Методы оптимизации схем распределительных устройств с учетом надежности: Методическое руководство к курсовому и дипломному проектированию и практическим занятиям

Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

________________________________________________________

621.311                                                                                № 2279

М 545

МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ

Методическое руководство

к курсовому и дипломному проектированию

и практическим занятиям по курсу

«НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ»

для студентов IV и V курсов

(специальности 1001 и 2104)

дневного отделения факультета энергетики

Новосибирск

2002

УДК 621.311(07)

         М 545

 

Составили: д-р техн. наук, проф. А. И. ШАЛИН

 канд. техн. наук, доц. Г. А. САРАПУЛОВ

Рецензент канд. техн. наук, доц. В. А. ДАВЫДОВ

Работа подготовлена на кафедре электрических станций

 

 Ó Новосибирский государственный

технический университет, 2002 г.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших этапов проектирования электрической станции является выбор ее оптимальной электрической схемы. Расчет показателей надежности при этом можно выполнить в соответствии с описанным в работе [1] таблично-логическим методом при помощи ЭВМ. Этот метод сложный и трудоемкий. В [2] предложен, а в [3] более подробно рассмотрен простой и менее трудоемкий метод учета надежности вначале при выборе структурной схемы станции, а затем – при выборе оптимальной схемы распределительных устройств.

В данной работе рассматриваются аналитические методы определения показателей надежности схем распределительных устройств (РУ), разработанных на основе упрощенной модели отказов выключателей.

1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Расчет надежности схем РУ в общем случае заключается в определении [4]:

·  математического ожидания частоты отключений элементов (линий, трансформаторов, генераторов) и делений РУ на электрически не связанные части, а,1/год;

·  длительности вынужденного простоя отключившихся элементов или работы с делением РУ в нормальных и ремонтных режимах, Т, час/год;

·  математического ожидания недоотпущенной потребителям электрической энергии, DWнэ, МВт*ч/год;

·  математического ожидания ущерба от перерывов электроснабжения потребителей, УН, руб/год.

Методы расчета показателей надежности можно разделить условно на две группы:

1. Табличные методы [4], основанные на идее табличного метода В. Д. Таривердиева [5];

2. Аналитические [3,6,7].

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОТКАЗОВ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

При расчетах и оценках надежности главной схемы электрических соединений особое место занимает моделирование надежности выключателей, которые являются наиболее сложными, ответственными и наименее надежными среди аппаратов высокого напряжения.

Математические модели отказов выключателей можно разделить на две группы: сложные (полные), учитывающие большое число факторов, определяющие надежность [6], и упрощенные, учитывающие наиболее распространенные и существенные из них [3,8].

Сложные модели. При расчетах в модель надежности выключателя в общем случае включаются следующие показатели: интенсивность частичных и полных отказов коммутационного аппарата (КА) в статическом состоянии и при оперативных переключениях, относительная интенсивность отказов КА при автоматическом отключении короткого замыкания (КЗ), коэффициент тяжести отключения токов КЗ, учитывающий отличие условий работы КА от нормированных, относительная интенсивность отказов в срабатывании устройств релейной защиты (РЗ), действующих на отключение КА, и устройств автоматики, действующих на КА при автоматическом повторном включении (АПВ) и автоматическом вводе резерва (АВР), расчетные длительности выполнения аварийного ремонта и завершения предупредительного ремонта КА.

Определение показателей надежности КА расчетной схемы на основании статистических данных может производиться в соответствии с методикой и алгоритмами, приведенными в отчетах ВНИИЭ.

Упрощенные модели. В этих моделях под выключателем понимается весь комплекс оборудования в ячейке РУ (выключатель, разъединитель, измерительные трансформаторы, изоляторы и др.). Учет всех видов отказов выключателей в модели надежности главной схемы станции значительно усложняет и затрудняет расчет, тем более что по отдельным видам отказов отсутствует статистика. Поэтому в зависимости от решаемой задачи используются различные упрощенные математические модели надежности выключателей, учитывающие наиболее распространенные виды отказов.

Отказы самих выключателей классифицируются следующим образом [4,6]:

·  отказы типа «разрыв»;

·  отказы внезапные, когда отключаются выключатели смежные с отказавшим;

·  отказы при автоматическом отключении поврежденных элементов;

·  отказы при автоматическом отключении смежных отказавших выключателей (развитие аварии).

Под отказами типа «разрыв» подразумеваются отказы, приводящие к разрыву цепи, в которой находится отказавший выключатель, и требующие лишь вывода выключателя во внеплановый ремонт. Эти отказы могут происходить в статическом состоянии и выявляются при обходах и осмотрах оборудования ячеек. В большинстве моделей эти отказы как правило не учитываются, ввиду незначительной доли в общем числе отказов.

Отказы внезапные сопровождаются короткими замыканиями как в статическом состоянии, так и при производстве оперативных переключений, при которых либо отключается только один элемент, к которому присоединен выключатель, – «КЗ в одну сторону», либо отключаются все выключатели, смежные с отказавшим выключателем, – «КЗ в обе стороны». Отказы типа «КЗ в обе стороны» приводят к действию или УРОВ или защиту сборных шин и к отключению всех смежных выключателей. Коэффициент, характеризующий долю такого типа отказов в общем числе отказов выключателей, составляет Квн = 0,6 – 0,7 [4].

В соответствии с этим для выключателей могут быть приняты следующие показатели надежности (все или часть из них учитывается в математической модели выключателя в зависимости от метода и цели расчетов):

·  , отказ/год – параметр потока отказов, приводящих к отключению одного элемента («КЗ в одну сторону») или обоих элементов сразу («КЗ в обе стороны», последнее необязательно, а один – рассматриваемый – элемент отключится наверняка)
в статическом состоянии и при проведении оперативных переключений;

·  , отказ/год – параметр потока отказов, приводящих к отключению сразу двух объединяемых выключателем элементов («КЗ в обе стороны») в статическом состоянии и при проведении оперативных переключений;

·  , отказ/год — параметр потока отказов, приводящих к отключению только одного, рассматриваемого, элемента («КЗ в одну сторону»), другой элемент обязательно остается в работе.

·  , отказ/год – суммарный результирующий параметр потока отказов выключателя в статическом состоянии и при оперативных переключениям, приводящих к разрыву соединяемой им цепи.