Методичка к курсовому проекту по Надежности электроснабжения - файл n1.doc

Методичка к курсовому проекту по Надежности электроснабжения
скачать (735 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc735kb.02.11.2012 16:38скачать

n1.doc





НИЖЕГОРОДСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЕ

КОМАНДНОЕ УЧИЛИЩЕ
Кафедра электроснабжения

Методические указания

К выполнению курсового проекта
Расчёт показателей надежности системы

электроснабжения потребителей

по дисциплине

«Надежность электроэнергетических систем»
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 140200 – «Электроэнергетика» специальность 100200 «Электроэнергетические системы и сети», всех форм обучения, изучающих дисциплину «Надежность электроэнергетических систем».


Кстово – 2010



Содержание


Введение………………………………………………………………………………

3

1. Цель и задачи курсового проекта………………………………………………...

5

2. Организация проектирования…………………………………………………….

6

2.1. Основные организационные требования………………………………..

-

2.2. Требования к оформлению курсового проекта………………………….

-

3. Задание на курсовой проект……………………………………………………..

8

3.1. Исходные данные………………………………………………………….

-

3.2. Перечень вопросов рассматриваемых в проекте………………………..

-

3.2.1. Теоретическая часть…………………………………………………….

-

3.2.2. Расчётная часть…………………………………………………………

-

3.2.3.Графическая часть………………………………………………………

9

4. Методические указания к выполнению курсового проекта……………………

10

4.1. Аналитический метод расчёта надежности электроустановок………………

-

4.2. Количественная оценка надежности электроснабжения. Определение ущерба………………………………………………………………………………..


13

4.3. Логико-вероятностный метод расчёта надежности электроснабжения с помощью дерева отказов………………………………………………………………


-

4.4. Методика расчёта надежности двухцепной линии……………………………

16

Список литературы………………………………………………………………….

21

Приложение А. Данные для расчёта……………………………………………….

22

Приложение Б. Варианты расчётных схем питания подстанций потребителя….

23



ВВЕДЕНИЕ
Энергокомпании и пользователи электрической энергии становятся все более и более заинтересованными в надежности электроснабжения. Хотя проблемы надежности не являются новыми, их актуальность за последние годы значительно увеличилась [1].

По [2] надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, установленных нормативно-технической документацией, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надёжность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности, и сохраняемости.

Энергетическая система представляет собой большую сложную систему кибернетического типа. Она состоит из множества элементов, каждый из которых, в свою очередь, является сложной системой (электростанции, линии электропередач и т.д.) В такой системе даже возникновение отказов большого числа элементов или существенное отклонение параметров режима (частота, уровень напряжения и т.д.) могут привести не к полному прекращению электроснабжения потребителей, а к ухудшению его качества, выраженному в пониженных запасах статистической и динамической устойчивости, несоответствие показателей качества электроэнергии (ПКЭ) нормативным значениям, повышению вероятности отключения части нагрузки при действии противоаварийной автоматики и т.д. Поэтому традиционные понятия, определяющие характеристики надежности в других отраслях производства, для описания поведения энергосистем необходимо использовать с осторожностью.

Учитывая вышесказанное согласно [3,4] надежность работы энергосистемы – это способность энергосистемы обеспечивать бесперебойность энергоснабжения потребителей и поддержание в допускаемых пределах показателей качества электрической энергии и тепла. Живучесть энергосистемы – способность энергосистемы противостоять цепочечному развитию аварийных режимов. При этом согласно [4,5] система электроснабжения представляет собой совокупность взаимосвязанных электроустановок, осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия, и является неотъемлемой частью энергосистемы. Электрические нормальные и аварийные режимы энергосистемы и систем электроснабжения предприятий тесно связанны между собой.

Технологически система включает четыре иерархических уровня (технологические системы операций, процессов, производственных подразделений, предприятий) [5], а к регламентируемым условиям производства относят и «параметры энергоснабжения». Таким образом, система электроснабжения (СЭС) играет связующую роль между технологией промышленного производства продукции и технологией производства и поставки электроэнергии в рамках ЕЭС.

В различных действующих нормативно-технических документах ряд терминов логически связан с понятием «надежность». Например, «надежность электроснабжения», «устойчивость электроснабжения», «качество электроснабжения» [7], «бесперебойное функционирование электроэнергетики», «безопасность энергоснабжения» [8,9] и т.д. В Гражданском кодексе РФ (ГК РФ) и других нормативно-технических документах нет четких определений надежности, качества и устойчивости электроснабжения, что приводит к выводу, что эти понятия близки и часто означают одно и то же свойство процесса электроснабжения (функционирования электроэнергетической системы, системы электроснабжения).

В [10] дано определение «надежности электроснабжения потребителя», что позволяет исключить такие неоднозначные понятия как «устойчивость», «безопасность», «качество». Надежность электроснабжения потребителя – это способность (свойство) электроэнергетической системы, в составе которой работает система электроснабжения потребителя, обеспечивать без ограничений поставку заявленной потребителем в соответствии с договором электрической энергии (мощности) при выполнении им всех договорных обязательств (в том числе и по оплате электроэнергии), а также при соблюдении уполномоченными субъектами электроэнергетики качественных и количественных показателей надежности функционирования электроэнергетической системы и показателей качества электрической энергии.

В систему обеспечения надежности электроснабжения потребителя входят техническая и организационная подсистемы. К технической подсистеме относят технические средства по обеспечению параллельной работы электроустановок потребителя в составе ЕЭС, технические средства коммерческого учета и обмена информацией с СО и АТС, мероприятия по технической эксплуатации этих средств.

К организационной подсистеме относят мероприятия по заключению договоров поставки товарной продукции, договоров на оказание услуг с инфраструктурными организациями рынка; мероприятия по организации технической эксплуатации электроустановок потребителя и т.д.

К техническим мероприятиям по обеспечению надежности относят:

1) – на стадии проектирования (исходными данными, для которого являются условия технологического присоединения к электрической сети ЭЭС и условия информационного обмена на рынке данными коммерческого учета, технологическими данными):

2) - на стадии технической эксплуатации:

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что технические и организационные мероприятия по обеспечению надежности необходимо проводить со стороны энергосистемы и со стороны потребителя, т.е. в его сетях. В [11] отмечено, что при выборе независимых взаимно резервируемых источников питания, являющихся объектами энергосистем, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения или полного исчезновения напряжения во время действия РЗА при повреждениях в электрической части энергосистемы, а также длительного исчезновения напряжения на этих источниках при тяжелых авариях.

Таким образом, если потребитель не может допустить даже кратковременного исчезновения питания, то возможны следующие меры:

  1. Использование собственных резервных источников электроснабжения.

  2. Осуществлять непрерывность технологического процесса путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов.

  3. Использование специальных устройств безаварийного останова технологического процесса и т.д.

Надежность электроснабжения также является одним из свойств технологической системы предприятия (группы предприятий).

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Курсовой проект ставит целью практическое закрепление изучаемого теоретического материала по курсу «Надежность электроэнергетических систем», приобретение инженерных навыков расчёта надежности при проектировании электроэнергетических систем и сетей, развитие творческих способностей студента при решении конкретно поставленной задачи.

Курсовой проект представляет комплексное задание, включающее в себя как вопросы обзора и оценки существующих моделей надежности систем электроснабжения потребителей, «слабых звеньев» элементов электроэнергетических систем, анализ повреждаемости электрического оборудования электростанций и сетей (синхронных генераторов, трансформаторов, асинхронных генераторов и машин постоянного тока), анализ методов повышения надежности ЭЭС, экономические вопросы надежности ЭЭС. А также расчет показателей надежности схемы электроснабжения потребителей аналитическим и логико-вероятностным методами, и другие вопросы, связанные с надежностью электроэнергетических систем (ЭЭС).
2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
2.1. Основные организационные требования
Курсовой проект выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выдаваемым каждому студенту, в соответствии с календарным графиком, составленным руководителем проекта.

Перед началом выполнения проекта необходимо тщательно ознакомиться с настоящими методическими указаниями и уяснить содержание индивидуального задания. Прежде, чем начать расчеты, следует повторить соответствующий теоретический материал и просмотреть решенные задачи, связанные с тематикой проекта.

Работа над проектом осуществляется ритмично. График работы учитывается при оценке курсового проекта. Оценка выполнения в процентах учитывается отдельно. Дата последнего дня подписания курсовых проектов устанавливаетcя кафедрой ЭМ. Студенты, не подписавшие проект по истечении указанной даты, считаются не выполнившими учебный план. Защита курсовых проектов проводится в установленные кафедрой дни. Защита проводится публично в присутствии сотрудников кафедры и студентов. Студент, дважды не защитивший проект, к последующей защите не допускается и считается не выполнившим учебный план.

Проект сдается на бумагоносителе и в электронном варианте.


2.2. Требования к оформлению курсового проекта
Пояснительная записка должна быть не менее 15 страниц машинописного текста. Титульный лист и все оформление должно вестись с учетом соответствующих требований ЕСКД.

Пояснительная записка должна содержать следующие структурные элементы:

- обложку;

- титульный лист и график работы над проектом;

- содержание;

- введение;

- теоретическую часть;

- техническое задание на проектирование;

- расчёт надежности ЭЭС аналитическим методом;

- расчёт надежности ЭЭС логико-вероятностным методом с построением дерева отказов и анализом сечений;

- заключение (выводы по результатам проектирования и рекомендации по повышению надежности ЭЭС);

- библиографический список.

Текст пояснительной записки печатается через полуторный интервал в MS WORD 7.0 и выше, шрифтом Times New Roman.

- размер шрифта – 14, форматирование по ширине;

- нижнее поле 2,5см, левое верхнее, правое поля – 2 см.

Абзац набирается с соблюдение следующих правил:

- все слова внутри абзаца разделяются только одним пробелом;

- перед знаком препинания пробелы не ставятся, после знака препинания – один пробел;

- выделения курсивом, полужирным, прописным обеспечиваются средствами Word.

Формулы набираются в редакторе Microsoft Equation 3.0 без использования нестандартных символов, гарнитуры Times New Roman Symbol.

Нумеровать следует формулы, на которые приводятся ссылки в тексте. Номер формулы заключается в круглые скобки и выравнивается по правому краю печатного листа.

Расшифровка буквенных обозначений (экспликация) формул обязательна. Последовательность экспликации должна соответствовать последовательности расположения этих обозначений в формуле.

Оформление графической части должно соответствовать требованиям стандартов, входящих в Единую систему конструкторской документации (ЕСКД). При выполнении графической части рекомендуется использовать средства компьютерного проектирования.
3. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
3.1. Исходные данные

1. Упрощенные схемы электроснабжения потребителей (приложение Б).

2. Исходные данные для проведения расчётов надежности ЭЭС (приложение А).
3.2. Перечень вопросов, рассматриваемых в проекте
3.2.1. Теоретическая часть

Выполнение курсового проекта начинается с выполнения теоретической части. Темы задаются преподавателем или выбираются студентом самостоятельно. Обязательным требованием является использование нормативной документации (ГОСТов и т.д.) и(или) периодических изданий. Год издания не ранее 1990.

Теоретическая часть курсового проекта включает:

Перечень рекомендуемых периодических изданий, имеющихся в наличии в библиотеке университета:

1. Энергетик. Электрика. Электрические станции. Электротехника.

2. Энергетика за рубежом. Энергохозяйство за рубежом.

3. Известия РАН. Энергетика.

4. Известия вузов. Проблемы энергетики.

5. Известия вузов. Энергетика.

6. Энергетическая политика и т.д.

3.2.2. Расчётная часть

В приложении Б приведены варианты схем питания упрощенных подстанций 110 кВ, предназначенных для глубокого ввода на территорию промышленных предприятий. Варианты отличаются способами секционирования питающей сети при возникновении коротких замыканий на линиях и оборудовании.

Рассчитать показатели надежности схемы электроснабжения потребителей аналитическим методом для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключениях;

1. Составить схемы замещения для каждой подстанции отдельно:

- для кратковременного отключения;

- для длительного отключения.

Данные для расчёта приведены в приложении А, пример расчёта в п. 4.1 данных методических указаний и в [12, 13]. Результаты расчётов должны быть сведены в таблицу. Задание составлено так, что студенты в пределах группы могут коррелированно оценить надежность при применении различных видов ВЛ, а также оценить надежность системы при её переводе на более современную аппаратную базу (например использование элегазовых выключателей и т.д.) .

Приведение двухцепной линии к одноцепной и пример расчёта надежности двухцепной линии дано в [14] стр. 37-39 и п.4.4. данных методических указаний.

- оценить надежность схемы электроснабжения логико-вероятностным методом с помощью дерева отказов;

- рассчитать количество электроэнергии, недоотпущенной потребителям за время отключения оборудования и определить ущерб, получаемый при аварийном отключении оборудования. Пример расчёта приведен в п.4.2. и в [18] стр. 156.

3.2.3. Графическая часть

Графическая часть проекта содержит два чертежа на листах формата А1.

- на первом чертеже в соответствии с заданием приводиться схема электроснабжения потребителей, доработанная (согласно варианту) схема, и расчётные схемы надежности для всех трех подстанций при кратковременном и длительном аварийном отключениях, а также результаты расчёта, сведенные в таблицу;

- на втором чертеже должны быть приведены: дерево отказов системы и анализ надежности системы с помощью минимальных сечений.
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
4.1. Аналитический метод расчёта надёжности электроустановок
Для определения показателей надёжности электроустановок аналитическим методом необходимо составить расчётную схему соединения их элементов. Расчётная схема отражает логику связей элементов с точки зрения надёжности работы всей установки или с точки зрения отказа всей установки. Расчётная схема ЭЭС часто не совпадает с электрической схемой. Иногда последовательно соединённые в электрической схеме элементы на логической схеме должны быть изображены параллельным соединением и наоборот. Например, шинные разъединители всех параллельных по электрической схеме присоединений составляют, последовательную цепочку, если рассматривается погашение сборных шин. Расчёт проводится путём замены параллельных и последовательных цепей эквивалентными элементами, для чего используются формулы, определяющие общее число аварийных отключений, длительность аварийных простоев для эквивалентного элемента.

Необходимо учесть:

- длительность планового ремонта для каждого случая подсчитывается исходя из существующих закономерностей ремонтных работ;

- одновременные отключения цепи из двух параллельных элементов в плановый период не допускаются;

- за время отключения элемента с большой длительностью ремонта может быть произведен ремонт других элементов (с относительно меньшей длительностью ремонта).

В зависимости от применяемой схемы соединения восстановление электроснабжения может заключаться:

- в замене отказавшего элемента;

- в ремонте поврежденного элемента;

- в операции автоматического секционирования;

- в работе автоматики АВР, АПВ;

- при производстве переключений вручную.

Основные допущения аналитического расчета заключаются в следующем.

1. Перерывы электроснабжения, ликвидируемые работой автоматики (АПВ, АВР), не учитываются. Устройства релейной защиты считаются действующими безотказно.

2. Кратковременные отключения (производство переключений вручную) подсчитываются отдельно. Длительность перерывов электроснабжения при кратковременных отключениях принимается 20...30 мин. Расчетная схема для кратковременных отключений должна содержать только элементы, соединенные последовательно; параллельные ветви учитывать не следует.

3. Для длительных отключений (ремонт элементов) рассматриваются также отказы параллельных цепей, вызванные наложениями повреждений одного элемента на аварийное восстановление другого и аварийных повреждений на плановые отключения.

4. Расчетные схемы для всех видов отключений составляются отдельно для каждого потребителя или (и) групп потребителей.

5. Если параллельные цепи имеют перемычку (линии, переключательные посты дальних ЛЭП, секционные или шиносоединительные выключатели), расчетные схемы для кратковременных и длительных отключений приходится составлять для режимов с включенной перемычкой (считая её абсолютно надежной) и с отключённой перемычкой (считая её находящейся в плановом или аварийном ремонте).

6. Аналитические расчёты основываются на предположении, что поток отказов элементов на расчетном промежутке – простейший, пуассоновский, а закон распределения вероятности восстановления – экспоненциальный.

Показателями надежности питания являются частоты отключения двух трансформаторов каждой подстанции и коэффициенты аварийного простоя этих подстанций. Кроме того, надежность питания промышленного района характеризуется частотами аварийного погашения двух и трех подстанций глубокого ввода и соответствующими коэффициентами простоя. Определим эти показатели с помощью аналитического метода расчета

При сделанных допущениях для показателей надёжности элементов электроустановок справедливы следующие формулы теории надёжности. Для коэффициентов простоя

. (1)

где и – коэффициенты аварийного и планового простоя; – интенсивность случайного события (отказа); –время восстановления системы; – удельная длительность планового ремонта (за 1 год);

Для последовательного соединения элементов

, (2)

где – интенсивность отказов i-го элемента;

, (3)

где – время восстановления i-го элемента;

Тогда при последовательном соединении i элементов

коэффициент аварийного простоя

(4)

Среднее время одного планового ремонта последовательной цепи

, (5)

где – количество плановых ремонтов в течение, ремонтного цикла; – длительность планового ремонта элемента, максимальная из всех отключаемых в j-м простое.

Коэффициент планового простоя последовательной цепи

, (6)

где – частота плановых ремонтов последовательной цепи.

Пример расчёта. На рис.1 приведена схема питания упрощенных подстанций 110 кВ, предназначенных для глубокого ввода на территорию промышленного предприятия.

Расчётные значения показателей надёжности элементов этой схемы даны в приложении А.





Рис.1. Схема питания упрощенных подстанций
Показатель надёжности питания потребителей – частота аварийных отключений двух трансформаторов каждой подстанции .

Решение. Составим расчетные схемы (рис.2, рис.3) для кратковременных и длительных аварийных отключений.

Р
ис. 2.
Схема замещения при кратковременном отключении п/ст 1

В соответствии с расчетной схемой рис. 2 частота кратковременных отключений







Рис. 3. Схема замещения при длительном отключении п/ст 1
В соответствии с расчетной схемой на рисунке 3, частота длительных отключений с учетом совпадения отказов одной цепи с простоем другой

(7)

где .

Основную составляющую в общем числе погашений дают аварийные отключения линий, поэтому можно принять время восстановления питания при длительных отключениях.

При кратковременных отключениях время перерыва питания составляет 0,25 часа, если переключения производит персонал подстанции, и 0,5 часа, если переключения производит выездная оперативная бригада.

Коэффициент аварийного простоя в первом случае



где – длительность периода наблюдения

Суммарная частота отключений в этом варианте





4.2. Количественная оценка надежности электроснабжения. Определение ущерба.
При проектировании сетей выбирается уровень надежности электроснабжения потребителей, и производиться технико-экономическое сравнение различных вариантов схем сети. При сравнении вариантов определяется ожидаемое значение ущерба при возможных перерывах электроснабжения. Ущерб в этом случае носит вероятностный характер. Задача сводиться к определению математического ожидания (среднего значения) ущерба У за определенный период эксплуатации, обычно за 1 год. При этом определяются вероятностные характеристики, от которых зависит надежность схемы.

Определение ущерба при аварийном отключении и отключении на планово-предупредительный ремонт одноцепной линии протяженностью l, км. Из соотношения [7]

[МВт·ч] (8)

(9)

где – количество энергии, получаемой в течении года потребителями, присоединенными к данной линии.

Ущерб, получаемый при аварийном отключении линии

, (10)

где – удельная стоимость 1МВт·ч недоотпущенной энергии.
4.3. Логико-вероятностный метод расчета надежности электроснабжения с помощью дерева отказов
Логико-вероятностный метод с использованием дерева отказов является дедуктивным (от общего к частному) и применяется в тех случаях, когда число различных отказов системы относительно невелико. Применение дерева отказов для описания причин отказа системы облегчает переход от общего определения отказа к частным определениям отказов и режимов работы её элементов, понятным специалистам – разработчикам, как самой системы, так и элементов. Переход от дерева отказов к логической функции отказа открывает возможности для анализа причин отказа системы на формальной основе. Логическая функция отказа позволяет получить формулы для аналитического расчёта частоты и вероятности отказов системы по известной частоте и вероятностям отказов элементов. Использование аналитических выражений при расчёте показателей надёжности даёт основание к применению формул теории точности для оценки среднеквадратической погрешности результатов.

Отказ функционирования объекта, как сложное событие, является суммой события отказа работоспособности и события , состоящего в появлении критических внешних воздействий. Условие отказа функционирования системы формулируется специалистами в области конкретных систем на основе технического проекта системы и анализа её функционирования при возникновении различных событий при помощи высказываний.

Высказывания могут быть конечными, промежуточными, первичными, простыми, сложными. Простое высказывание относится к событию или состоянию, которые сами не рассматриваются ни как логическая сумма "ИЛИ", ни как логическое произведение "И" других событии или состояний. Сложное высказывание, представляющее собой дизъюнкцию нескольких высказываний (простых или сложных), обозначается оператором "ИЛИ", связывающим высказывания низшего уровня с высказываниями высшего уровня (рис. 4, а).

Р
ис. 4.
Элементы представления логических схем

Сложное высказывание, представляющее собой конъюнкцию нескольких высказываний (простых или сложных), обозначается оператором "И", связывающим высказывания низшего уровня с высказываниями высшего уровня (рис. 4, б). Высказывания удобно кодировать так, чтобы по коду можно было судить о том, простое оно или сложное, на каком уровне от конечного расположено и что собой представляет (событие, состояние, отказ срабатывания, тип элемента).

В теории графов деревом называется связный граф, не содержащий замкнутых контуров. Деревом отказов называют логическое дерево (рис. 5), в котором дуги представляют события отказа на уровне системы, подсистем или элементов, а вершины – логические операции, связывающие исходные и результирующие события отказов.





Рис. 5. Пример построения дерева отказов
Построение дерева отказов начинается с формулировки конечного высказывания об отказе системы. Для характеристики безотказности системы конечное высказывание относят к событию, которое приводит к нарушению функционирования в рассматриваемом интервале времени, при заданных условиях. То же для характеристики готовности.

П
В
ример
. Построим дерево отказов для схемы сети, приведенной на рис. 6.





Рис. 6. Схема сети
Подстанции В и С питаются от подстанции А. Конечным событием дерева отказов является отказ системы в целом. Этот отказ определяется как событие, заключающееся в том, что

1) либо подстанция В, либо подстанция, С полностью теряют питание;

2) мощность для питания суммарной нагрузки подстанций В и С приходится передавать по одной единственной линии.

Исходя из определения конечного события и принципиальной схемы системы, строим дерево отказов (вниз от конечного события) (рис. 7).

Цель анализа дерева отказов состоит в том, чтобы определить вероятность конечного события. Поскольку конечное событие есть отказ системы, анализ дает вероятность Р(F).

Метод анализа основан на нахождении и расчете множеств минимальных сечений. Сечением называют такое множество элементов, суммарный отказ которых приводит к отказу системы. Минимальное сечение – такое множество элементов, из которого нельзя удалить ни одного элемента, иначе оно перестаёт быть сечением.

Р
ис. 7.
Дерево отказов системы по схеме рис. 6


отказы подсистем, которые можно анализировать далее;

– отказы элементов, которые далее не анализируются.

Передвигаясь на один уровень ниже от вершинного (конечного) события, проходим через узел "ИЛИ", который указывает на существование трёх сечений: {P}, {Q}, {R}, (Р, Q, R – события отказов). Каждое из этих сечений может быть разделено далее на большее число сечений, но может выясниться, что отказ сечений обуславливается несколькими событиями, в зависимости от того, какой тип логического узла встречается на пути следования.

Например, {Q} сначала превращается в сечение {3,Т}, затем Т разделяется на сечения {Х,У}, в результате вместо одного сечения {3,Т} появляются два: {3,X}, {3,У}.

На каждом из последующих шагов выявляются множества сечений:



Минимальными сечениями являются выделенные сечения {3,4,5}, {2,3}, {1,3}, {1,2}. Сечение {1,2,3}, не минимальное, поскольку {1,2} – тоже сечение. На последнем шаге множества сечений состоят исключительно из элементов.
4.4. Расчёт надежности двухцепной линии

Для составления схемы надежности в исходной схеме электрической сети объединяются все источники питания, а линии замещаются блоками, связанными между собой и с потребителем и источниками питания так, как в исследуемой схеме сети. На рис. 8. показана схема сети и операция составления схемы надежности.


Рис. 8. а) – Исходная схема сети; б) схема надежности

Для большей наглядности схему надежности можно привести к виду, где шины источников питания ИП и шины потребителя (П) представлены параллельными прямыми


Рис. 9. Упрощенная схема надежности
Двухцепные линии в схеме надежности представляются тремя блоками, как показано на рис. 10. Блоки 1 и 2 отражают отказы и плановые ремонты каждой из цепей отдельно, а блок 1-2 одновременные отказы обеих цепей.

Для схем сети без замкнутых контуров схема надежности содержит лишь последовательно и параллельно соединенные блоки (рис. 8 а и б). При наличии в сети замкнутых контуров в схеме надежности появляются пёремычки между параллельными ветвями (рис. 11).

Расчет по схеме надежности проводится путем ряда преобразований последовательно или параллельно включенных блоков в эквивалентные до тех пор, пока шины источника питания и потребителя не окажутся связанными одним эквивалентным блоком (рис. 9 б и в). Показатели надежности этого блока (рис. 9,г) и являются искомыми показателями надежности электроснабжения потребителя.





Рис. 10. К расчёту показателей надежности двухцепной линии



Рис. 11.

Для п последовательно включенных блоков показатели надежности эквивалентного блока приближенно (без учета возможности их одновременных простоев) определяются по формулам (1-6)

Для двух параллельно включенных элементов i и j эквивалентный блок характеризуется только показателями надежности, так как одновременные плановые простои элементов предполагаются недопустимыми. Показатели надежности эквивалентного блока

(2-22)

(2-23)
где ТВ;В - средняя длительность одновременного вынуж­денного простоя, равная согласно выражениям (2-6) —(2.8):
(2-24)
ТВij и ТВji - средние длительности одновременного, простоя при наложении отказа на плановый ремонт, определяемые по (2-13) или (2-14).

Если пропускная способность отдельных связей меж­ду потребителем и источниками питания или мощность


Рисунок 12
отдельных источников не может обеспечить полного снабжения потребителя электроэнергией, то кроме пере­рывов электроснабжения, определяемых показателями надежности результирующего блока (например, блок IV рис. 2-б,г), необходимо учитывать режимы, в которых происходит ограничение электроснабжения. Так, если в схеме на рис. 2-5,а пропускная способность линий Л4 и JI5 или мощность источника питания ИПЗ меньше на­грузки потребителя, то возможны ограничения потреби­теля, математические ожидания и длительности которых определяются показателями надежности и плановых простоев блока III (рис. 2-6,в).

Для блок-схем с перемычками (рис. 2-8) рассчиты­ваются характеристики эквивалентных блоков для двух схем, получаемых из исходной, а именно: первой (рис. 2-9,а), в которой в перемычке нет блока, т. е. без учета вынужденных и плановых простоев блока; второй (рис. 2-10,а), в которой пермычка вообще отсутствует. По полученным показателям надежности этих схем шм; ТВМ (рис. 2-9,6) ?L ; TbL (рис. 2-10,6) и известным коэффициентам вынужденного и планового простоев блока перемычки КВi и KПi вычисляются результирую­щие показатели надежности электроснабжения:

(2-25)

(2-26)
В качестве примера произведем расчет математического ожида­ния перерывов электроснабжения и их средней длительности для схемы, приведенной на рис. 2-5,а.

Параметры линий электропередачи и их показатели надежности даны в табл. 2-1. Возможность проведения плановых ремонтов линий в периоды с благоприятными климатическими условиями учтена коэффициентом k? = 0,5.

Линия

Напряже­ние, кВ

Длина, км

?, 1/год

TВ, ч

?, 1/год

Tп, ч

1

220

100

0.7

16

6

8

2

220

120

0.84

16

6

8

3

110

50

0.5

14

5

8

4

110

60

0.6

14

5

8

5

110

40

0.4

14

5

8
Таблица 2-1


1. Расчет показателей надежности блока /, эквивалентного па­раллельно включенным блокам 1 и 2 (рис. 2-6,а, б).

Коэффициенты вынужденного и планового простоев блоков 1 и 2 в соответствии с (1-6)' и (1-9):






Параметр потока отказов блока I в соответствии с (2-22)



Длительность одновременного вынужденного простоя при наложении отказа на плановый ремонт в соответствии с формулой (2-13)



Среднее время восстановления блока I в соответствии с (2-23)


2. Расчёт показателей надёжности плановых простоев блока II, эквивалентного последовательно соединённым блокам 4 и 5.

Параметр потока отказов и среднее время восстановления блока II, в соответствии с (2-18) и (2-19)





Частота и средняя продолжительность плановых простоев блока II в соответствии с (2-20) и (2-21)





Показатели надёжности блоков III и IV рассчитываются аналогично. Результаты расчёта сведены в таблицу 2-2


Блок

?, 1/год

TВ, ч

?, 1/год

Tп, ч

I

0.006

5.3

0

0

II

1.0

14

10

8

III

0.506

14

5

8

IV

0.006

4.6

0

0
Таблица 2-2
Из таблицы 2-2 можно видеть, что полные перерывы электроснабжения характеризуются математическим ожиданием числа перерывов, равным 0.006 1/год, или равно примерно 1 раз за 170 лет при средней длительности вынужденных простоев 4.6 ч. Плановые перерывы электроснабжения отсутствуют.

При недостаточных пропускной способности линий Л4 и Л5 или мощности источника питания ИП3 ограничения потребителя будут при вынужденных и плановых простоях блока III: математическое ожидание вынужденных ограничений равно 0.506 или 1 раз за 2 года при средней длительности 14 часов; плановые ограничения 5 раз в год при длительности 8 часов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Ю.Е. Гуревич, К.В. Кабиков. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя. М.: Изд-во «ЭЛЕКС-КМ», 2005.

  2. ГОСТ 27.002-89. Межгосударственный стандарт. Надежность в технике. Основные понятия термины и определения. М. Изд-во стандартов, 2002.

  3. ГОСТ 21027-75. Системы энергетические. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1987.

  4. Папков Б.В. Терминология современной электроэнергетики / Б.В. Папков: Нижегород. гос. тех. ун-т. – Н. Новгород: Изд-во Волго-Вятской академии гос. Службы, 2006. – 92 с.

  5. ГОСТ 19431-84. Энергетика и электрификация термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1984.

  6. ГОСТ 27.004-85. Межгосударственный стандарт. Надежность в технике. Системы технологические. Основные понятия термины и определения. М. Изд-во стандартов, 2002.

  7. ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Качество электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М. Изд-во стандартов, 2002.

  8. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.

  9. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.

  10. Л.К. Осика. Организационные и технические мероприятия по обеспечению надежности электроснабжения потребителей – субъектов оптового и розничного рынков электроэнергии // Электрика № 6, 2004. С. 3-11.

  11. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Глава 1.2. 7-е изд. М.: .: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002, 184 с.

  12. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике. М.: Энергоатомиздат­ – 1990., 206с., ил.

  13. Папков Б.В., Пашали Д.Ю. Надежность систем электроснабжения / Учеб. пособие / Б.В. Папков, Д.Ю. Пашали УГАТУ, Уфа.: изд-во УГАТУ – 2007, 192 с., ил.

  14. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. М.: Наука – 1974., 175 с., ил.

  15. Надежность систем энергетики и их оборудования. Справочник в 4-х т./ Под общ. ред. Ю.Н. Руденко. Т.2. Надежность электроэнергетических систем / Справочник. М.: Энергоатомиздат­ – 2000., 568с., ил.

  16. Шалин А.И. Надежность и диагностика релейной защиты энергостистем / Учебное пособие. Н.-Новгород: изд-во НГТУ, 384 с. ил.

  17. Трубицын В.И. Надежность электростанций: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1997., 240 с.: ил.

  18. Солдаткина Л.А. Электрические сети и системы: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1978., 216 с., ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Данные для расчёта надежности электроснабжения потребителей

Таблица А.1


Элемент

№ на схеме

, 1/год

, год



Трансформатор

1-6

0,02

0,02

0.007

Короткозамыкатель с отделителем

7-12

0,04

0,0004

0.001

Участок одноцепной воздушной линии

13-16

0,5

0,001

0.005

Выключатель масляный


17-20

0,03

0,003

0.006

Данные для расчёта двухцепных линий

  1. интенсивность ремонтов ,



  2. Длительность планового ремонта

Данные для расчёта ущерба

,




ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ


СХЕМА 1

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 11

В 12

В 13

В14

В 15

В16

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ





СХЕМА 2

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 21

В 22

В 23

В24

В 25

В26

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ





СХЕМА 3

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 31

В 32

В 33

В34

В 35

В36

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ







СХЕМА 4

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 41

В 42

В 43

В44

В 45

В46

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ






СХЕМА 5

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 51

В 52

В 53

В 54

В 55

В 56

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ






СХЕМА 6

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 61

В 62

В 63

В 64

В 65

В 66

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ







СХЕМА 7

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 71

В 72

В 73

В 74

В 75

В 76

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ






СХЕМА 8

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 81

В 82

В 83

В 84

В 85

В 86

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ







СХЕМА 9

1. Аналитическим методом рассчитать надежность электроснабжения потребителей для всех трех подстанций при кратковременном и длительном отключении

2. Построить графы надежности для одного вида отключения (по выбору студента)

В 91

В 92

В 93

В 94

В 95

В 96

Схема без изменений

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ или заменить имеющиеся одноцепные ВЛ (обосновать свое решение)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

1. Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме ВЛ

Заменить на схеме короткозамыкатели и отделители на более современное оборудование (обосновать свой выбор)

Согласно правилам построения схем электроснабжения добавить на схеме двухцепные ВЛ





Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации