МЕТОД РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УЗЛОВ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ОТКАЗОВ В СРАБАТЫВАНИИ ЗАЩИТНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
УДК 621.316.06.019.34.001.24
А.П. Ковалев, В.П. Муха, О.А. Шевченко, В.В. Якимишина
Донецкий национальный технический университет
Источник:
http://nich.donntu.ru/konf/konf4/sek_04_energetika/s04_09.pdf
Предлагаемый 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 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), 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.
Для элементов сети, защищаемых коммутационными
аппаратами, учитываются два типа повреждений. Повреждения,
приводящие к КЗ или однофазным замыканиям на землю (ОЗ).
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); m- число коммутационных аппаратов, через которые
прошел сквозной аварийный ток и привел в действие их релейные
защиты;
Hl - 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 сета, на которое должна реагировать релейная защита,
она находилась в исправном состоянии, то маловероятно, чтобы
защита вышла из строя, находясь в режиме тревоги [6-9]. 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 действия его релейной защиты.
При выводе формулы учитывалось то, что
и 
,
где 
- средний интервал времени между появлениями КЗ в
защищаемом элементе, dj - среднее время срабатывания защиты.
Параметр потока перерывов в электроснабжении узла нагрузки
(системы шин I, рисунок 1) при КЗ в зоне действия релейных защит
m-х защитных коммутационных аппаратов определяется по
следующей формуле:
, (1) 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, т.е. 
, 
, тогда
формула (1) примет вид:
. (2) На практике достаточно учитывать только два совпадения:
короткое замыкание в линии, отходящей от рассматриваемого узла
(шина I, например точка j) и отказ в срабатывании коммутационного
аппарата 1.
В этом случае секция шин будет отключена коммутационным
аппаратом 2 (рис.1, m=1). Тогда параметр потока аварийного
отключения секции I от КЗ в точке j можно определить по формуле:
, (3) где l – номер минимального сечения.
С помощью формулы (3) можно определить частоту аварийного
отключения секции I и II. Например, при КЗ в точке “К” и отказе в
срабатывании коммутационного аппарата “r” секции шин I и II
отключаются коммутационным аппаратом “m”.
Если нас интересует влияние частоты повреждения отходящих
от секций шин и надежности соответствующих коммутационных
аппаратов на 
- частоту аварийного отключения узла нагрузки I,
тогда
, где N – число отходящих от секции I и II линий.
Приведенные в работе формулы позволяют оценить надежность
электроснабжения любого узла нагрузки при учете отказов в
срабатывании коммутационных аппаратов.
Рисунок 1- Принципиальная схема электроснабжения узла 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. Фабрикант В.П. О применении теории надежности к оценке устройств
релейной защиты.-Электричество,1965,№4.
7. Смирнов Э.П. Влияние профилактического контроля на результирующую
надежность релейной защиты.-Электричество,1965,№4.
8. Барзам А.Б. Отклик на статью Э.П.Смирнова.-Электричество, 1967,№8.
9. 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.
НАЗАД В БИБЛИОТЕКУ
Донецкий национальный технический университет
Источник: http://nich.donntu.ru/konf/konf4/sek_04_energetika/s04_09.pdf
Предлагаемый 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 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), 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.
Для элементов сети, защищаемых коммутационными аппаратами, учитываются два типа повреждений. Повреждения, приводящие к КЗ или однофазным замыканиям на землю (ОЗ).
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); m- число коммутационных аппаратов, через которые
прошел сквозной аварийный ток и привел в действие их релейные
защиты;
Hl - 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 сета, на которое должна реагировать релейная защита, она находилась в исправном состоянии, то маловероятно, чтобы защита вышла из строя, находясь в режиме тревоги [6-9]. 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 действия его релейной защиты.
При выводе формулы учитывалось то, что
и ,
где - средний интервал времени между появлениями КЗ в
защищаемом элементе, dj - среднее время срабатывания защиты.
Параметр потока перерывов в электроснабжении узла нагрузки (системы шин I, рисунок 1) при КЗ в зоне действия релейных защит m-х защитных коммутационных аппаратов определяется по следующей формуле:
, (1) 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, т.е. , , тогда
формула (1) примет вид:
. (2) На практике достаточно учитывать только два совпадения: короткое замыкание в линии, отходящей от рассматриваемого узла (шина I, например точка j) и отказ в срабатывании коммутационного аппарата 1.
В этом случае секция шин будет отключена коммутационным аппаратом 2 (рис.1, m=1). Тогда параметр потока аварийного отключения секции I от КЗ в точке j можно определить по формуле:
, (3) где l – номер минимального сечения.
С помощью формулы (3) можно определить частоту аварийного отключения секции I и II. Например, при КЗ в точке “К” и отказе в срабатывании коммутационного аппарата “r” секции шин I и II отключаются коммутационным аппаратом “m”.
Если нас интересует влияние частоты повреждения отходящих
от секций шин и надежности соответствующих коммутационных
аппаратов на - частоту аварийного отключения узла нагрузки I,
тогда
, где N – число отходящих от секции I и II линий.
Приведенные в работе формулы позволяют оценить надежность электроснабжения любого узла нагрузки при учете отказов в срабатывании коммутационных аппаратов.
Рисунок 1- Принципиальная схема электроснабжения узла 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. Фабрикант В.П. О применении теории надежности к оценке устройств релейной защиты.-Электричество,1965,№4.
7. Смирнов Э.П. Влияние профилактического контроля на результирующую надежность релейной защиты.-Электричество,1965,№4.
8. Барзам А.Б. Отклик на статью Э.П.Смирнова.-Электричество, 1967,№8.
9. 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.