Задание на курсовую работу

Формулировка задания:

Определить надежность подстанции предприятия, схема замещения которой приведена на рис. 4.1. Определить коэффициенты готовности для элементов системы, показанной на схеме замещения, с учетом данным статистки отказов и восстановления за период эксплуатации N лет (таблицы 4.1 — 4.3), и паспортных (нормативных) данных показателей надежности элементов системы, приведенных в приложении 5 [4].

Составить модель структуры сети для анализа надежности логико-вероятностным методом и определить значения ее показателей. Рассчитать и построить графики зависимости коэффициента готовности системы и вероятности отказа питания от каждого источника генерации на L последующих лет эксплуатации, с разбивкой по кварталам.

Сделать выводы о необходимости технического обслуживания по критерию минимально допустимого уровня надежности. Предложить организационно-технические мероприятия по обеспечению требуемого уровня надежности. Дать оценку экономического ущерба от вероятных перерывов электроснабжения предприятия с учетом его отраслевой принадлежности (таблица 4.4) и характеристикой удельных ущербов предприятий от перерывов электроснабжения (приложение 6).

Таблица. Исходные данные для расчета.

ЛЭП — Л1- одноцепная воздушная линия электропередачи с железобетонными опорами; Л2 — двухцепная воздушная линия электропередачи с металлическими опорами; номинальная мощность трансформаторов SТном.= 2,5 — 7,5 МВА.

Отраслевая принадлежность: Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность.

Рисунок 1: Схема замещения

Таблиця.

* - с учетом пересчета на протяженность линии Далее, по данным статистики отказов, следует рассчитать фактические оценки частоты отказов л (или параметр потока отказов щ) элементов схемы и среднего времени их восстановления tв.

Приведем пример расчета для одного из отказавших элементов (выключатель В1):

вес измерений определим как «коэффициент старения информации»:

g = 5/(5+15) = 0.25? (1-g) = 0.75?

оценки параметров найдем по формулам (2.3) и (2.6):

л*(В1) = (1-g) • л (В1) + g • (2/5)= 0.75•0.003 + 0.25•0.4 = 0,024 откл/год?

t*в (В1) = (1-g) • tв (В1) + g • [(14,2+ 14,7)/2]= 0.75 •20 + 0.25 •14,45 = 18.61•10−3лет/отказ.

kг (В1) = 1 / (1+ 0,024•18.61•103) = 0.9997.

В табл. 2.2 приведены результаты расчетов. Расчетные значения показателей надежности элементов схемы с учетом статистики отказов в таблице выделены жирным шрифтом. При отсутствии данных об отказах остаются паспортные (априорные) значения. В таблицу введен дополнительный столбец логических переменных структурной схемы замещения «Переменная xi», который будет заполнен далее.

Результаты расчета показателей по статистике отказов.

Исходя из заданной схемы замещения подстанции (рис. 2.1.), составим её ЛФР для 3-го узла (электроприемник, подключенный к секции шин 10кВ), учитывая все возможные пути от источника к электроприемнику. Для этого преобразуем исходную схему замещения к структурной логической блок-схеме анализа надежности, введя дополнительные узлы и переменные состояния xi. Отметим, что понятия «узлы» и «связи» для схем замещения и структурной логической блок-схемы могут не совпадать: так, например, отделитель «От1» представлен в структурной схеме «связью» x25, см. рис 2.2. Кроме того, так как объекты генерации и шины 10 кВ, по условию задачи, абсолютно надежны, при составлении схемы для анализа надежности их можно не учитывать, если они не являются элементами связи или ветвления (например — шины 110 кв должны быть введены в структурную схему как узлы ветвления 2 и 3).

Соответствие параметров состояния (логических переменных) структурной схемы элементам схемы замещения.

x1: состояние выключателя В1, x4: состояние выключателя В2 ,.

x12: состояние линии Л1, x25: состояние отделителя От1 ,.

x2: состояние шин 110 кв, x5: состояние трансформатора Т1.

x23: состояние выключателя ШСВ В3×36: состояние отделителя От2 ,.

x3: состояние шин 110 кв, x6: состояние трансформатора Т2 .

x34: состояние линии Л2 ,.

Рисунок 2. Структурная схема анализа.

Рисунок 3. Схема представления ЛФР надежности.

Из анализа структурной логической блок-схемы надежности подстанции на рис 2.2 можно сделать вывод, что ЛФР системы электроснабжения представляет дизъюнкцию ЛФР четырех путей электропитания (при индексации пути использованы только номера узлов структурной схемы):

Z = Z125 + Z1236 + Z436 + Z435.

Раскрывая ЛФР правой части, получим.

Z = (x1 x12×2×25×5) + (x1 x12×2×23×3×36×6)+ (x4 x34×3×36×6)+ (x4 x34×3×23×2×25×5).

С учетом допущения об абсолютной надежности источников питания, т. е. состоянии шин 110 кВ можно учесть, что x2=1 и x3=1 и, таким образом, упростить дизъюнктивную форму ЛФР системы электроснабжения:

Z=(x1x12)•(x25×5+x23×36×6)+(x4x34)•(x36×6+x23×25×5)=Z12• (Z25 + Z26) + Z43 •(Z36 + Z35) (2.16).

Эквивалентная схема представления ЛФР в виде соединения комплексных элементов надежности в форме (2.16) представлена на рис. 2.3.

Раскроем выражения составляющих ЛФР в формуле (2.9) P (Z = 1), для ее конкретного представления (2.15) (2.16) и заданного экспоненциального закона распределения:

Для блоков последовательных элементов на рис. 2.3:

P (Z12=1)=P (x1=1)•P (x12=1)=p12=.

P (Z43 =1) = P (x4=1)•P (x34=1) = p43 =.

Для блоков параллельных элементов на рис. 2.3:

Введем промежуточные обозначения:

p256 = 1q256 = 1 q25• q26 ВБР блока параллельных элементов Z25 + Z26?

p365 = 1q365 = 1 q36• q35 ВБР блока параллельных элементов Z36 + Z35?

q1* = 1 p12• p256 ВО питания на пути от узла № 1 на схеме замещения (на структурной схеме анализа надежности рис. 2.2. это узел 1),.

q4* = 1 — p43 p365 ВО питания на пути от узла № 2 на схеме замещения (на структурной схеме анализа надежности рис. 2.2. это узел 4).

Таким образом, вероятность отказа питания электропотребителя, подключенного к секции шин (IСШ) равна:

Q = q1*• q4*? kГ (t) = P (Z = 1) = 1 — Q. (2.17).

Расчеты, выполненные по полученным формулам, приведены в табл. 2.4. Данные таблицы характеризуют изменение составляющих ЛФР на заданном периоде прогноза эксплуатации (L = 2 года) с поквартальной разбивкой.

На рис. 4 показаны графики изменения трех основных показателей надежности данной системы электроснабжения: q1*•(t), q4*(t), kГ (t), построенные по данным табл. 2.4.

Рисунок 4. Графики изменения основных показателей надежности.

Такой вид изменения показателей во времени типичен для экспоненциального закона распределения. На основании полученных результатов следует провести качественный анализ надежности заданной схемы электропитания и сделать выводы о необходимости технического обслуживания на рассматриваемом периоде эксплуатации.

Точное значение tдоп может быть получено решением уравнения.

kГ (tдоп) = kГдоп любым из численных методов, но для планирования сроков технического обслуживания достаточно указать интервал времени, в котором первый раз нарушается критерий kГ (t) > kГдоп, так как зависимость kГ (tдоп) является монотонно убывающей. Из таблицы и графиков видно, что критерий (2.14) нарушается уже во втором квартале 1го года последующей эксплуатации:

kГ (0.25) > kГдоп > kГ (0.5), или: 0.9625 > 0.9 > 0.8773,.

поэтому tдоп = 0.25 [лет] и техническое обслуживание (профилактическое) следует назначить в первом квартале.