Надежность электроснабжения подстанции

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Рассчитать надежность электроснабжения подстанции: указать тип резервирования; выбрать метод расчета надежности; составить схему замещения для определения показателей надежности; рассчитать основные показатели надежности для подстанции.

Схема внешнего и внутреннего электроснабжения подстанции представлена на рисунке 1. Данные по оборудованию подстанции представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Основные элементы схемы подстанции

Рисунок 1 — Расчетная схема электроснабжения

ВВЕДЕНИЕ

Под надежностью системы электроснабжения понимают ее свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования. Надежность системы электроснабжения определяется многими факторами, среди которых следует выделить повреждаемость системы электроснабжения и ее элементов. Надежность системы электроснабжения предполагает бесперебойное питание электроэнергией потребителей, что обеспечивает их бесперебойную работу.

Надежность системы электроснабжения, в первую очередь, определяется схемным и конструктивным построениями системы, объемом заложенных в нее резервов, а также надежностью входящих в нее основных составных элементов, в частности электрооборудования.

Главнейшими принципами, лежащими в основе построения надежных схем электроснабжения промышленных предприятий, являются следующие:

— максимальное приближение источников высокого напряжения к электроустановкам потребителей;

— отказ от резерва, который в нормальном режиме включен на нагрузку; это связано с тем, что при включении под нагрузку таких линий и трансформаторов они могут отказать вследствие долгого бездействия;

— секционирование всех звеньев системы электроснабжения (от шин ГПП до шин вторичного напряжения цеховых подстанций, а иногда и до шин РП);

— раздельный режим работы линий, трансформаторов, токопроводов, что не только существенно снижает ток короткого замыкания, но и упрощает коммутацию и релейную защиту.

1. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ Для заданной схемы электроснабжения (рисунке 1) рассчитаем показатели надежности в десяти точках. Для этого составим схему замещения (рисунке 2), где все элементы схемы электроснабжения замещаются элементами, показатели, надежности которых приведены в таблице 1.

Таблица 1.1 — Показатели надежности основных элементов СЭС

Рисунок 2 — Схема замещения по надежности Вычислим показатели надёжности в характерных точках, отмеченных на схеме замещения (рисунок 2).

Упрощение будем производить по следующим формулам: для последовательного соединения элементов:

(1)

для параллельного соединения элементов:

(2)

для преобразования треугольника в звезду:

Показатели надежности всей системы находятся по формулам:

где Q — вероятность появления отказа системы за время t; л — интенсивность отказов системы; Т — средняя наработка на отказ; б — частота отказов.

Рассчитаем показатели надежности работы системы в первой точке. Для этого составляем схему замещения для первой точки (рис. 3). При этом показатели надежности в данной точке примут вид:

;

;

Рассчитаем показатели надежности работы системы во второй точке. Для этого нужно составить схему замещения для второй точки (рис. 4). При этом показатели надежности в данной точке примут вид:

;

;

Рассчитаем показатели надежности работы системы в десятой точке. Для этого составляем схему замещения для десятой точки (рис. 6). При этом показатели надежности в десятой точке примут вид:

Рисунок 3 — Схема замещения для расчета показателей надежности в первой точке Рисунок 4 — Схема замещения для расчета показателей надежности во второй точке Рисунок 5 — Схема замещения для расчета показателей надежности в десятой точке

;

Далее при расчете интенсивности отказов необходимо учитывать число присоединений шины:

где — интенсивность отказов одного соединения.

Найдем по формуле (5) интенсивность отказов каждой секции шин:

Определим показатели надежности в точке № 3 (рисунок 6):

Рисунок 6 — Схема замещения для расчёта в точке № 3: а) исходная схема; б), в) поэтапные преобразования схемы замещения

;

Определим показатели надежности в точке № 4 (рисунок 7), пользуясь предыдущими расчетами в точке 3:

;

Определим показатели надежности в точке № 5 (рисунок 8), пользуясь выполненными ранее расчетами в точке 3:

Рассчитаем показатели надежности работы системы в шестой точке. Для этого составляем схему замещения для шестой точки (рис. 9). При этом показатели надежности в десятой точке примут вид:

;

Рисунок 7 — Схема замещения для расчёта в точке № 4

Рисунок 8 — Схема замещения для расчёта в точке № 5

Рисунок 9 — Схема замещения для расчёта в точке № 6: а) исходная схема; б), в) поэтапные преобразования схемы замещения

Определим показатели надежности в точке № 7 (рисунок 10), пользуясь предыдущими расчетами в точке 6:

;

Далее определим показатели надежности в точке № 8 (рисунок 11), пользуясь предыдущими расчетами в точке 6:

Определим показатели надежности в точке № 9 (рисунок 12):

;

Полученные результаты расчета заносим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 — Показатели надёжности в точках для t=1 год

Рисунок 10 — Схема замещения для расчёта в точке № 7

Рисунок 11 — Схема замещения для расчёта в точке № 8

Рисунок 12 — Схема замещения для расчёта в точке № 9:

а) исходная схема;

б), в) поэтапные преобразования схемы замещения

2. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ В ТОЧКАХ С УЧЕТОМ ВОЗМОЖНОСТИ ОТКАЗА ШИН Обесточены шины могут быть в следующих случаях:

1. При отказе самих шин на время ремонта; при этом интенсивность отказов шин принимается прямо пропорциональной количеству присоединений :

где — интенсивность отказов одного соединения.

2. При отказе присоединения на время, необходимое для отсоединения этой ячейки и подачи питания на шины:

где — интенсивность отказов ячейки выключателя; N — число отходящих линий;

Интенсивности отказов секций шин, найдем, учитывая два вышеизложенных возможных случаев отказов шин. Для секции шин 1:

— отказ шин секции

— отказ присоединения

— суммарная интенсивность отказов Для секции шин 2:

— отказ шин секции

— отказ присоединения

— суммарная интенсивность отказов Для секции шин 3:

— отказ шин секции

— отказ присоединения

— суммарная интенсивность отказов Далее рассчитаем показатели надежности для точек в которые входят новые интенсивности отказов шин.

Показатели надежности для точки 3 (рисунок 6):

;

Показатели надежности для точки 4 (рисунок 7):

;

Показатели надежности для точки 5 (рисунок 8):

Показатели надежности для точки 6 (рисунок 9):

;

Показатели надежности для точки 7 (рисунок 10):

;

Показатели надежности для точки 8 (рисунок 11):

Показатели надежности для точки 9 (рисунок 12):

;

3. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ Чтобы произвести расчет показателей надежности системы с учетом восстановления элементов нужно знать среднее время восстановления элементов системы электроснабжения Т_В. Значения среднего времени восстановления для каждого элемента представлены в таблице 1.1. Рассчитаем вероятность восстановления всех элементов схемы по формуле:

где t = 2ч — расчетный период времени.

Подставляя данные из табл. 1, получаем:

Вероятность невосстановления элемента за время t найдем по формуле:

Подставляем полученные данные:

При определении показателей надежности с учетом восстановления элементов сворачивание будем производить для последовательного соединения элементов по формуле:

для параллельного соединения элементов по формуле:

Вероятность восстановления системы S, интенсивность восстановления системы м_В, среднее время восстановления Т_В, частота восстановления б_В определяются соответственно по формулам:

;

;

;

.

где G — вероятность невосстановления системы за время t; м — интенсивность восстановления системы; Т_В — среднее время восстановления; б — частота восстановления.

Расчет показателей надежности с учетом восстановления системы проводится аналогично расчету показателей надежности без учета восстановления системы. Рассчитаем показатели надежности с учетом во сстановления системы в первой точке (рисунок 3):

;

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы во второй точке (рисунок 4):

;

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в десятой точке (рисунок 5):

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в третьей точке (рисунок 6):

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в четвертой точке (рисунок 7):

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в пятой точке (рисунок 8):

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в шестой точке (рисунок 9):

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в седьмой точке (рисунок 10):

;

Рассчитаем показатели надежности с учетом восстановления системы в восьмой точке (рисунок 11):

Определим показатели надежности с учетом восстановления системы в девятой точке (рисунок 12):

;

Показатели надёжности для случая восстановления элементов представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Показатели надёжности для восстановления элементов для t =2 ч.

4. РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ С УЧЁТОМ ПРЕДНАМЕРЕННЫХ ОТКЛЮЧЕНИЙ подстанция надежность шина отключение Расчет показателей надежности системы с учетом преднамеренных отключений элементов производится при известных величинах интенсивности преднамеренных отключений х и среднего времени обслуживания Т_О всех элементов системы. Их значения приведены в таблице 1.1.

Интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания системы будем искать по формулам:

где х_Б, Т_ОБ — интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания базового элемента; х_max, Т_Оmax — интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания элемента, у которого максимальное время обслуживания; g_i — коэффициент совпадения.

За базовый элемент принимается трансформатор 110 кВ. В этом случае интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания базового и максимального элемента равны:

н_Б = н_max = 0,4 год^-1; Т_ОБ = Т_Оmax = 22 ч.

Коэффициенты совпадения g представлены в таблице 3.1. Расчет проводится по кратчайшему пути. Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 1 (рисунок 1.2):

Таблица 4.1 — Коэффициенты совпадения

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 2 (рисунок 1.4):

год^-1;

ч.

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 3 (рисунок 1.6):

год^-1;

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 4 (рисунок 1.7):

год^-1;

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 5 (рисунок 1.8):

год^-1;

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 6 (рисунок 1.9):

год^-1;

ч.

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 7 (рисунок 1.10):

год^-1;

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 8 (рисунок 1.11):

год^-1;

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 9 (рисунок 1.12):

Рассчитаем интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания для точки № 10 (рисунок 1.5):

год^-1;

ч.

Значения интенсивности преднамеренных отключений и среднего времени обслуживания для каждой точки представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 — Результаты расчёта с учётом преднамеренных отключений

Для расчёта показателей готовности есть все необходимые расчетные величины.

5. РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГОТОВНОСТИ Требуется рассчитать показатели, необходимые для оценки надежности работы элемента безотносительно ко времени его работы.

Коэффициент готовности К_г — вероятность того, что элемент работоспособен в произвольный момент времени, определяется по формуле:

.

Коэффициент готовности является важным показателем надежности, так как характеризует готовность элемента к работе и позволяет также оценить эксплуатационные качества и требуемую квалификацию обслуживающего персонала.

Коэффициент простоя К_п — вероятность того, что элемент неработоспособен в любой момент времени, определяется по формуле [1]:

.

Относительный коэффициент простоя К_по — отношение коэффициента простоя к коэффициенту готовности [2]:

.

Коэффициент технического использования К_ти — учитывает дополнительные преднамеренные отключения элемента, необходимые для проведения планово-предупредительных ремонтов [2]:

.

Значения коэффициентов для точки № 1:

;

;

;

.

Проведем аналогичные расчеты для остальных точек. Результаты приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Значения показателей готовности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был проведен расчет надежности системы электроснабжения, схема которой представлена на рис. 1. В частности были выбраны десять точек, для которых проведен расчет показателей надежности системы без учета восстановления элементов системы, с учетом восстановления элементов системы, с учетом условий возможного отказа шин; были рассчитаны коэффициенты готовности, простоя, относительные коэффициенты простоя, коэффициенты технического использования, а также рассчитаны показатели надежности с учетом преднамеренных отключений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Конюхова, Е. А. Надежность электроснабжения промышленных предприятий / Е. А. Конюхова, Э. А. Киреева. — М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001. — 92 с.

2. Кудрин, Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий / Б. И. Кудрин. — М.: Интермет Инжиниринг, 2005. — 672 с.