения СЭС влияют на надежность электроснабжения потребителей. С одной стороны, при преднамеренных отключениях выполняются планово-предупредительные ремонтные работы, например, направленные на повышение надежности СЭС, а с другой стороны преднамеренные отключения понижают надежность электроснабжения потребителей, так как создают нерезервированные схемы. Преднамеренные отключения создают поток событий, не являющихся случайными, поскольку они вызываются направленным действием обслуживающего персонала. При определении надежности на короткий период времени, например, при решении в сетях оперативных задач, связанных с изменением режимов, преднамеренные отключения считаются детерминированными событиями, и надежность рассчитывается для различных режимов работы СЭС, соответствующих преднамеренным отключениям элементов. Если надежность анализируется за длительный промежуток времени, например при проектировании СЭС, то заранее предусмотреть число и длительность преднамеренных отключений сложно. В этом случае последние рассматриваются как поток случайных событий и используются положения теории вероятностей и математической статистики. Анализ большого объема статистических данных показал, что преднамеренные отключения можно считать случайными событиями, если временной период решения задачи составляет не менее года.

 

 

6-15. Показатели надежности электрических сетей и оборудования подстанций. При рассмотрении показателей надежности любого элемента различают три периода его эксплуатации: I - период приработки; 2- период нормальной эксплуатации; 3- период интенсивного износа и старения. Период 1 характеризуется снижением интенсивности отказов с течением времени, что объясняется выявлением скрытых дефектов монтажа и изготовления, отбраковкой элементов. Период 2 характеризуется примерно постоянной интенсивностью отказов. При этом они имеют внезапный характер (механические повреждения, повреждения вследствие неблагоприятных внешних условий и т.д.).Период 3 характеризуется повышением интенсивности отказов с течением времени и связан с интенсивным износом и старением, необратимыми физико-химическими процессами в материалах, из которых изготовлены элементы и их части (постепенные отказы). Надежность наиболее распространенных элементов электрических сетей, таких, как силовые трансформаторы, кабельные линии, в значительной степени определяются надежностью работы изоляции, "прочность" которой изменяется при эксплуатации. Основной характеристикой изоляции электротехнических изделий является, ее электрическая прочность, которая в зависимости от условий эксплуатации и вида изделия определяется механической прочностью, эластичностью, исключающей возможности образования остаточных деформаций, трещин, расслоений под воздействием механических нагрузок, т.е. неоднородностей.Разрушение изоляции при функционировании элемента происходит, в основном, в результате нагревания токами нагрузок и температурных воздействий внешней среды; механические нагрузки(вибрация, деформация, удары и др.) также вызывают разрушение изоляции. Надежность подстанции как элемента системы электроснабжения зависит от быстроты и безотказности действия устройств релейной зашиты, автоматического повторного включения линий и трансформаторов.