| Факультет: | Електротехнічний |
| Кафедра: | Електропостачання промислових міст та підприємств |
| Спеціальність: | Електротехнічні системи електроспоживання |
| Тема дипломної роботи: | Оцінка впливу строків діагностики системи АВР на надійність вузлів навантаження |
| Науковий керівник: | к.т.н., доц. Вікторія Вікторівна Якімішина |
Зміст
Аварійні перерви в електропостачанні споживачів, які отримують електроенергію від відповідних секцій шин підстанцій відбуваються як з-за пошкодження електроустаткування, відмов засобів захисту, так і з вини обслуговуючого і експлуатує електрообладнання підстанції персоналу.
Оцінку надійності електропостачання вузлів навантаження будемо визначати в наступних режимах роботи: статичному, динамічному та ремонтному [1].
У статичному режимі враховуються пошкодження елементів типу «обрив ланцюга». До пошкоджень такого типу будемо відносити відмови у вторинних ланцюгах релейного захисту та автоматики, які призводять до автоматичного відключення вимикачів, фальшиве, і зайве спрацювання захисту. Знаючи кількість аварійних відключень вимикачів за час спостереження, число однотипних вимикачів, що експлуатуються на даній підстанції, визначається параметр потоку його відмов типу «обрив ланцюга».
У цьому режимі роботи підстанції проводиться діагностика стану (з постійним інтервалом часу Θ) захисних комутаційних апаратів і виявляються ті відмови в системі автоматичного відключення, які могли б призвести до відмови їх у спрацьовуванні при появі короткого замикання (КЗ) у зоні дії їх струмових захистів. При цьому перевіряються уставки релейного захисту, цілісність та придатність до використання контактів реле, працездатність котушки відключення, оглядається привід вимикача, дугогасильні камери, контактна система, ізоляція, оцінюється можливість перекриття ізоляції при зовнішніх і внутрішніх перенапруженнях, перевіряється система автоматичного введення резерву (АВР) на секційному вимикачі, працездатність захистів мінімальної напруги і т. д.
Знаючи число ушкоджень виявлених у системі відключення вимикачів протягом часу спостереження t, число вимикачів на підстанції одного класу напруги визначається параметр потоку «відмов у спрацьовуванні» системи відключення i-того захисного комутаційного апарату.
Під захисним комутаційним апаратом будемо розуміти, такий пристрій, який дозволяє захистити (відключити) споживач від аномальних режимів його роботи (КЗ, перевантаження, і т. д.).
Діагностиці піддаються так само збірні шини і роз'єднувачі: оглядаються кріплення опорних ізоляторів, їх стан (тріщини, пил на поверхні), контактна система, вимірювальні прилади, виявляються та усуваються всі видимі зовнішні і внутрішні пошкодження. Діагностика стану збірних шин і роз'єднувачів дозволяє збільшувати інтервали часу між появами КЗ на шинах підстанції або на елементах роз'єднувача, через які протікають робочі струми.
У динамічному режимі враховуються: відмови типу «коротке замикання » (КЗ) і відмова системи відключення вимикача у спрацьовуванні при появі КЗ в зоні дії його струмового захисту.
Пошкодження типу «КЗ» може відбуватися в елементах мережі, через які проходить первинний робочий і аварійний струм (відходять від комутаційного апарату лінії, шини, роз'єднувачі, обмотки силових трансформаторів і ін).
Під живучістю вузла навантаження будемо розуміти здатність споживачів та їх автоматичних засобів захисту протистояти збурень, які можуть призвести до аварійного його відключення. Живучість вузла навантаження визначається в динамічному режимі, тобто коли в системі випадково відбуваються КЗ.
У ремонтному режимі враховуються помилки обслуговуючого персоналу при різних ремонтних перемиканнях, які можуть призводити до знеструмлення вузла навантаження.
Фіксується, кількість аварійних випадків відключення секції шин підстанції за час спостереження Т через помилки експлуатуючого та обслуговуючого персоналу. Отримана інформація дозволяє визначити параметр потоку аварійних відключень секції шин через помилки людини.
Оцінити надійність електропостачання споживачів, які отримують електроенергію від однієї з секцій шин підстанції в статичному, динамічному та ремонтному режимі роботи.
Оцінка надійності електропостачання в статичному і ремонтному режимі не викликає труднощі. У динамічному режимі необхідно враховувати два параметри - параметр потоку КЗ в елементі мережі і відмова у спрацьовуванні захисного комутаційного апарата через наскрізний аварійний струм.
Частоту збіги в просторі та часі таких подій як КЗ в захищуваному елементі і відмова у спрацьовуванні комутаційних апаратів, через які пройшов наскрізний аварійний струм, можна визначити за допомогою формули [2].
де 
- параметр потоку КЗ в j-тому елементі мережі;
- параметр потоку відмов у спрацьовуванні захисного комутаційного апарату;
- інтервал часу між діагностикою системи відключення захисного комутаційного апарату;
- число захисних комутаційних апаратів через які пройшов наскрізний аварійний струм і привів в дію їх релейні захисту;
- число j-тих елементів, які отримують електроенергію від i-того захисного комутаційного апарату.
При зникненні напруги, що подається на вузол навантаження (секцію шин підстанції), відбувається відключення вступного КРУ захистом мінімальної напруги («нульовий» захист), блок-контакти відключіть вимикач запускають АВР на секційному вимикачі і забезпечують безперебійне електропостачання шин підстанції.
Аварійне відключення вузла навантаження відбувається при збігу в просторі і часі двох випадкових подій: аварійне відключення вступного КРУ захистом мінімальної напруги і відбулася відмова у спрацьовуванні АВР на секційному вимикачі.
Параметр потоку аварійних відключень вузла навантаження по описаній вище причини визначимо наступним чином[7]:
де 
- параметр потоку аварійних відключень i-того вступного КРУ через дії захисту мінімальної напруги;
- параметр потоку відмов у спрацьовуванні системи АВР на i-тому секційному комутаційному апараті;
- інтервал часу між діагностики системи відключення АВР на i-тому секційному комутаційному апараті.
Формули справедливі при виконанні наступних умов: інтервали часу між появами КЗ в елементах мережі, інтервали часу між відключеннями вступних КРУ захистом мінімальної напруги та інтервали часу між відмовами у спрацьовуванні захисних комутаційних апаратів не суперечать експоненційної функції розподілу ймовірностей з параметрами відповідно: і виконуються наступні співвідношення:
При виведенні перших двох формул були прийняті наступні припущення: пристрої захисту можуть виходити з ладу тільки тоді, коли вони знаходяться в режимі очікування; якщо до моменту виникнення пошкодження в мережі, на яке повинна реагувати РЗ, вона перебувала в справному стані, то малоймовірний її вихід з ладу в режимі тривоги [3].
Під відмовою у спрацьовуванні захисного комутаційного апарата будемо розуміти таку її відмову, яка призводить до відмови у відключенні пошкодженого елемента мережі при КЗ в зоні дії її релейного захисту, або при зникненні напруги на живильної КРУ лінії, відмовляє у спрацьовуванні «нульовий» захист.
У разі коли 
перша формула прийме вигляд[6]:
Параметр потоку аварійних відключень секції шин підстанції:
де 
- параметр потоку аварійних відключень секції шин у статичному режимі;
- параметр потоку аварійних відключень секції шин у динамічному режимі;
- параметр потоку аварійних відключень секції шин у ремонтному режимі.
Імовірність безперебійного електропостачання секції шин підстанції протягом часу t:
Якщо 
[5]
Середній час між аварійними відключеннями секцій шин підстанції:
Середній час відновлення електропостачання секції шин підстанції, після їх аварійного відключення:
де 
- параметр потоку аварійного відключення секції шин підстанції через збіги в просторі і часі подій відповідних k-му мінімального розтину;
- середній час відновлення електропостачання секції шин підстанції після відбулися відмов у відповідності з k-тим мінімальним перетином;
- число мінімальних перерізів у схемі заміщення.
Коефіцієнт готовності схеми підстанції:
За допомогою наведених формул представляється можливим оцінити надійність підстанції, яка забезпечує електроенергією промислові підприємства.
Позначимо наступні події:
- поява КЗ в j-той елемент схеми;
- поява в i-тому комутаційному апараті відмов типу «обрив ланцюга»;
- відмова у спрацьовуванні i-того комутаційного апарата через відмов «струмових» захистів;
- аварійне відключення вступного вимикача через дії «нульового»захисту;
- відмова у спрацьовуванні комутаційного апарату під номером 4 з-за відмов у спрацьовуванні «нульового» захисту при зникненні напруги на секції шини I;
- знеструмлення секції шин I з-за помилок персоналу.
Використовуючи принципову схему підстанції рис. 1, прийняті позначення аварійних подій, будуємо «дерево», яке пояснює причини аварійного відключення секції шин I рис. 2 і схему «мінімальних перерізів» рис. 3.
Схеми рис. 2 і 3 отримано при наступних прийнятих припущеннях: враховуються тільки подвійні збігу в просторі і часі аварійних подій; при пошкодженні обмоток силового трансформатора 5, захист на комутаційному апараті 6 надійно його відключить; відмови в системі відключення вимикача і засобів захисту виявляються у результаті діагностики, яка проводиться з інтервалом часу: появи одночасно двох КЗ в різних елементах системи малоймовірна подія і в розрахунках не враховуються.
Використовуючи отриману схему «мінімальних перетинів» і вихідні дані прикладу, знаходимо параметр потоку аварійних відключень секції шин I:
Встановлено, що через помилки персоналу в обслуговуванні електрообладнання відбувається 47,3% аварійних відключень секції шин підстанції, а інші 52,7% з вини ненадійного електроустаткування і засобів захисту.
Для забезпечення безперебійного електропостачання споживачів електроенергії особливу увагу слід звертати на підбір і навчання кадрів, які займаються обслуговуванням і ремонтом електрообладнання підстанцій. Для отримання більш достовірної та об'єктивної оцінки надійності електропостачання споживачів доцільно вести спостереження не за групою однотипного електрообладнання кількох підстанцій, а спостерігати за окремими зразками обладнання конкретно взятої підстанції (КРУ, шини, роз'єднувачі, трансформатори і т.д.), починаючи з моменту введення підстанції в експлуатацію і до її утилізації.