Лобанова Ирина Сергеевна

Тема магистерской работы :

"Оценка пожарной безопасности передвижных подстанций 110/6 кВ, снабжающих электроэнергией газовые промыслы"

Научный руководитель : проф., д.т.н. Ковалёв Александр Петрович

Автореферат
магистерской работы
по теме:

«Оценка пожарной безопасности передвижных подстанций 110/35/6 кВ, снабжающих электроэнергией газовые промыслы »

     Актуальность проблемы. Анализ статистических данных за период с 1985 по 2005 г.г. о выходе из строя передвижных трансформаторных подстанций напряжением 110/35/6 кВ, которые эксплуатируются в северных районах Тюменской области, показал, что в большинстве случаев подстанции выходят из строя (сгорают) по следующим причинам: случайное появление короткого замыкания на шинах 6 кВ или 35 кВ подстанции; отказывает в срабатывании вводной выключатель 6 кВ, отказывает выключатель 110 кВ, через которые прошел сквозной аварийный ток, а максимальная токовая защита на линии 110 кВ не чувствительна к КЗ, которые случайно появляются на шинах 6 кВ или 35 кВ.
     Возникает задача, а через сколько времени необходимо проверять системы отключения защитных коммутационных аппаратов, чтобы вероятность совпадения в пространстве и времени трех случайных событий (КЗ на шинах 6 кВ или 35 кВ; отказал в срабатывании вводной выключатель 6 кВ или 35 кВ; отказал в срабатывании выключатель) была величина маловероятная, т.е.

     Цель работы. Определить оптимальные с точки зрения пожарной безопасности сроки диагностики систем отключения защитных коммутационных аппаратов трансформаторной подстанции.
     Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

     получить зависимости вероятности выхода из строя в течении года подстанции 110/35/6 кВ от частоты появления КЗ на шинах среднего и низшего напряжения подстанции, надежности систем отключения выключателей и сроков из диагностики;

     определить среднее время до первого выхода их строя трансформаторной подстанции и дисперсию времени между авариями.

     Научная новизна работы. Разработана математическая модель процесса выхода из строя трансформаторной подстанции 110/35/6 кВ в течении времени t, отличающаяся от известной тем, что получена система линейных дифференциальных уравнений для определения точного значения функции распределения.

     Практическая ценность работы. Разработана методика расчетов, которая позволяет определять оптимальные с точки зрения безопасности сроки диагностики системы отключения выключателей.

     Первый раздел работы посвящен обзору нормативных документов в области пожарной безопасности узлов нагрузки и постановка задачи исследования.
     Согласно [1] вероятность пожаров в узле системы в течении года не должна превышать величины . Это означает, что если бы в течении 1 года под наблюдением находилось N = 1000000 передвижных трансформаторных подстанций, то статистически за этот период допускался бы один пожар (n = 1).

     

Вероятность пожаров в течении года при можно определить с помощью формулы

     

Следовательно, для решения вопроса обеспечения пожарной безопасности передвижных трансформаторных подстанций при их эксплуатации необходимо получить зависимость: вероятности пожаров подстанции в течении года от частоты появления КЗ на шинах 6 кВ или 35 кВ и длительности его существования, надежности системы отключения выключателей, а также интервала времени между диагностиками системы отключения выключателя.
     Полученная зависимость позволит выбрать такой интервал времени между диагностиками системы отключения выключателей, при котором вероятность пожаров была бы на уровне действительных нормативных документов [1].
     Второй раздел работы посвящен разработке математической модели, описывающей процессы выхода из строя трансформаторной подстанции при КЗ на шинах 6 кВ или 35 кВ.
     Под безопасным будем понимать такое состояние системы отключения выключателя, при котором в любой момент времени она готова отключить КЗ, возникшее в зоне действия ее релейной защиты, а под опасным – такое, при котором в случае появления КЗ на защищаемом элементе происходит отказ в срабатывании защитного коммутационного аппарата.
     Опасные состояния системы отключения выявляются в результате проявления ее диагностики: релейной защиты, привода выключателя, контактную систему, дугогасительные камеры и т.д.
     Под безопасным состоянием трансформаторной подстанции будем понимать средний интервал времени между появлениями КЗ на шинах низкого и среднего напряжения, а под опасным – среднюю длительность существования КЗ.
     Обозначим через процесс изменения состояния элемента, участвующего в формировании пожара в системе: («короткое замыкание – отказ основной защиты – отказ резервной защиты»), k = 1, 2, 3.

Рис. 1. Схема электроснабжения передвижной трансформаторной подстанции 110/35/6 кВ
     

Предположим, что случайный процесс изменения состояния коммутационного аппарата №1 с течением времени может принимать два значения: 0 – если система отключения выключателя находится в безопасном работоспособном состоянии; и 1 – опасном, если система отключения находится в отказавшем состоянии.
     Аналогичным случайным процессом можно описать и поведение во времени выключателя №2.
     Случайный интервал времени между появлениями КЗ на шинах и длительность его существования будем характеризовать процессом .
     О статической природе функций предположим следующее: вероятность переходов из безопасного состояния в опасное за промежуток времени равна , где означает, что вероятность появления более одного опасного состояния в интервале является величиной высшего порядка малости по сравнению с . Вероятность переходов из опасного состояния в безопасное за время принимаем равной . Эта вероятность не зависит от предшествующего течения процесса .
     Величины и являются параметрами рассматриваемого процесса. Параметр - характеризует интенсивность или скорость, с которой безопасные промежутки времени сменяются опасными, а частоту или скорость смены опасных промежутков времени на безопасные. Принятые допущения означают, что можно рассматривать как процесс Маркова с двумя состояниями: 0 (безопасное) и 1 (опасное) [2].
     Выход из строя подстанции (пожар) наступит в момент встречи процессов в состоянии 1, т.е. когда (см. рис. 2).
     Случайное время до первого пожара обозначим через .

Рис. 2. Возможные реализации марковского случайного процесса, объясняющие формирования пожаров при КЗ на шинах подстанции

     

Выразим значение среднего времени до первого пожара через параметры процессов , , . Совокупность указанных процессов рассмотрим как процесс Маркова с восемью дискретными состояниями и непрерывным временем. Поведение во времени такой системы полностью определяется матрицей интенсивностей переходов Р, которая для данной задачи имеет вид:

     

Среднее время до первого выхода из строя (сгорание) трансформаторной подстанции найдем из системы уравнений [3].

,

где - фундаментальная матрица; Q – получается из матрицы (1) с помощью исключения поглощающего состояния (последней строки и последнего столбца).
     Вероятность возгорания изоляции трансформаторной подстанции в течение времени t найдем, пользуясь общей системой уравнений для дискретного Марковского процесса с поглощающим состоянием и непрерывным временем [4]

где -вектор-строка;
-вектор-строка;
I-единичная матрица.
     Дисперсия времени до первого возгорания изоляции трансформаторной подстанции [3]

где

     

Третий раздел работы посвящен оценке пожарной безопасности трансформаторной подстанции и разработке рекомендаций, выполнение которых позволит обеспечить пожарную безопасность на уровне требований ГОСТ 12.1.004.91 [5].
     Для схемы, изображенной на рис. 1, дерево формирования пожара подстанции изображено на рис. 3, а схема минимальных сечений на рис. 4.

Рис. 3. Дерево, объясняющее процесс формирования событий, совпадение которых приводит к возгоранию изоляции и выходу из строя подстанции, где - событие, означающее, что j-ом элементе системы произошел отказ типа КЗ, j=3, 5, 8, 10; - событие, означающее, что в i-ом коммутационном аппарате произошел отказ в срабатывании его системы защитного отключения, i=1, 2, 6, 7, 9, 11.



Рис. 4. Схемы минимальных значений

Список литературы

1. Ковалев А.П., Шевченко А.В., Белоусенко И.В. Оценка пожарной безопасности передвижных трансформаторных подстанций 110/35/6 кВ. Промышленная энергетика – 1991 - №6 – с. 28-31.

2. Тихонов В. И., Миронов М. А. Марковские процессы. - М.: Советское радио, 1977.

3. Кемени Дж., Сиел Дж. Конечные цепи Маркова. – М.: Наука, 1970.

4. Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. – М.: Наука, 1965.

5. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Изд-во стандартов, 1991.

---

© ДонНТУ Лобанова И. С. 2008

---

Автобиография Автореферат Библиотека Отчет о поиске Индивидуальное задание

---

ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ