Расчет надежности СЭС - ПЗ, Чертежи

Содержание

Введение

1 Анализ существующих методов повышения надежности СЭС

1.1 Обзор существующих моделей надежности ЭЭС

1.2 Методы повышения надежности Российских ЭЭС

1.3 Экономические аспекты надежности ЭЭС

1.4 Обзор нормативных документов по надежности

2 Исходные данные

3 Аналитический метод расчета надежности электроустановок

3.1 Кратковременное и длительное отключение подстанции

3.2 Кратковременное и длительное отключение подстанции

3.3 Кратковременное и длительное отключение подстанции

4 Расчет ущерба от недоотпуска энергии

5 Логико-вероятностный метод расчета надежности электроснабжения с

помощью дерева отказов

6 Возможные пути повышения надежности

6.1 Кратковременное и длительное отключение подстанции

Заключение

Список использованных источников

введение

Исследования по надёжности ЭЭС получили развитие после системной аварии в ноябре 1965 года в Северной Америке, когда большие территории в Северной Америке и Восточной Канаде остались полностью без электроснабжения в течение нескольких часов. Вследствие этой аварии в США было принято решение об образовании Национального совета по надёжности электроснабжения.

В нашей стране начало систематических исследований и формирование отечественной научной школы по надёжности ЭЭС также относится к 60м годам прошлого века. Трудом многих учёных и специалистов создана фундаментальная теория надёжности ЭЭС, которая получила признание в нашей стране и за рубежом и нашла применение в практике проектирования, эксплуатации и управления ЭЭС.

Процессы реформирования в электроэнергетике повлекли за собой существенные изменения правовых основ и общих принципов экономических отношений в сфере оборота электроэнергии, а также структурные изменения с формированием субъектов рынка электроэнергии в качестве подсистем ЭЭС. При этом вопросы надёжности выполнения своих функций субъектами рынка приобрели повышенную актуальность особенно после известной Московской аварии 2425 мая 2005 года. Федеральный закон «Об электроэнергетике» требует установления между всеми субъектами электроэнергетического рынка экономически сбалансированных отношений на основе платы за надёжность и полного восполнения убытков из-за ненадёжности электроснабжения. В утверждённой в 2004 году РАО «ЕЭС России» «Концепции обеспечения надёжности в электроэнергетике» провозглашён тезис: «надёжность электроснабжения потребителей в рыночных условиях становится товаром с соответствующей ценой и предметом договорных отношений между субъектами энергетического рынка, реализуемым через рыночные услуги». Сформулированные выше положения свидетельствуют о правомерности причисления вопросов надёжности к инновационной деятельности, направленной на коммерциализацию накопленных знаний, технологий и оборудования.

Основными целями курсового проекта являются более углубленное изучение материала по курсу «Надежность электроэнергетических систем», получение навыков расчета надежности электроэнергетических систем и сетей аналитическим и логико-вероятностным методами с построением дерева отказов.

Обзор существующих моделей надежности ЭЭС

Модель MEXICO (EDF, Франция). Эта модель, работа над которой продолжается более двух десятков лет, основана на статистическом моделировании и при моделировании во времени не учитывает хронологию. С помощью этой модели можно исследовать схемы до 500 узлов и до 1200 связей. Отельные состояния системы моделируются случайным образом в соответствии с коэффициентами готовности генерирующего и передающего оборудования. Для каждого такого состояния при данном уровне потребления с помощью решения задачи линейного программирования определяются генерирующие мощности и потоки в линиях, которые минимизируют сумму текущих затрат и ущерба от недоотпуска электроэнергии при учете электрических уравнений в сети в идеализации по постоянному току. Затем результаты всех рассмотренных состояний усредняются и вычисляются различные показатели надёжности.

Модель SICRET (ENEL, Италия). В этой модели, работа над которой также ведется около трех десятков лет, используется тот же подход, что и в MEXICO, но имеется и ряд отличий. Так, она позволяет рассматривать сети переменного и постоянного тока. При анализе отдельного состояния осуществляется компромисс между надежностью и экономической эффективностью посредством минимизации приведенных затрат.

Модель COMREL (University of Saskatchewan, Канада). Эта модель - образец использования аналитического метода. Для анализа каждого состояния может использоваться один из трех подходов: линейная потоковая модель, модель идеализации по постоянному току и быстрый разделенный метод потокораспределения. Время счета сокращается за счет ограничения верхнего уровня одновременных отказов и нерасемотрения состояний, вероятность которых ниже заданного ограничения.

Модель ОРИОН (Коми научный центр). Эта модель основана на комбинированном аналитикостатистическом методе. Подпрограмма расчета дефицитов мощности учитывает только первый закон Кирхгофа, и для оценки отдельного состояния используется двойственный симплексметод, в котором за начальное приближение для каждого следующего состояния принимают результаты расчета предыдущего состояния. Достоинством считается то, что определение исходного плана в двойственной постановке производится без труда (в постановке задачи коэффициенты линейных форм неотрицательны и равны 1).

Модель ПОТОК-3 (СЭИ СО РАН). Эта модель базируется на последовательном методе статистических испытаний. Используется хронологический принцип моделирования, который позволяет учитывать возможность влияния предшествующего состояния на последующее. В программе расчета дефицитов мощности также учитывается только первый закон Кирхгофа.

Для оценки минимального дефицита в системе используются две модели: первая использует только балансовые уравнения и основана на потоковых алгоритмах, а проблема неоднозначности при этом решается с помощью специальной задачи; вторая модель основана на уравнениях сети в идеализации по постоянному току и для ее решения применяется метод внутренних точек в совокупности с методом релаксации. Очень активно в "ПОТОКе" используется метод ФордаФалкерсона (потоковые алгоритмы).

Модель ЯНТАРЬ (СЭИ). Формирование расчетных состояний в этой модели осуществляется методом статистических испытаний на основе аналитически полученных функций распределения состояний генерирующих мощностей и нагрузок с учетом их случайных колебаний в узлах, а также линий электропередач по связям. Ряды распределения состояний оборудования системы и характерные суточные графики нагрузок являются исходной информацией для определения состояний системы. Для определения показателей надежности функционирования системы в первоначальной постановке требовался анализ лишь состояний, характеризующихся наличием дефицита мощности. В алгоритме предусматривалась также возможность максимального исключения расчетов бездефицитных состояний. Основная идея алгоритма сводилась к циклическому перебору всех возможных упорядоченных по «тяжести» состояний системы таким образом, чтобы каждое последующее состояние было бы более легким в смысле дефицитности. В последующих модификациях ЯНТАРя используются не только первая модель БОР, но и все остальные.

1.2 Обзор существующих моделей надежности оборудования ЭЭС и анализ его повреждаемости

При решении задач надежности ЭЭС широко используются такие методы определения надежности, как расчеты и эксперименты, которые предполагают моделирование надежностных свойств оборудования. В связи с этим ниже рассматриваются модели оборудования, которые в том или ином виде могут использоваться при решении проектных и эксплуатационных задач.

• Модели надежности основного силового оборудования электрических сетей

Под силовым оборудованием понимается оборудование, включенное непосредственно в цепи передачи потоков мощности и энергии.

Воздушные и кабельные ЛЭП

представляют собой восстанавливаемые объекты, которые могут находиться в работоспособном состоянии, отказывать, переходить в неработоспособное состояние, ремонтироваться и после восстановления снова переходить в работоспособное состояние. Под отказом здесь понимается всякое событие, происшедшее на линии, которое приводит к необходимости ее отключения. Кроме того, эти объекты в отдельные моменты оперативно отключаются и переходят в нерабочее состояние, связанное с проведением профилактических ремонтов (капитальных, текущих). Таким образом, ЛЭП может моделироваться элементом, который имеет три состояния: работоспособное, неработоспособное аварийное (в дальнейшем просто, неработоспособное или аварийное), неработоспособное плановое (в дальнейшем — плановый ремонт)

Для ЛЭП характерно два вида отказов: устойчивые, приводящие к необходимости ее отключения и проведения аварийно-восстановительных работ, и неустойчивые, которые ликвидируются отключением линии и ее повторным включением без проведения аварийно-восстановительных работ. Время перерыва в последнем случае зависит от способа повторного включения линии. При автоматическом повторном включении это время составляет от десятых долей секунды до нескольких секунд, а при включении оперативным персоналом — до нескольких минут. В связи с изложенным основными параметрами такого элемента являются: частота устойчивых и неустойчивых отказов; средняя длительность аварийного ремонта (после устойчивого отказа); средняя длительность планового ремонта; частота плановых отключений. В ряде задач возможна детализация длительностей плановых ремонтов и их частот на капитальные и текущие.

Частоты отказов ЛЭП обычно зависят от длины линии. В большинстве случаев, как показывает статистика отказов, эта зависимость линейная. Поэтому, когда обобщаются показатели надежности линий определенного класса, удобно пользоваться показателями удельной частоты отказов, относя полную частоту соответствующих отказов к длине линии. Другие показатели в малой степени зависят от длины линии, что обусловливается принятыми формами организации ремонтно-эксплуатационного обслуживания электрических сетей. Поэтому в практических расчетах можно эти показатели полагать независящими от длины линии.

Важным параметром линии, существенно влияющим на надежность сети, является ее пропускная способность. В рассматриваемой модели линии предполагалось, что отказы приводят к полной потере ее пропускной способности (полному отключению линии). В отдельных случаях отказ каких-то элементов линии может приводить не к полному отключению ее, а только, например, к отключению одной фазы. Если при этом допустима работа линии в неполнофазном режиме, то, как правило, снижается ее пропускная способность. Модель линии в этом случае должна предусматривать еще частичный отказ и частичное неработоспособное состояние с соответствующими показателями надежности. Следует отметить также, что для отдельных линий такие показатели, как частота отказов, могут существенно зависеть еще от сезонов года и часов суток.

Выше рассматривалась модель одноцепной линии. Если линия многоцепная, т. е. отдельные цепи конструктивно размещены на одних опорах и тем самым связаны между собой механически, электрической прочностью и т. п., то модель такой линии может быть построена двумя способами: либо как модель объекта с многими частичными отказами, каждый из которых вместе с тем состоянием, в которое переходит объект после отказа, характеризуется совокупностью показателей, аналогичных рассмотренным показателям одноцепных линий; либо как совокупность моделей одноцепных линий, но уже не независимых объектов, а зависимых. Во втором случае к показателям надежности отдельных цепей добавляются показатели надежности совместных отказов и простоев.

Трансформатор (автотрансформатор)

представляет собой восстанавливаемый объект, который может находиться в работоспособном состоянии, отказывать и переходить в неработоспособное аварийное состояние, восстанавливаться и снова переходить в работоспособное состояние. Кроме этого, в определенные моменты он оперативно отключается для профилактических ремонтов или вывода в резерв. Под отказом здесь понимается всякое повреждение в трансформаторе, приводящее к необходимости его отключения. Таким образом, трансформатор может, так же как и линия, моделироваться элементом, имеющим три состояния: работоспособное, неработоспособное и планового ремонта. Основными параметрами такого элемента являются: частота отказов; средняя длительность аварийного ремонта; средняя длительность планового ремонта; частота плановых отключений. Здесь, так же как и для линий, в ряде задач возможна детализация плановых ремонтов на капитальные и текущие.

Показатели надежности трансформаторов мало зависят от тех факторов, которые влияют на показатели надежности линий. Можно отметить, что для всех трехфазных трансформаторов отказы приводят к полному отключению объекта. Для трансформаторов, состоящих из группы однофазных (если допустим неполнофазный режим), отказ может быть частичным.

Выключатель

является одним из сложных объектов электрической сети. Так же как ЛЭП и трансформатор, выключатель — восстанавливаемый объект, который может находиться в трех состояниях: работоспособном, неработоспособном и в плановом ремонте. Выключатель имеет многообразные виды отказов, которые могут приводить к различным последствиям в системе. Рассмотрим подробнее возможные повреждения в выключателе и их последствия. Повреждения типа 1 (например, пробой изоляции левой колонки) могут сопровождаться локализацией их с одной стороны выключателем или смежными коммутационными аппаратами. С другой стороны эти повреждения локализуются только смежными коммутационными аппаратами. Таким образом, рассматриваемые повреждения типа 1 могут вызывать отказы двух видов:

— приводящие к необходимости работы всех смежных коммутационных аппаратов только с одной стороны (левой) выключателя (отказ вида 1); — приводящие к необходимости работы всех смежных коммутационных аппаратов с обеих сторон выключателя (отказ вида 3).

Повреждения типа 2 аналогичны по своим последствиям повреждениям типа 1, меняется только сторона (отказ вида 2).

Повреждение типа 3 (например, падение выключателя, перекрытие отключающей камеры и т. п.) приводит к отказу, в результате которого необходима работа всех смежных коммутационных аппаратов (отказ вида 3).

Кроме того, встречаются случаи, когда в результате каких-то неполадок происходит самопроизвольное отключение выключателя (разрыв цепи), не сопровождающееся отключением смежных коммутационных аппаратов, так называемое ложное срабатывание (отказ вида 4).

Рассмотренные виды отказов обычно являются независимыми и по природе своей аналогичны отказам ЛЭП и трансформаторов. Наряду с этим у выключателей имеются отказы срабатывания при появлении требования как на отключение (отказ вида 5), так и на включение (отказ вида 6), например, при автоматическом вводе резерва (АВР). Если первые виды отказов независимые, то последние обусловливаются уже возникающими требованиями, которые обычно связаны с отказами других элементов сети, что делает их зависимыми.

В связи с изложенным основными показателями надежности выключателя являются: частота отказов вида 1, 2, 3 и 4; вероятность отказа срабатывания на требование (относительная частота отказов) отключения и включения; средняя длительность аварийного ремонта; средняя длительность планового ремонта; частота плановых отключений; частота оперативных переключений. Показатель надежности — вероятность срабатывания на требование отключения, в свою очередь, может подразделяться на вероятность отказа при аварийных отключениях (сверхтоков) и при оперативных переключениях.

Рассмотренная модель выключателя — наиболее полная. В практических расчетах отдельные показатели могут быть несущественными и ими можно пренебречь. Наиболее часто употребляющаяся модель 2 выключателя включает в себя лишь два показателя отказов: частоту отказов вида 3 (частоту отказов, в статическом состоянии) и вероятность отказа срабатывания на требование отключения сверхтоков. При этом 3 включает в себя и отказы, возникающие при оперативных переключениях, учтенные исходя из средних частот переключений. Самой грубой является модель 3, представляющая выключатель только одним видом отказов, по последствиям совпадающим с отказом вида 3. Показатель частоты отказов при этом включает усредненно все отказы с такими последствиями.

Отделитель

функционально с позиций надежности выполняет в сети такую же роль, как и выключатель, поэтому может моделироваться так же, как и выключатель.

Разъединитель,

играющий в сети самостоятельную роль коммутационного аппарата, имеет модель, аналогичную модели выключателя.

Шины распределительных устройств

имеют модель, аналогичную модели линии.

• Модели основных элементов генерирующей подсистемы ЭЭС

Основным элементом данной подсистемы является генерирующий агрегат, в качестве которого могут выступать котел, турбина, электрический генератор, как по отдельности, так и в определенной совокупности.

Генерирующий агрегат

может находиться в работоспособном состоянии, отказывать, переходить в неработоспособное состояние, ремонтироваться и переходить снова в работоспособное состояние. Под отказом здесь понимается всякое возникшее в агрегате повреждение, требующее его отключения от системы. Для генерирующих агрегатов характерно наличие большой доли постепенных отказов. Постепенность проявляется в том, что часто возникающие повреждения не требуют моментального снятия с него нагрузки и отключения от системы, а позволяют отложить это до момента, более благоприятного для системы (например, до времени снижения общей нагрузки системы или на время пуска резервного агрегата). Кроме того, агрегаты могут оперативно отключаться для проведения на них плановых ремонтов или выводиться в резерв. Таким образом, генерирующие агрегаты должны моделироваться элементами, которые могут находиться в трех состояниях: работоспособном и двух неработоспособных (аварийном и ремонтном).

С позиций надежности важно и такое свойство агрегата, как время пуска и включения его в работу и скорость набора нагрузки.

Основными показателями надежности являются: частота всех отказов, в том числе внезапных, постепенных; частота плановых отключений в ремонт, в том числе в капитальный, в текущий; средняя длительность аварийного ремонта; средняя длительность плановых ремонтов, в том числе капитальных; текущих; относительная длительность нахождения агрегата в аварийном ремонте.

Обобщенная нагрузка

представляет собой совокупность всех потребителей системы, которые системой управления могут избирательно отключаться. Под системой управления прежде всего здесь понимается совокупность диспетчерских указаний об отключении в случаях необходимости тех или иных потребителей, автоматическая частотная разгрузка (АЧР) и частотное автоматическое повторное включение (ЧАПВ) потребителей.

Графическая часть.cdw

Показатели надежности выкатных
Расчет показателей надежности
системы электроснабжения потребителей
Схемы для расчета показателей надежности
электроснабжения потребителей
Выкатной выключатель
Масляный выключатель
Короткозамыкатель с отделителем
Силовой трансформатор
Трансформаторная подстанция
Схема электроснабжения потребителей
Доработанная схема электроснабжения потребителей
Расчетная схема надежности при кратковременном аварийном отключении
Расчетная схема надежности при длительном аварийном отключении

Лист 2.cdw

Дерево отказов для длительного
Расчет показателей надежности
системы электроснабжения потребителей
Дерево отказов для длительного режима отключения