Актуальность проблемы. Электрическое оборудование промышленных предприятий в процесе эксплуатации находится под влиянием различных факторов: повышенной влажности, агрессивных сред, пыли, механических и электрических нагрузок. При этом изменяются свойства материалов электроустановок, что приводит к возникновению коротких замыканий (КЗ), которые вызывают отключение электроустановок и электрических сетей, т.е. к перерыву в электроснабжении. Перерывы в электроснабжении приводят к простою производства, снижению объема выпускаемой продукции и т.д. В связи с этим возникает необходимость в определении способности систем электроснабжения обеспечить бесперебойность подачи электроэнергии.

  На сегодняшний день существующие методы расчета надежности не учитывали события, приводящие к отказам в срабатывании защитного коммутационного аппарата, при появлении КЗ в зоне действия его релейной защиты. Учет этих событий позволяет более точно оценивать надежность структурно-сложных схем и разрабатывать организационно-технические мероприятия, позволяющие обеспечивать нормируемый уровень надежности для рассматриваемой сети.

  Поэтому задача, связанная с определением надежности схем электроснаабжения и разработкой наиболеее надежной структурной схемы (на этапе проектирования) для питания рассматриваемых узлов нагрузки является весьма актуальной, и ее решение служит интересам экономики Украины.

 Цель работы. Уточнить методику расчета надежности структурно- сложных схем электроснабжения промышленных предприятий.

 Термины и определения, общие понтия в области надежности

 Надежность - это свойство объекта сохранять способность выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования.

 Безопасность - это свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей иокружающей среды.

 Объект - техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

 Живучесть - это свойство объекта противостоять локальным возмущениям и отказам, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей.

 Система - объект, представляющий собой совокупность элементов, взаимодействующих в процессе выполнения определенного круга задач и взаимосвязанных функционально.

 Элемент системы - это объект, представляющий собой простейшую часть системы, отдельные части которого не представляют самостоятельного интереса в рамках конкретного рассмотрения.

 Восстанавливаемый объект - объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

 Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа не возникает.

 Интенсивность отказов - предел отношения условной вероятности отказа объекта на интервале времени или наработки непосредственно после данного момента времени при условии, что до этого момента оотказ объекта не возник, к продолжительности этого интервала при его неограниченном уменьшении.

 Параметр потока отказов - предел отношения вероятности отказа объекта на интервале времени или наработка непосредственно после данного момента времени к продолжительности этого интервалаа при его неограниченном уменьшении.

 Отказ работоспособности - событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности на другой, более низкий.

 Полный отказ работоспособности - отказ работоспособности, приводящий объект в неработоспособное состояние.

 Независимый отказ работоспособности - отказ работоспособности объекта, не обусловленный отказами других объектов.

  Предлагаемый в работе метод расчета надежности восстанавливаемых систем электроснабжения отличается от существующих [1-5] тем, что кроме оценки отказов коммутационных аппаратов типа "обрыв цепи" учитывается еще и второй вид отказа - отказ защитного коммутационного аппарата в срабатывании при появлении коротких замыканий (КЗ) в зоне действия их релейных защит.

 В работах Ю.Б. Гука условная вероятность отказов в срабатывании выключателя 6 кВ при КЗ на присоединении в зоне действия его релейной защиты Р=(1 ± 0,5)10-3, отказ в срабатывании устройств АВР - Р=(1 ± 0,5)10-2. В работах Фокина вероятность отказа в срабатывании коммутационнго аппарата принимается равной 0,001; в работах Дж. Эндрени - 0,0015. В работе Зорина, Тисленко, Клеппель, Адлера вероятность несрабатывания релейной защиты 6-10 кВ принимается равной 0,02, а АВР - 0,022.

  В работе предложены новые формулы, позволяющие учитывать при расчете надежности сети отказы в срабатывании коммутационных аппаратов, что позволяет значительно уточнить существующие методики.

  В виду того, что отказ защитного коммутационного аппарата типа "обрыв цепи" и отказ в срабатывании события независимые и несовместные, а также по разному действуют на рассматриваемый узел нагрузки (секция шин либо отдельно взятый потребитель, то для оценки надежности электроснабжения узла нагрузки составляются две логические схемы замещения.

  В первой схеме замещения учитывается влияние отказов защитных коммутационных аппаратов типа "обрыв цепи" на рассматриваемый узел нагрузки. Во второй схеме замещения учитываются такие отказы в срабатывании коммутационных аппаратов, которые влияют на частоту аварийных отключений рассматриваемого узла нагрузки.

  Расчет и составление первой схемы замещения, где учитываются отказы коммутационного аппарата только типа "обрыв цепи" не вызывают затруднений [1-5]. Остановимся более подробно на том, как оценить влияние отказов в срабатывании коммутационных аппаратов на надежность рассматриваемого узла нагрузки.

  Пусть заданы:

	- параметр потока КЗ в зоне действия МТЗ защитного коммутационного аппарата;
	- интервал времени между профилактическими осмотрами i-той системы отключения коммутационного аппарата, в том числе и его релейной защиты;
	- параметр потока отказов системы отключения i-го коммутационного аппарата (эти отказы выявляются только в результате профилактических осмотров систем отключения выключателей и средств защиты);
	- число коммутационных аппаратов, через которые прошел сквозной аварийный ток и привел в действие их релейные защиты;
	- параметр потока аварийных отключений узла нагрузки из-за отказов в срабатывании защитных коммутационных аппаратов.

 При выводе формулы частоты аварийного отключения узла нагрузки в зависимости от частоты появления КЗ , частоты отказа в срабатывании защитного коммутационного аппарата, через который прошел аварийный сквозной ток и срока профилактики системы защиты были приняты следующие допущения.

 Устройства защиты могут выходить из строя только тогда, когда они находятся в режиме ожидания. Если к моменту возникновения повреждения в сети, на которое должна реагировать релейная защита, она находилась в исправном состоянии, то маловероятно, чтобы защита вышла из строя, находясь в режиме тревоги. Отказы в схемах защиты выявляются и устраняются только в результате профилактических проверок.

 Предполагается, что проверки средств защиты абсолютно надежные.

Под отказом в срабатывании средств защиты будем понимать такие отказы, которые могут привести к отказу коммутационного аппарата при повреждении элемента сети в зоне действия его релейной защиты.

  Параметр потока перерывов в электроснабжении узла нагрузки (системы шин I, рисунок 1)

Рисунок 1- Принципиальная схема электроснабжения узла нагрузки

при КЗ в зоне действия релейных защит m-х защитных коммутационных аппаратов определяется по следующей формуле:

,

где s - индекс, который указывает на то, что учитываются только те отказы защитного коммутационного аппарата, которые приводят к отказу в срабатывании.

 В том случае, если сроки профилактики всех систем отключения коммутационных аппаратов будут одинаковы, тогда предложенная формула примет вид):

.

 Рассмотрим пример схемы (рисунок 2).

Рисунок 2-Пример расчета системы электроснабжения

Как мы видим, вероятность отключения трех секций шин очень мала, однако, вероятность такой каскадной аварии существует, и такие аварии происходят.

  На практике достаточно учитывать только два совпадения: короткое замыкание в линии, отходящей от рассматриваемого узла (шина І, например точка КЗ) и отказ в срабатывании коммутационного аппарата 8. В этом случае секция шин будет отключена коммутационным аппаратом 7 (рис.2, m=1). Тогда параметр потока аварийного отключения секции I от КЗ можно определить по формуле :

  где l - номер минимального сечения.

  Приведенные в работе формулы позволяют оценить надежность электроснабжения любого узла нагрузки при учете отказов в срабатывании коммутационных аппаратов.

 Перспективы развития. В будущем планируется разработать методику по оценке надежности электроснабжения сложных схем с большим числом элементов, которая будет отличаться от существующих в других отраслях промышленности тем, что будет учитываться три состояния защитных коммутационных аппаратов: нормальная работа, отказ типа "обрыв цепи" и отказ выключателя в срабатывании при коротком замыкании в защищаемом элементе сети, а также отказ в срабатывании автоматического ввода резерва (АВР). Эта методика позволит более точно определять: параметр потока отказов и восстановлений электроснабжения узлов нагрузки, вероятность безотказной работы узла нагрузки в течении времени t, средний интервал времени между аварийными перерывами в электроснабжении узлов нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рябинин И.А. Основы теории и расчета надежности судовых электроэнергетических систем.-2-е изд.Л.:Судостороение, 1971.
2. Константинов Б.А., Лосев Э.А. Логико-аналитический метод расчета надежности восстанавливаемых систем электроснабжения.-Электричество,1971,№2.
3. Эндрени Дж. Моделирование при расчетах надежности в электроэнергетических системах: Пер.с англ./Под ред. Ю.Н.Руденко.-М.:Энергоатомиздат,1983.
4. Надежность систем электроснабжения/Зорин В.В., Тисленко В.В., Клеппель Ф, Адлер Г.Киев:Высшая школа,1984.
5. Ковалев А.П., Сердюк Л.И. Метод расчета надежности сложных схем систем электроснабжения с учетом восстановления элементов.-Электричество, 1985,№10.
6. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики.-М.: Советское радио, 1975.- 472 с.
7. Фабрикант В.П. О применении теории надежности к оценке устройств релейной защиты.-Электричество,1965,№4.
8. Смирнов Э.П. Влияние профилактического контроля на результирующую надежность релейной защиты.-Электричество,1965,№4.
9. Барзам А.Б. Отклик на статью Э.П.Смирнова.-Электричество, 1967,№8.
10. Ковалев А.П., Белоусенко И.В., Муха В.П., Шевченко А.В. О надежности максимальных токовых защит, применяемых в сетях угольных шахт.-Электричество,1995,№2.