Geum.ru

Интервальный метод оценки надежности подстанций

Вид материалаЗадача

Содержание


Вероятностный метод оценки надежности подстанций.
Использование интервальной арифметики.
Расчет тестовой схемы.
Расчет тестовой схемы детерминированным методом.
Подобный материал:
УДК 621.311.1


ИНТЕРВАЛЬНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ПОДСТАНЦИЙ


Дьяченко1 А. В.


Задача обеспечения надежности электрических станций, подстанций, линий электропередачи, электрических сетей и систем является одной из важнейших в электроэнергетике. На отдельных энергетических предприятиях число технологических нарушений в течение года достигает нескольких десятков. При такой высокой аварийности в энергосистемах оценка надежности оборудования и установок, поиск путей повышения надежности становятся одной из первоочередных задач.

Основной особенностью при оценке надежности распределительных устройств подстанций является то, что подстанция является сложным техническим объектом, состоящим из большого числа различных элементов, которые в свою очередь имеют ограничения по загрузке.

Изменения состояний элементов обусловлены, с одной стороны, выводами в плановый ремонт, а с другой стороны, событиями, носящими случайный характер, например отказ элемента с последующим восстановлением.

Отказы элементов являются случайными событиями, следовательно, процесс чередований состояний элементов будет случайным процессом.

В такой ситуации для решения задачи оценки надежности распределительных устройств подстанции наиболее удобным является вероятностный метод.

При расчетах надежности распределительных устройств 6-750 кВ подстанций часто встречаются проблемы неопределенности исходных данных.

Одним из эффективных методов учета неопределенности исходных данных при расчетах надежности является интервальный анализ [1], при использовании которого неопределенные исходные данные представляются как интервальные числа (заданные интервалом значений, а не фиксированным значением). Применение интервального метода особенно оправдано в достаточно распространенном случае отсутствия обоснованного вероятностного закона распределения параметра в заданном диапазоне.

В статье рассматривается реализация интервального метода расчета надежности распределительных устройств 6-750 кВ подстанций на основе алгоритма, описанного в [2]. Эффективность метода иллюстрируется расчетом тестовой схемы распределительного устройства подстанции.

Вероятностный метод оценки надежности подстанций.

Рассматриваемый метод основывается на подразделении всех элементов схемы на две категории: элементы однократного и двукратного присоединения, или просто элементы, и элементы многократного присоединения, или секции. Элементами (однократного или двукратного присоединения) называются элементы, присоединенные к схеме через один или два выключателя. Секциями (элементами многократного присоединения) называются элементы, присоединенные к расчетной схеме через три и более выключателя.

Метод базируется на подразделении схем электрических соединений распределительных устройств подстанций на шесть классов [3]:

I класс - Схемы с одной рабочей системой шин, с одним выключателем на цепь. Частными случаями являются схемы с секционированной системой шин и схемы мостиков (схемы №5Н, №5АН, №9, №12).

II класс - Схемы с двумя рабочими системами шин, с одним выключателем на цепь (схема №13).

III класс - Схемы с двумя рабочими системами шин, с тремя выключателями на две цепи (так называемая «полуторная» схема №16).

IV класс - Схемы с двумя рабочими системами шин, с двумя выключателями на цепь (схема №15).

V класс - Схемы с одной замкнутой, многократно секционированной рабочей системой шин (схема №7).

VI класс - Блочные схемы (схемы №3Н, №4Н).

Анализ схем электрических соединений проводится с учетом следующих условий:
  • при отказе одного элемента интенсивности отказа оставшихся в работе элементов не изменяются;
  • резервный элемент работает в нагруженном режиме;
  • восстановление не ограничено, т.е. любой отказавший элемент начинает немедленно восстанавливаться;
  • во время восстановления в элементах не могут возникать вторичные отказы;
  • совпадение моментов наступления двух различных событий считается практически невозможным.

Для всех перечисленных классов схем в [2] существуют формулы для нахождения частоты отказов элементов и секций в нормальном и ремонтном режимах работы схемы, вероятности нахождения схемы в ремонтном режиме, а также времени восстановления элементов и секций.

Также в [2] приведены формулы расчета результирующей частоты аварийной потери расчетных элементов (секций), средней продолжительности аварийного простоя расчетных элементов (секций) с учетом времени оперативных переключений и вероятности аварийной потери расчетного элемента (секции) или одновременно двух элементов (секций) в течение определенного периода времени.

Дополнительно, используя формулы из [4], учитывается отказ срабатывания выключателя при коротких замыканиях на присоединении, создающее повреждение секции шин.

Использование интервальной арифметики.

Пусть задано интервальное число как набор действительных чисел x, например, где известны как нижний и верхний пределы интервала соответственно. Рациональное число k представлено как интервальное число . Арифметические операции +, , ×, / для двух интервальных чисел и определяются выражениями [6]:

(1)

(2)

(3)

(4)



(5)

- расстояние между двумя интервальными числами

Расчет тестовой схемы.

Для иллюстрации алгоритма расчета надежности распределительного устройства подстанции вероятностным методом с использованием интервальных арифметических операций приводится расчет надежности распределительного устройства 220 кВ подстанции, схема электрических соединений которого представлена на рис.1



Рисунок 1. Схема распределительного устройства с двумя системами шин


Параметры элементов схемы приведены в таблице 1.


Таблица 1. Исходные данные для тестовой схемы.

Номер элемента
, год-1




1, 2
0


0,01

3, 4
0,05




5, 6, 7, 8
0,4




9, 10, 11, 12
3,0





С учетом принятых в [2] допущений, частоты отказов всех выключателей характеризуются одной общей величиной год-1; вероятность профилактического ремонта выключателей .

В качестве примера принимается, что неопределенными являются собственные частоты повреждений элементов, при этом интервал значений задан ±20% приведенных выше детерминированных значений.

Данная схема относится, согласно принятой выше классификации, ко второму классу.

Расчет тестовой схемы детерминированным методом.

При средних значениях собственных частот повреждений элементов расчет будет иметь вид:

Вероятность нахождения схемы в нормальном и ремонтном режимах:





Частота повреждений секций:



Частота аварийной потери секции:



Частота аварийной потери двух автотрансформаторов:

, год-1

, год-1

, год-1

, год-1

Вероятность аварийного простоя двух автотрансформаторов определяется по формуле:



Для минимальных и максимальных значений частот отказов проведенный расчет аналогичен. Результаты расчетов представлены в таблице 2.


Таблица 2. Результаты расчета тестовой схемы детерминированным методом.


Значения частот отказов
, год-1


Минимальные
0,197


Средние
0,246


Максимальные
0,298



Расчет тестовой схемы интервальным методом.

Собственные частоты отказов элементов будут иметь вид:

год-1;

год-1

год-1

год-1

Вероятность нахождения схемы в нормальном и ремонтном режимах:





Частота повреждений секций:



Частота аварийной потери секции:



Частота аварийной потери двух автотрансформаторов:

, год-1

, год-1



, год-1

Вероятность аварийной простоя двух автотрансформаторов определяется по формуле:



Результаты расчетов интервальным и детерминированным методами представлены в таблице 3.


Таблица 3. Результаты расчета тестовой схемы (рис.1) различными методами.


Метод
, год-1


Детерминированный (минимальные значения)
0,197


Детерминированный

(средние значения)
0,246


Детерминированный (максимальные значения)
0,298


Интервальный





Заключение.

В данном докладе рассмотрена возможность применения интервального метода при оценке надежности распределительных устройств подстанций.

Рассмотрен алгоритм расчета надежности вероятностным методом с использованием интервальных оценок основных параметров элементов подстанции.

Приведенные в работе результаты расчетов тестовой схемы распределительного устройства позволяют сделать вывод, что использование интервального метода в условиях неопределенности исходных данных возможно. Результаты, полученные при расчете интервальным методом, совпали с результатами расчетов, проведенных детерминированным методом при задании минимальных и максимальных значений частот отказов оборудования.


Список использованной литературы

  1. Бат-Ундрал Б., Воропай Н. И. Расчет режимов радиальной электрической сети интервальным методом.// Электричество, 2008, №10.
  2. Дьяченко А.В. Принципы оценки надежности подстанции. Допущения, принимаемые при расчете // Матер. науч. семинара «Методические вопросы исследования и надежности больших систем энергетики», Вып.59. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2009.
  3. Типовые схемы принципиальные электрические распределительных устройств напряжением 6-750 кВ подстанций и указания по их применению. – М. 1993.
  4. Ковалев А.П., Муха В.П., Шевченко О.А., Якимишина В.В. Метод расчета надежности электроснабжения узлов нагрузки с учетом отказов в срабатывании защитных коммутационных аппаратов /ДонДТУ // Наук. пр. ДонДТУ.-Донецк:ДонДТУ,2002.-Вып.41.- С.107-113.
  5. Надежность систем энергетики и их оборудования. Справочник: В 4-х т./ Под общ. Ред. Ю.Н. Руденко. Т. 2. Надежность электроэнергетических систем. Справочник/ Под ред. М.Н. Розанова. - М.: Энергоатомиздат, 2000.
  6. Воропай Н. И. Надежность систем электроснабжения. Конспект лекций / Н. И. Воропай. – Иркутск: ИрГТУ, 2005.

1 ОАО «Сибирский ЭНТЦ» Иркутский филиал, Иркутск, Россия

adyachenko@land.ru