Реферат з теми випускної роботи
Зміст
- Актуальність теми
- Вступ
- 1. Причини та характер пошкоджень основних елементів систем електропостачання
- 1.1 Повітряні лінії електропередач
- 1.2 Кабельні лінії електропередач
- 1.3 Силові трансформатори
- 1.4 Релейний захист та автоматика
- 2. Методи розрахунку показників надійності
- 2.1 Середні ймовірності стану елемента
- 2.2 Імовірності відмовного та безвідмовного стану схем із послідовним з'єднанням елементів
- 2.3 Імовірності відмовного та безвідмовного стану схем з паралельним з'єднанням елементів
- Список літератури
Актуальність теми
Актуальність цього дослідження зумовлена високим ступенем зносу (до 80%) фондів електроенергетики (мережі, обладнання розподілу та управління), що, у свою чергу, призводить до зниження їх надійності. Дослідження надійності електрообладнання електричних мереж дозволяє вирішити одне з головних завдань - постачання споживачів електричної енергії в необхідному обсязі та нормативної якості.[1]Вступ
Надійність є одним із основних ключових показників діяльності будь-якої електромережевої компанії. Підходи, застосовувані підвищення надійності розподільних електричних мереж, нерідко носять емпіричний характер, у результаті, не приносячи належного ефекту з урахуванням понесених витрат. У дослідженні розглядається методика формування заходів щодо підвищення надійності електричних мереж. Пропоновані розрахунки дозволяють сформувати різні підходи до виконання завдань щодо підвищення надійності, починаючи від реалізації заходів щодо підвищення елементної надійності та закінчуючи розглядом варіантів підвищення мережевої надійності, при різних рівнях автоматизації з урахуванням їх витратної частини та рівня досяжного ефекту щодо зниження параметра потоку відмов та тривалості відключень [2].
Сучасні інженерні методи створення електричних мереж та організації їх експлуатації передбачають використання кількісних оцінок надійності, щоб раціонально спроектувати електричні мережі та створити високоефективну та економічну систему експлуатації.
Які склалися в теорії надійності електричних систем математичні методи в основному призначені для вирішення завдань надійності, що виникають на рівні окремих пристроїв та систем локального характеру, при цьому без урахування можливостей та характеру експлуатації. Насправді, у системах електропостачання доводиться мати справу з великими територіально розподіленими системами, при створенні системи експлуатації яких має враховуватися ще й наявність та стан доріг, забезпеченість засобами зв'язку та телемеханіки, географічне розташування ремонтно-експлуатаційних баз та призначення ремонтних бригад.[3].
Засоби забезпечення надійного електропостачання умовно можна поділити на технічні та організаційно-технічні. Малюнок.
Малюнок 1. – Засоби забезпечення надійності електропостачання.
1. Причини та характер пошкоджень основних елементів систем електропостачання.
Роботу системи електропостачання можна представити як безперервний обмін енергією між системою і споживачами при неможливості її складування і ненавмисних впливах, що заважають, на систему, що призводять до відмови елементів, а в деяких випадках і системи в цілому.
Взаємодії між системою електропостачання та довкіллям носять стохастичний характер, і говорити про безперебійну подачу електроенергії можна тільки з деякою ймовірністю досягнення поставленої мети. [4]
Найбільш ненадійним елементом СЕС є лінії електропередачі (ЛЕП) через їхню велику протяжність і вплив на них великої кількості різних зовнішніх впливів. У міських мережах близько 85 % відключень припадають частку ЛЕП, а сільських мережах - 90...95 %. Відмовою лінії електропередачі називається будь-яке вимушене відключення при її ушкодженнях [5].
1.1 Повітряні лінії електропередач
Розрізняють стійкі пошкодження повітряних ліній (опори, дроти, ізолятори) і нестійкі (відновлювані). Останні ліквідуються шляхом успішної дії пристроїв автоматичного повторного увімкнення (АПВ) або ручного вмикання[9].
Основними причинами ушкодження повітряних ліній (ПЛ) є: грозове перекриття ізоляції; перепал дротів; пошкодження опор та проводів автотранспортом та іншими механізмами; дефекти виготовлення опор та проводів, ізоляторів; падіння дерев; перекриття ізоляції птахами; невідповідність опор, проводів, ізоляторів природно-кліматичним зонам країни; перекриття повітряних проміжків на будівельні та сільськогосподарські машини; неправильний монтаж опор та проводів; недотримання термінів ремонту та заміни обладнання. Зовнішні дії призводять до перекриття ізоляції, руйнування ізоляторів, обриву дротів, падіння опор.
Вібрація, «танець» та обрив проводів, руйнування опор або їх частин супроводжуються одно- та багатофазними короткими замиканнями. Відзначається залежність параметра потоку відмов повітряних ліній від пори року та терміну експлуатації, при цьому зростання параметра потоку відмов за несприятливої погоди дуже значно.
1.2 Кабельні лінії електропередач
Основною причиною пошкоджень кабельних ліній (KЛ) є порушення їхньої механічної міцності будівельними машинами та механізмами при земляних роботах. З цієї причини у міських електромережах відбуваються 60...70% всіх пошкоджень КД. Іншими причинами старіння міжфазної та поясної ізоляції, електрична та хімічна корозія покриття, перевантаження кабелю, попадання вологи в кабель, порушення ізоляції гризунами [6].
Пошкоджуваність КЛ залежить від способу прокладання КЛ (у землі, блоках, трубах, тунелях), різниці горизонтальних рівнів ділянки КЛ (при великих перепадах відбувається стікання олії та осушення ізоляції), агресивності навколишнього середовища, величини блукаючих струмів та наявності захисту від них, інтенсивності ведення будівельних робіт у зоні прокладки KЛ, терміну експлуатації, режиму роботи.
Електричні пробої частіше відбуваються не в цілому кабелі, а в місцях установки сполучних муфт, на кінцевих лійках, вертикальних ділянках кабелю.
1.3 Силові трансформатори
Цей вид обладнання пошкоджується значно рідше, ніж лінії електропередачі, проте його відмова веде до більш тяжких наслідків та відновлення працездатності потребує тривалого часу.
Основні причини пошкодження силових трансформаторів: пошкодження ізоляції обмоток трансформатора через дефекти конструкції та виготовлення, а також від впливу зовнішніх перенапруг у мережі та струмів короткого замикання; пошкодження перемикачів (в основному регульованих під навантаженням), обумовлене конструктивними та технологічними; пошкодження вводів, переважно при впливі зовнішніх перенапруг у мережі (перекриття зовнішньої або внутрішньої ізоляції, механічні пошкодження, неякісні контактні з'єднання)[7].
Ремонт трансформаторів великих габаритів провадиться на місці. Він вимагає, як правило, виїмки керна трансформатора, застосування підйомних механізмів і може тривати кілька діб.
Ремонт трансформаторів малих габаритів на напругу 6-20 кВ проводиться централізовано у майстернях підприємств електричних мереж.
Основні способи підвищення надійності експлуатації трансформаторів:
- ретельне приймання в експлуатацію з виконанням контрольних випробувань;
- періодичні огляди та перевірки в процесі експлуатації з дотриманням необхідних термінів та обсягу випробувань;
- дотримання режимів роботи трансформаторів, що не допускають значного навантаження протягом тривалого часу;
- встановлення в мережі засобів зниження потужності коротких замикань (реакторів) та величини перенапруг (розрядників)[8].
1.4 Релейний захист та автоматика
Відмовами пристроїв релейного захисту та автоматики (РЗА) є: відмови у спрацьовуванні за наявності вимоги (команди) на спрацьовування; хибні спрацьовування за відсутності вимоги (команди) на спрацьовування; спрацьовування за невідповідності командного імпульсу, тобто. неселективні спрацьовування.
Причиною цих відмов є пошкодження елементів (резисторів, діодів, транзисторів, тиристорів, конденсаторів, реле), у тому числі складаються схеми РЗА.
Для резисторів та напівпровідникових приладів характерна відмова типу «обрив» (до 90 %), для конденсаторів – типу «коротке замикання»
Паяння, друкований монтаж через погане їх виконання мають до 95% відмов типу «обрив».
Для малопотужних реле характерні відмови через помилкові спрацьовування під дією вібраційних та ударних навантажень[10].
2. Методи розрахунку показників надійності.
2.1 Середні ймовірності стану елемента
У розрахунках надійності систем електропостачання, як і у будь-яких інших, виникає суперечлива ситуація: з одного боку – бажання мати точну модель, найбільш адекватно описує процеси відмов та відновлення, з іншого – простота розрахунків і забезпеченість розрахункової моделі вихідними даними
Найбільшого поширення набули методи розрахунку надійності, які виходять із припущення, що система складається з самостійних у сенсі надійності елементів. У цих методах відмовою елемента вважається вихід параметрів за межі допустимих технічних норм. Передбачається, що при відмові елемент відключається комутаційними пристроями від решти системи[11].
Ці методи розрахунку не враховують функціональні залежності між параметрами режимів окремих елементів системи електропостачання, що є безперечним недоліком. Однак з огляду на відсутність необхідних вихідних даних, простоту розрахунків та можливість отримання кількісних оцінок надійності для сучасних складних систем, на даному етапі розвитку теорії надійності застосування таких методів цілком виправдане.
Зазвичай при розрахунку показників надійності за середніми знаннями ймовірностей станів елементів використовуються такі статистичні дані:
1. Параметр потоку відмов W, тобто середня кількість відмов в одиницю часу (зазвичай на рік), віднесене до одного елемента (для найпростішого потоку відмов W = L). Для ліній електропередач параметр потоку відмов зазвичай відноситься до 1 км лінії [1/(км?г.)].
2. Середній час відновлення (заміни, аварійного ремонту) t в ч/одне відновлення.
3. Параметр потоку навмисних вимкнень елемента Ln, 1/г.
4. Середня тривалість одного навмисного відключення елемента (в основному для профілактичних та капітальних ремонтів обладнання) пр, год/одне відключення.
Ненадійність елемента (середня ймовірність відмовного стану) визначається середньою ймовірністю його сумарного просто внаслідок вимушеного відключення через пошкодження та навмисні відключення для профілактики [12]
Ймовірність вимушеного простою
Можливість навмисного відключення
Середня ймовірність відмовного стану (сумарна)
Імовірність робочого стану (коефіцієнт готовності) визначається за формулою
де t 0 - Час безвідмовної роботи елемента.
Якщо часи tв, tпр, tр вимірюються у роках, то
Наведені показники надійності можуть характеризувати систему в цілому. Для більшості завдань, пов'язаних з техніко-економічною оцінкою надійності систем електропостачання, немає необхідності розглядати показники надійності на коротких інтервалах часу. Тому не можна враховувати початкові стану елементів. До того ж застосування для цього методів теорії масового обслуговування (марківських процесів) зустрічає великі труднощі обчислювального характеру, якщо система має велику кількість відновлюваних елементів і довільну схему комутації. Тому при розрахунках показників надійності в інтервалах часу, рівних сезону, року, можна використовувати простіші ймовірнісні моделі, засновані на середніх значеннях ймовірностей стану елементів[11].
2.2 Імовірності відмовного та безвідмовного стану схем із послідовним з'єднанням елементів
Якщо розрахункова схема надійності складається з n послідовно з'єднаних елементів, вона буде у робочому стані тоді, коли всі n елементів будуть у робочому стані. Складна подія – робота всіх елементів схеми виходить у результаті поєднання подій – роботи кожного елемента. Застосовуючи теорему множення ймовірностей незалежних подій, отримуємо ймовірність робочого стану такої схеми:
Імовірність відмовного стану визначається як ймовірність події протилежної до робочого стану
У практичних розрахунках використовують інший метод визначення ймовірностей відмовних станів елементів. У цьому способі можливість відмови схеми визначається як можливість відмови хоча б одного елемента. Імовірність цієї події визначається з використанням формули для ймовірностей суми спільних подій:
Для елементів електричних систем характерними є співвідношення, при яких qi << 1. Тому при визначенні ймовірності відмовного стану системи з n послідовно з'єднаних елементів другим, третім і т.д. Тому у практичних розрахунках використовують формулу
Похибка розрахунку при цьому не перевищує величини
Якщо схема послідовно з'єднаних елементів за надійністю відповідає принциповій електричній схемі з'єднання елементів, то з огляду на те, що в реальних умовах профілактичний ремонт елементів послідовного ланцюга проводиться одночасно, ймовірність простою ланцюга слід визначати за формулою
де г/п.нб - найбільша з ймовірностей навмисного відключення ланцюга п елементів. [11]
При послідовному з'єднанні елементів у логічній схемі надійності ймовірності безвідмовної роботи елементів перемножуються, тому при експоненційному законі розподілу ймовірність безвідмовної роботи схеми:
Якщо розглядається інтервал часу, що дорівнює 1 році (/ = 1), то
звідси
тобто. при послідовному з'єднанні параметри потоків відмов складаються.
Отже, чим більше елементів п з'єднано послідовно в логічній схемі надійності, тим більше значення параметра потоку відмов системи і тим менша ймовірність її надійної роботи.
Середній час між відмовами, або час напрацювання на відмову, для такої схеми з п елементів дорівнює[15].
Для схеми з двох послідовно з'єднаних елементів з однаковими параметрами потоку відмов, прі о =
тобто. зі збільшенням числа елементів час робочого стану системи зменшується.
Якщо відомі ймовірність вимушеного простою та параметр потоку відмов сос, можна визначити середній час одного відновлення (аварійного ремонту) системи у частках року:
Імовірності відмовного та безвідмовного стану схем з паралельним з'єднанням елементів
Розглянемо схему, що складається з n паралельно включених елементів за умови незалежності відмов кожного елемента і пропускну здатність кожного, достатньої забезпечення всієї потужності, необхідної споживачеві. Така система буде у робочому стані за умови роботи хоча б одного елемента.
Імовірність робочого стану схеми визначається за допомогою формули для суми ймовірностей спільних незалежних подій – роботи кожного елемента.
Визначення ймовірності роботи системи з використанням цієї формули дуже трудомістка, тому що необхідно обчислити та скласти (2n – 1) доданків. В результаті слід враховувати всі доданки, тому що їх значення близькі до одиниці. Тому ймовірність надійної роботи системи простіше визначити за ймовірностями відмовного стану елементів. Система буде у відмовному стані за умови, якщо всі елементи відмовить. Імовірність відмовного стану визначається з використанням формули для твору (суміщення) незалежних подій – відмов кожного елемента системи:
[11]
Імовірність робочого стану такої системи визначається як ймовірність протилежної події (відмова системи)
Розглянемо методику визначення ймовірності відмовного стану системи, що складається з n паралельно з'єднаних елементів з урахуванням навмисних відключень окремих елементів. Причому одночасно навмисно може бути відключено не більше одного елемента і під час аварійного відновлення навмисні відключення не виробляються. Для визначення ймовірності відмовного стану такої системи доцільно розглянути, крім ймовірності складної події - відмов всіх елементів, також і ймовірність n гіпотез, у кожній з яких розглядається можливість відмови системи при навмисному відключенні одного елемента. Оскільки гіпотези незалежні внаслідок незалежності елементів, ймовірність відмовного стану системи визначається як сума ймовірностей відмовних станів при кожній гіпотезі.
При визначенні ймовірностей відмовних станів при кожній гіпотезі введено понижувальний коефіцієнт Кпj < 1, що враховує зменшення ймовірності накладання аварії частини схеми, що залишилася, на навмисне відключення j-го елемента. Зазвичай тривалість навмисного відключення елементів електричних систем відносно невелика, тому при визначенні ймовірності аварійної відмови частини схеми, що залишилася, за цей час необхідно враховувати початкові стани елементів і моделювати процеси відмов і відновлення марківським процесом. Решту схеми доцільно при кожній гіпотезі представляти як один еквівалентний елемент із властивостями найпростішого потоку відмов та відновлень [11].
З ускладненням взаємозв'язків між елементами розрахункову схему надійності без застосування особливих прийомів неможливо звести до схеми з послідовно-паралельним або паралельно-послідовним з'єднанням елементів. Наприклад, для схеми типу «місток» або схеми з великою кількістю поперечних зв'язків правила перетворення послідовно-паралельних або паралельно-послідовних схем надійності непридатні.
З аналітичних ймовірнісних методів розрахунку складних схем за середніми ймовірностями стану елементів розглянемо три основні:
1) метод аналізу ймовірностей станів системи з аналізом параметрів режимів у кожному стані (цим методом визначаються параметри при часткових відмови системи);
2) метод, що використовує формулу повної ймовірності, та заснований на ній метод розкладання на множники;
3) метод, що використовує структурні уявлення схеми, тобто заміну складної схеми еквівалентними щодо вузлових пунктів послідовно-паралельними або паралельно-послідовними сполуками елементів [12].
Висновки
1.Проведення реформи енергетичної галузі висуває проблему забезпечення надійності електропостачання до першочергових завдань державного управління. Останніми роками природний процес старіння устаткування став випереджати темпи оновлення електричних мереж, що призвело до зниження надійності електропостачання споживачів.
2.Управління надійністю в ході планування, проектування, будівництва, в процесі технічного обслуговування та ремонту потребує методичного забезпечення на сучасному науковому рівні та обґрунтування застосовуваних технічних засобів.
3.Аналіз статистичних даних про технологічні відмови в електричних мережах енергосистем вказує на необхідність розробки стратегії, яка дозволить покращити технічний стан обладнання та підвищить надійність електропостачання споживачів [15].
Список джерел
- Анищенко В. А., Колосова И. В. Основы надежности систем электроснабжения. Мн. : БНТУ, 2007 г.
- Гутов А. И. Электроснабжение промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Ползуновский альманах. № 1. 2004
- Танкович Т.И. Надёжность электроснабжения ПИ СФУ, 4 курс, Электроснабжение 2009г. , 119 стр.
- Волков Н.Г. Надежность электроснабжения Учеб. Пособие. Том. политех. ун-т. – Томск, 2003.– 140 с.
- Воропай Н.И. Надежность систем электроснабжения. Новосибирск: Наука, 2006. – 205 с.
- Хорольский В.Я., Таранов М.А. Надежность электроснабжения. Ростов-на-Дону: «Терра Принт», 2007. — 128
- Васильева Т. Н. Надежность электрооборудования и систем электроснабжения. — М.: Горячая линия — Телеком, 2015. — 152 с.: ил.
- Воропай Н. И. и др. Концепция обеспечения надежности в электроэнергетике. — М.: ООО Изд. «Энергия», 2013.
- Довлатов И.М. Комплексная оценка применения кабельных, воздушных и самонесущих линий электропередач в районах с малой плотностью нагрузок // Инновации в сельском хозяйстве: электронный журнал ВИЭСХ. Материалы 5-й Межд. научнотехн. конф. молодых ученых. – 2014
- Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии. Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. – 716 с.
- Лещинская Т.Б., Князев В.В. Многокритериальная оценка технико-экономического состояния распределительных электрических сетей. М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2006. – 100 с.
- Подобедов П.Н. Методика оценки предложенных конструкций изоляторов и проводов по многокритериальной модели // Инновации в сельском хозяйстве: электронный журнал ВИЭСХ. Материалы 5-й Межд. Научно техн. конф. молодых ученых. 2014
- Кудряшев Г.С., Третьяков А.Н., Шпак О.Н. Влияние потерь электроэнергии на надежность электрооборудования в сельской электросети 0,4 кВ // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2021. Т. 68. N1(42). С. 34-38. DOI 10.22314/2658-4859-2021-68-1-34-38
- M.Ratier, O.Vanackere, E. Chabat-Courrede, J.-L. Lapeyre. Propriete mecaniques, viellissement et C.N.D. de supports en bois. Electrcte de France. Direction des etudes et Recherches, epure 45. Janvier 1995. pp 3-16
- А.П. Васильев, А.Г. Турлов., Средства обеспечения надежности электроснабжения потребителей. Проблемы энергетики, 2006, № 3-4 с19-35.