транспортировки
Введение
Проблема надежности в современном мире является ключевой,
Методы оценки надежности электроэнергетических установок и систем. 1. Классификация режимов и методов Конечной целью расчета надежности систем ЭСН является количественная оценка комплексных показателей надежности относительно конкретных узлов нагрузки и разработка на основе полученных результатов мероприятий целенаправленного их изменения. Количественные характеристики комплексных показателей надежности зависят от состояний системы в каждый момент времени и спроса мощности и энергии в узлах нагрузки. Число дискретных состояний в сложной схеме исключительно велико. Поэтому на практике невозможно оценить надежность, не разработав эффективного метода сокращения числа рассматриваемых состояний до приемлемого уровня и достижения конкретных целей. Проблема надежности ЭС и их элементов связана с вопросами определения и оптимизации показателей надежности ЭС на стадиях проектирования, сооружения и эксплуатации. С увеличением электро- и теплопотребления усложняется структура ЭС, увеличивается их мощность и мощность единичных агрегатов, повышается уровень автоматизации. Основными причинами полных сбросов нагрузки в большинстве случаев являются: низкая надежность тепловых и электрических схем ТЭС в ремонтных режимах и при выводе основного оборудования в холодный резерв. Зачастую ЭС вынуждены работать в маневренных режимах при покрытии ступенчатых графиков нагрузки, при этом процессы функционирования ЭЭУ на современных ЭС характеризуются стационарными и переменными режимами. Большинство задач по формализации процессов функционирования систем сводится к количественной оценке вероятностных показателей в стационарном режиме с использованием логико-вероятностных, топологических, аналитических и других методов. Решая задачи надежности главным образом структурных моделей, в этих методах мало уделяется внимания режимной надежности ЭЭУ, которая приобретает особую важность в процессах регулирования графиков электрических нагрузок ЭЭС с учетом фактора человека. Чтобы восполнить этот пробел, предлагается структурно-функциональный метод исследования надежности ЭЭУ в стационарных и переменных режимах: пуска, останова и регулирования нагрузки [2]. В качестве расчетных режимов для исследования надежности выдачи мощности ЭС принимаются: нормальный, переменный и аварийный режимы (установившийся и неустановившийся). В установившихся аварийных режимах учитываются все отказы тепломеханического и электротехнического оборудования с использованием средних значений показателей надежности. В неустановившихся режимов учитывается только то оборудование (генераторы, трансформаторы, выключатели, СШ, ЛЭП), которое отключается РЗ. Надежность этого оборудования, средств защит и автоматики характеризуется мгновенными значениями. Всякий режим ЭС или ЭЭУ может быть представлен статической, кинематической или динамической моделью. Статическая модель характерна для нормального режима ЭС и отображает структурную взаимосвязь элементов ЭС, поэтому методы исследования надежности на основе этой модели названы структурными. Применяются математические методы: аналитический, топологический, логико-вероятностный. Критерием надежность ЭС в этом случае является условный недоотпуск электроэнергии ∆Wн. Кинематическая модель отражает не только взаимосвязь элементов ЭС, но и их взаимодействие в процессе функционирования и учитывает последствия действий автоматики, защит и оперативного персонала, изменяющие режим работы. Кинематические модели применимы в переменных режимах: пуска, нормального и аварийного останова, включения, отключения, регулирования ЭЭУ, — а так же в установившемся аварийном режиме. В отличие от статических, кинематические модели предназначены для исследования структурно-функциональной надежности. При расчетах используют топологические методы, например, марковский метод, структурно-функциональный и пр. Критерием надежность ЭС в этом случае является и условный недоотпуск электроэнергии ∆Wн в случае переменного режима, и дефицит мощности ∆Р при установившемся аварийном режиме. Динамические модели предназначены для идентификации неустановившихся аварийных режимов, возникающих вследствие нештатных аварийных ситуаций с каскадным (цепочечным) развитием аварии. Динамические модели предназначены для исследования структурно-функциональной надежности. При этом в расчетах используют данные лишь статистических испытаний. Надежность ЭС в этом случае характеризуется свойствами живучести и режимной управляемости. В данной работе предложены статические и кинематические модели ЭЭУ на основе структурных методов расчетов надежности. Особое место в теории надежности занимают топологические методы расчетов на основе графов (см. таблицу 4.1) [1].
Таблица 4.1 — Применение графов в качестве моделей
2. Метод, учитывающий зависимые отказы элементов В электрических системах и отдельных ЭЭУ возможны отказы элементов, обусловленные отказами смежных элементов и сопровождающиеся КЗ. Такие отказы называются зависимыми отказами. Для учета зависимых отказов могут быть применены топологические модели на основе сигнальных графов Мэзона (граф М) [14]. В общем виде граф М (рисунок 4.1) описывается выражением относительно расчетного элемента (РЭ):
где Ррэ — вероятность состояния отказа элемента, относительно которого производится расчет, отн. ед.; ωi — частота отказов элемента, соответствующего вершине графа М, 1/год; α(i+i) i — передача отказа от (i+l) -гo к i-ому элементу, характеризующая значение условной вероятности отказа РЭ при отказе (i+l) -гo элемента (i = 1, 2, 3…n), отн. ед.; Тв(п) — продолжительность восстановления (а также оперативных переключений или простоя) РЭ, соответствующая собственному контуру вершины (петле), ч; n — количество элементов. При стационарности процессов отказов и восстановления, подчиняющихся показательному закону распределения, для зависимых отказав на интервале времени ∆t применимы основные выражения из теории вероятностей. Вероятность одновременного наступления двух зависимых событий А и В имеет вид: Р(АВ) = Р(А/В) Р(В), где Р(А/В) — условная вероятность отказа РЭ, изменяющееся от 0 до 1, а граничные значения показывают отсутствие или наличие связи между элементами.
Рисунок 4.1 — Метод, учитывающий зависимые отказы элементов: а — схема электрических соединений блока; б — направленный граф Связь элементов через коммутационный аппарат (выключатель) представляется как передача отказов с относительной частотой отказа выключателя dв2к при автоматических и dвоп при оперативных переключениях. Согласно (4.1) граф М для схемы электрических соединений РУ, показанной на рисунке 4.2, описывается формулой:
где РРЭ — вероятность состояния отказов РЭ; ωi ωj ωx ωy — частота отказов элементов; TBi — продолжительность восстановления; Тп — время простоя при оперативных переключениях; Твр = Тв — Тв2/2Тр — время простоя схемы при наложении отказа выключателя на ремонт другого; Тр — время ремонта выключателя; I, J, X, Y — количество элементов; dB2к — условная частота отказов выключателя при автоматическом отключении КЗ. Метод, основанный на графах М, имеет ограниченное применение при следующих недостатках: — надежность систем или отдельных ЭЭУ рассматривается в статическом состоянии при отказах в виде КЗ; — в оценке надежности не учитывается резервирование элементов; — исключается влияние внешних стохастических факторов на систему.
Рисунок 4.2 — Схема ОРУ — 220 кВ: а — схема электрических соединений ОРУ; б — граф зависимых отказов в нормальном режиме ОРУ; в, г –графы зависимых отказов при ремонте выключателей.
Список литературы 1. Волков Н.Г. Надежность электроснабжения. Учеб. пособие/Том. политех. ун-т.—Томск, 2003.—140 с. 2. Биллитон Р. Оценка надежности электроэнергетических систем: Пер. с англ. /Р. Биллинтон, Р. Аллан.— М.: Энергомиздат, 2001, —288 с.
|
(4.2)
