Вынужденные режимы и вопросы надежности электроснабжения поездов

Основной функцией системы электроснабжения является непрерывная передача электроэнергии к электроподвижному составу. Надежность системы электроснабжения есть свойство обеспечения непрерывной передачи энергии к поездам при сохранении ее качества в заданных пределах.

Важнейшими показателями надежности системы являются: безотказность — свойство системы сохранить работоспособность в течение времени, определяемого наработкой на отказ и вероятностью безотказной работы; ремонтопригодность — свойство системы, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранения их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Показателями ремонтопригодности системы служат среднее время восстановления и вероятность восстановления в заданное время.

Функционирование системы электроснабжения, как восстанавливаемого объекта, можно представить чередованием интервалов времени работоспособного /,, t_f, t_n, … и неработоспособного t_b[9…, t_bi,…, t_bn состояний (рис. 4.6). Эти интервалы являются случайными величинами. Наработка на отказ есть математическое ожидание времени безотказной работы или среднее время работоспособного состояния системы:

где п- число отказов, возникших за период Т .

Величину, обратную наработке на отказ, называют параметром потока отказов.

Аналогично для показателей ремонтопригодности среднее время и интенсивность восстановлений определяют по формулам.

Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что время безотказной работы Т окажется больше некоторого его значения /. При известной интегральной функции распределения вероятностей времени безотказной работы системы F (t) вероятность безотказной работы.

Вероятность восстановления системы за время t_B

где F (t_B) значение интегральной функции распределения вероятностей времени восстановления F (/_B).

Распределения вероятностей времени безотказной работы различных элементов системы чаще соответствуют экспоненциальной нормальной и неполной гамма-функциям, что обусловлено природой возникновения отказов. Так, экспоненциальное распределение соответствует модели, когда отказы наступают в результате действия «пиковых» нагрузок. Гамма-распределение отвечает модели, в которой отказы наступают в результате изнашивания.

Систему элекгроснабжения поездов в смысле надежности можно представить структурами (рис. 4.6), состоящими из последовательно и параллельно соединенных элементов. Укрупненными элементами в этой структуре являются: первичная система, представляемая вводами.

Рис. 4.6. График функционирования (я) и схемы соединения элементов по надежности централизованной (б) и децентрализованной (в) систем электроснабжения.

(ВВ); выпрямительные агрегаты (ВА); питающие линии (ПЛ); секции конгактной сети (СКС). Среднее время безотказной работы такой системы будет определяться по элементу с наименьшим его значением, а среднее время восстановления — по элементу с наибольшей его величиной. Вероятность безотказной работы системы из т последовательных элементов в соответствии с теоремой умножения вероятностей.

Улучшения показателей безотказности системы достигают двумя путями: повышением безотказности каждого элемента и резервированием. Повысить безотказность элемента можно путем применения более эффективного и высококачественного оборудования, введения оптимальных систем профилактики и ремонтов, уменьшения времени ликвидации отказов. Резервирование — способ повышения надежности введением избыточности. Избыточность — дополнительные средства сверх минимально необходимых для выполнения системой заданных функций. Существуют различные способы резервирования. Для систем электроснабжения поездов применяют в основном нагрузочное резервирование. Децентрализованная система имеет общее нагруженное резервирование всех элементов с разделением по месту, кроме секций контактной сети. В централизованной системе для вводов и выпрямительных агрегатов применяют нагруженный или ненагруженный резерв, питающие линии имеют нагрузочное резервирование. Кроме того, для транспортного района можно предусмотреть подвижное резервирование в виде передвижных подстанций. Не резервируемым элементом в системе является секция контактной сети.

В случае параллельного соединения элементов вероятность безотказной работы системы определяется по формуле.

Режимы нагрузок и напряжений, возникающие во время и после отказов какого-либо элемента системы, называют вынужденными. При отказах элементов, имеющих 100%-ный резерв, режим может измениться лишь на период замены. Однако при автоматическом включении резерва такая замена не влияет на электроснабжение поездов. Примером подобных замен основного элемента резервным являются вводы, выпрямительные агрегаты, фидерные выключатели.

бб Ряд отказов элементов системы приводит к изменению режимов электроснабжения поездов. Так, при отключении 50% агрегатов на подстанции из-за изменений внешней характеристики подстанции ухудшается режим напряжения, в два раза возрастает нагрузка на оставшиеся агрегаты, что требует наличия в них резервной мощности.

Отключение одной подстанции в случае централизованной системы требует изменения схем питания секций, при этом ухудшается режим напряжения и условия защиты сети. Нагрузка соседних подс танций возрастает на 50%, что требует резервных мощностей. Этот отказ является одним из самых неблагоприятных и в ряде случаев требует ограничения движения поездов. В децентрализованной системе отключения одной подстанции не меняет существенно режимов работы, так как система выполнена с учетом длительной работы с такой схемой.

Отключение и тающей линии в результате повреждения или для ремонтных работ требует подключения секции к другой линии, в которой на этот случай должно предусматриваться дополнительное сечение.