Расчет показателей надежности системы электроснабжения потребителей

надежность.cdw

Рисунок 1 - Исходная схема электрической сети
Рисунок 2 - Схема кратковременного отключения ПС1-3

ПЗ1.docx

Аналитический метод расчета надежности электроустановок ..19
1 Определение схем замещения 22
2 Расчёт схемы сети .. .23
3 Количественная оценка надежности электроснабжения . . .. 25
Логико-вероятностный метод расчета надежности электроснабжения с помощью дерева отказов . . .28
Возможные пути повышения надежности.. .. 32
1 Применение в энергосистеме двуцепных линий .32
2 Использование схемы с двусторонним питанием 32
3 Использование выключателей .. 32
4 Замена маслонаполненных измерительных трансформаторов тока на трансформаторы с элегазовой изоляцией 33
Список литературы 36
Главная задача обеспечения надежности ЭЭС заключается в снабжении потребителей электроэнергией в нужном количестве и при надлежащем её качестве. Увеличение потребляемой электроэнергии тесно связано с качественными изменениями в характере потребителей значительно повышает зависимость нормального функционирования отдельных потребителей и районов от надёжности электроснабжения. В итоге нарушение электроснабжения приводит к экономическому ущербу соизмеримым в ряде случаев по масштабу с национальным бедствием. В некоторых энергосистемах число аварий в течение года достигает нескольких десятков а годовой недоотпуск электроэнергии из-за аварий – нескольких миллиардов киловатт-часов. Суммарная мощность одновременно простаивающих в аварийном ремонте генераторов составляет десятки миллионов киловатт.
Существуют различные технические средства повышающие надежность т.е. ликвидирующие или предотвращающие развитие аварий. К таким относят: релейная защита от коротких замыканий автоматическое повторное включение (АПВ) автоматический ввод резерва (АВР) автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) автоматическая частотная разгрузка (АЧР) автоматическое регулирование частоты и мощности (АРЧМ) автоматическая синхронизация генераторов система автоматического отключения нагрузки (САОН) и т.д.
Помимо перечисленных технических средств повышающих надежность немаловажное значение приобретают и такие недешевые мероприятия как внедрение автоматизированных систем контроля и управления электроснабжением (АСКУЭ) а также резервирование генерирующей мощности резервирование систем передачи и распределения электроэнергии увеличение пропускной способности ЛЭП трансформаторов подстанций [2].
Рассчитать показатели надежности аналитическим методом для трех подстанций при включенном и выключенном шинном выключателе.
Оценить надежность схемы логико-вероятностным методом с помощью «дерева отказов» дать анализ минимальных сечений.
На рисунке 1.1 представлена исходная схема электрической сети.
Рисунок 1.1 - Исходная схема
Согласно варианту исходная схема электроснабжения остается неизменной.
Исходные данные для расчёта надежности электроснабжения потребителей приведены в таблице 1.1
Т а б л и ц а 1.1 – Данные для расчета надежности
Аналитический метод расчета надежности электроустановок
Для определения показателей надёжности электроустановок аналитическим методом необходимо составить расчётную схему соединения их элементов. Расчётная схема отражает логику связей элементов с точки зрения надёжности работы всей установки или с точки зрения отказа всей установки. Расчётная схема ЭЭС часто не совпадает с электрической схемой. Иногда последовательно соединённые в электрической схеме элементы на логической схеме должны быть изображены параллельным соединением и наоборот. Например шинные разъединители всех параллельных по электрической схеме присоединений составляют последовательную цепочку если рассматривается погашение сборных шин. Расчёт проводится путём замены параллельных и последовательных цепей эквивалентными элементами для чего используются формулы определяющие общее число аварийных отключений длительность аварийных простоев для эквивалентного элемента [1].
- длительность планового ремонта для каждого случая подсчитывается исходя из существующих закономерностей ремонтных работ;
- одновременные отключения цепи из двух параллельных элементов в плановый период не допускаются;
- за время отключения элемента с большой длительностью ремонта может быть произведен ремонт других элементов (с относительно меньшей длительностью ремонта).
В зависимости от применяемой схемы соединения восстановление электроснабжения может заключаться:
- в замене отказавшего элемента;
- в ремонте поврежденного элемента;
- в операции автоматического секционирования;
- в работе автоматики АВР АПВ;
- при производстве переключений вручную.
Основные допущения аналитического расчета заключаются в следующем.
Перерывы электроснабжения ликвидируемые работой автоматики (АПВ АВР) не учитываются. Устройства релейной защиты считаются действующими безотказно.
Кратковременные отключения (производство переключений вручную) подсчитываются отдельно. Длительность перерывов электроснабжения при кратковременных отключениях принимается 20 30 мин. Расчетная схема для кратковременных отключений должна содержать только элементы соединенные последовательно; параллельные ветви учитывать не следует.
Для длительных отключений (ремонт элементов) рассматриваются также отказы параллельных цепей вызванные наложениями повреждений одного элемента на аварийное восстановление другого и аварийных повреждений на плановые отключения.
Расчетные схемы для всех видов отключений составляются отдельно для каждого потребителя или (и) групп потребителей.
Если параллельные цепи имеют перемычку (линии переключательные посты дальних ЛЭП секционные или шиносоединительные выключатели) расчетные схемы для кратковременных и длительных отключений приходится составлять для режимов с включенной перемычкой (считая её абсолютно надежной) и с отключённой перемычкой (считая её находящейся в плановом или аварийном ремонте).
Аналитические расчёты основываются на предположении что поток отказов элементов на расчетном промежутке – простейший пуассоновский
а закон распределения вероятности восстановления – экспоненциальный.
Показателями надежности питания являются частоты отключения двух трансформаторов каждой подстанции и коэффициенты аварийного простоя этих подстанций. Кроме того надежность питания промышленного района характеризуется частотами аварийного погашения двух и трех подстанций глубокого ввода и соответствующими коэффициентами простоя. Определим эти показатели с помощью аналитического метода расчета.
При сделанных допущениях для показателей надёжности элементов электроустановок справедливы следующие формулы теории надёжности. Для коэффициентов простоя
где и – коэффициенты аварийного и планового простоя;
– интенсивность случайного события (отказа);
– время восстановления системы;
– удельная длительность планового ремонта (за 1 год).
Для последовательного соединения элементов
где – интенсивность отказов i-го элемента.
где – время восстановления i-го элемента.
Тогда при последовательном соединении i элементов коэффициент аварийного простоя
Среднее время одного планового ремонта последовательной цепи
где – количество плановых ремонтов в течение ремонтного цикла;
– длительность планового ремонта элемента максимальная из всех отключаемых в j-м простое.
Коэффициент планового простоя последовательной цепи
где – частота плановых ремонтов последовательной цепи.
1 Определение схем замещения
Схемы замещения определяются для трех подстанций. На рисунке 2.1 представлена схема замещения кратковременного отключения сети.
Рисунок 2.4 – Расчётная схема кратковременного отключения подстанций 1-3
2 Расчёт схемы сети кратковременного отключения подстанций 1-3
Так как схемы для всех подстанций одинаковые то и расчет один.
3 Количественная оценка надежности электроснабжения.
При проектировании сетей выбирается уровень надежности электроснабжения потребителей и производиться технико-экономическое сравнение различных вариантов схем сети. При сравнении вариантов определяется ожидаемое значение ущерба при возможных перерывах электроснабжения. Ущерб в этом случае носит вероятностный характер. Задача сводиться к определению математического ожидания (среднего значения) ущерба У за определенный период эксплуатации обычно за 1 год. При этом определяются вероятностные характеристики от которых зависит надежность схемы [1].
Количество недоотпущенной энергии потребителям
где – количество энергии получаемой в течении года потребителями присоединенными к данной линии.
Ущерб получаемый при аварийном отключении питания подстанции:
где – удельная стоимость 1МВт·ч недоотпущенной энергии.
Количество недоотпущенной энергии потребителям и годовой ущерб:
Результаты расчётов свели в таблицу 2.1
Т а б л и ц а 2.1 – Результаты расчётов
Интенсивность отказа отклгод
Коэффициент аварийного простоя
Потери элэнергии W МВтч
Ущерб от недоотпуска элэнергии У тыс.руб.
Логико-вероятностный метод расчета надежности электроснабжения с помощью дерева отказов
Логико-вероятностный метод с использованием дерева отказов является дедуктивным (от общего к частному) и применяется в тех случаях когда число различных отказов системы относительно невелико. Применение дерева отказов для описания причин отказа системы облегчает переход от общего определения отказа к частным определениям отказов и режимов работы её элементов понятным специалистам – разработчикам как самой системы так и элементов. Переход от дерева отказов к логической функции отказа открывает возможности для анализа причин отказа системы на формальной основе. Логическая функция отказа позволяет получить формулы для аналитического расчёта частоты и вероятности отказов системы по известной частоте и вероятностям отказов элементов. Использование аналитических выражений при расчёте показателей надёжности даёт основание к применению формул теории точности для оценки среднеквадратической погрешности результатов [12].
Отказ функционирования объекта как сложное событие является суммой события отказа работоспособности и события состоящего в появлении критических внешних воздействий. Условие отказа функционирования системы формулируется при помощи высказываний.
Высказывания могут быть конечными промежуточными первичными простыми сложными. Простое высказывание относится к событию или состоянию которые сами не рассматриваются ни как логическая сумма "ИЛИ" ни как логическое произведение "И" других событий или состояний. Сложное высказывание представляющее собой дизъюнкцию нескольких высказываний (простых или сложных) обозначается оператором "ИЛИ" связывающим высказывания низшего уровня с высказываниями высшего уровня.
Сложное высказывание представляющее собой конъюнкцию нескольких высказываний обозначается оператором "И".
Построение дерева отказов начинается с формулировки конечного высказывания об отказе системы. Для характеристики безотказности системы конечное высказывание относят к событию которое приводит к нарушению функционирования в рассматриваемом интервале времени при заданных условиях.
В схеме использованы обозначения:
- отказы подсистем которые можно анализировать далее;
– отказы элементов которые далее не анализируются.
Цель анализа дерева отказов состоит в том чтобы определить вероятность конечного события.
Метод анализа основан на нахождении и расчете множеств минимальных сечений. Сечением называют такое множество элементов суммарный отказ которых приводит к отказу системы. Минимальное сечение – такое множество элементов из которого нельзя удалить ни одного элемента иначе оно перестаёт быть сечением.
Исходя из определения конечного события и принципиальной схемы системы построим дерево отказов вниз от конечного события (рисуок 3.1).
Рисунок 3.1 – Дерево отказов при кратковременных отключениях
Анализ сечений для дерева отказов при кратковременных отключениях при не секционированной ЛЭП
Возможные пути повышения надежности
В условиях перехода на рыночные отношения коренным образом меняются представления об отношениях между субъектами рынка электрической энергии. Конечные потребители все чаще обращают внимание энергоснабжающих организаций на уровни надежности электроснабжения. Это делает задачу повышения надежности электроснабжения весьма актуальной.
Повышения надежности можно достичь путем различных мероприятий представленных ниже.
1 Применение в энергосистеме двухцепных линий
Применение в электрической сети двухцепных линий вместо одноцепных может повысить надежность так как число отключений в год у двухцепных линий в 65 раз меньше чем у одноцепных. Особенно такое мероприятие эффективно в радиальных сетях что в нашем случае оказалось весьма актуальным.
2 Использование схемы с двусторонним питанием
Результаты расчетов показателей надежности указывают на то что при использовании схемы с двухсторонним питанием интенсивность отказов на всех подстанциях существенно ниже чем при работе схемы с односторонним питанием.
3 Использование выключателей
Одним из способов повышения надежности в энергосистеме является замена отделителей и короткозамыкателей на выключатели. Так же значительно повышает надежность сети использование выключателей в ремонтной перемычке.
Наиболее надежными являются вакуумные и элегазовые выключатели. Оба вида выключателей имеют свои плюсы и минусы и поэтому выбор того или иного вида выключателей необходимо производить в конкретных условиях. Вакуумных выключателей на номинальное напряжение выше 110 кВ не существует поэтому при более высоких напряжениях используют элегазовые выключатели.
4 Замена маслонаполненных измерительных трансформаторов тока на трансформаторы с элегазовой изоляцией.
Кардинальное решение проблемы пожаробезопасности больших силовых трансформаторов может быть достигнуто применением элегазовой изоляции.
Основным значимым для трансформатора различием элегаза и масла является теплопередающая способность на единицу объема. Например при рабочем давлении газа 12 кгссм2 теплопередающая способность элегаза составляет 1 200 от масла (плотность 165 удельная теплоемкость 13).
Для обеспечения требуемого отвода тепла в элегазовых трансформаторах должна быть более совершенная система охлаждения. Например охлаждающие каналы в обмотках должны увеличить циркуляцию газа а изоляция провода должна быть выполнена из высокотемпературного изоляционного материала такого как PET (полиэтилен телефтолат) или PPS (полиэтилен сульфид).
В элегазовом трансформаторе для витковой изоляции пленочный материал является более подходящим чем бумага по соображениям импульсной прочности. Наиболее подходящим материалом являются PET и PPS в виде пленки которая имеет отличные теплопередающие свойства. Что касается типа обмоток то переплетенная обмотка применяется при напряжении 66 кВ и выше. В равномерном поле при давлении элегаза 12 кгссм2 его электрическая прочность почти такая же как и трансформаторного масла. Однако пробивное напряжение газовой изоляции зависит от максимальной напряженности поля. Максимальная напряженность которая может быть допущена в масле недопустима в элегазе. Поэтому изоляция в элегазовом трансформаторе требует определенного усовершенствования но сравнению с масляными трансформаторами. Чтобы уменьшить напряжение на газовых промежутках в системе газ — твердая изоляция применяются материалы с малой диэлектрической постоянной а в некоторых случаях применяются полые дистанцирующие детали для уменьшения их диэлектрической постоянной.
Давление газа. Для повышения электрической прочности и улучшения охлаждения желательно высокое давление элегаза. Однако большинство трансформаторов имеют бак не простой цилиндрической формы а иной формы и поэтому экономически невыгодно изготавливать их рассчитанными на высокое давление. Поэтому в большинстве элегазовых трансформаторов применяется давление 2 кгссм2 при максимальной рабочей температуре. И все же элегазовые трансформаторы напряжением 275 кВ имеют максимальное рабочее давление несколько выше. Это сделано для повышения электрической прочности что дало возможность иметь трансформатор в пределах транспортных габаритов.
Переключающее устройство РПН. В контакторе переключающего устройства применены вакуумные камеры во избежание попадания в элегаз продуктов горения дуги. В элегазовых трансформаторах отсутствует очистка элегаза и его электрическая прочность может быть снижена металлическими частицами образующимися при механическом износе контактов. Поэтому в избирателе вместо скользящих контактов применены контакты катящегося типа. Кроме того сочленения движущихся частей имеют безмасляную структуру со специальной обработкой поверхностей. Таким образом в элегазовых трансформаторах применяется совершенно иное переключающее устройство нежели в масляных трансформаторах [34].
В расчетной части составлены расчётные схемы отключений. Рассчитаны показатели надёжности схемы электроснабжения потребителей аналитическим методом. Произведена оценка надёжности схемы электроснабжения логико-вероятностным методом с помощью дерева отказов. Рассчитан ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям в моменты аварийных отключений.
В проекте рассмотрена задача повышения надежности ЭЭС путем использования двухцепных линий замены отделителей и короткозамыкателей на выключатели. Надёжность увеличилась из-за уменьшения интенсивности отказов подстанций. Следовательно уменьшился и ущерб.
Расчет показателей надежности системы электроснабжения потребителей: методические указания к выполнению курсового проекта Д.Ю.Пашали Т.Ю.Волкова. – Уфа: УГАТУ 2009. – 77 с.
Папков Б.В. Пашали Д.Ю. Надежность электроснабжения: учебное пособие Б.В. Папков Д.Ю. Пашали; УГАТУ Уфа: изд-во УГАТУ – 2007. - 199 с. ил.
Китушин В.Г. Надежность электроэнергетических систем: учебное пособие В.Г. Китушин; НГТУ Новосибирск: изд-во НГТУ – 2003. - 256с. ил.

титул.doc

Уфимский государственный авиационный технический университет
Расчет показателей надежности системы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине Надежность электроэнергетических систем
(обозначение документа)

аннотация.doc

В расчетной части приведены схемы при кратковременных отключениях. Проведен расчет показателей надежности элементов схемы электроснабжения потребителей при использовании аналитического метода расчета надежности электроустановок (частоты кратковременных отключений коэффициентов простоя суммарной частоты отключений потребителей электрической энергии).
Проведен анализ надежности электрической сети при помощи логико-вероятностного метода расчета надежности электроснабжения с построением дерева отказов. Произведен анализ сечений выявлены минимальные сечения.
Предложены рекомендации по повышению надежности работы схемы ЭЭС.