CC BY
154
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. И н ф о р м а ц и о н н о е и математическое обеспечение вычислительного эксперимента в исследовании цифровых измерительных органов дистанционных защит линий 6-10 (35) кВ / Ф. А. Романюк [и др.] // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2001. - № 2. - С. 3-11.
2. Н о в а ш, И. В. Об использовании неявных методов численного решения дифференциальных уравнений в расчетах электромагнитных переходных процессов / И. В. Новаш // Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 1994. - № 1-2. -С. 44-48.
3. Н о в а ш, И. В. Математическая модель трехфазного трехстержневого трансформатора на базе второй теории рассеяния / И. В. Новаш // Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений). - 1986. - № 5. - С. 36-41.
4. Н о в а ш, И. В. Математическое моделирование трансформатора с расщепленными обмотками для исследования электромагнитных процессов / И. В. Новаш // Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2000. - № 2. - С. 9-15.
5. Р о м а н ю к, Ф. А. Информационное обеспечение вычислительного эксперимента в релейной защите и автоматике энергосистем / Ф. А. Романюк, В. И. Новаш. - Минск: ВУЗ-ЮНИТИ, 1998. - 174 с.
6. Р а з р а б о т к а программного обеспечения аппаратно-диагностического комплекса для функциональных испытаний микропроцессорных токовых защит линий 6-35 кВ: отчет о НИР (заключ.) / БГПА. - Минск, 2002. - 130 с. - X. д. № 287/112д-06.
7. М а к а р о в, Е. Г. МаШСа± учеб. курс (+СБ) / Е. Г. Макаров. - СПб.: Питер, 2009. -384 с.
Представлена кафедрой электротехники и электроники Поступила 17.07.2012
УДК 621.316
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ СХЕМ ГОРОДСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ВТОРОЙ И ТРЕТЬЕЙ КАТЕГОРИЙ
Докт. техн. наук, проф. КОРОТКЕВИЧ М. А., канд. техн. наук. СТАРЖИНСКИЙ А. Л.
Белорусский национальный технический университет
Схемы городской электрической сети должны обеспечивать электроснабжение коммунально-бытовых потребителей с заданной Правилами устройства электроустановок степенью надежности. Основной схемой распределительной городской электрической сети для электроснабжения потребителей первой категории служит двухлучевая схема с двусторонним питанием с автоматическим вводом резерва (АВР) на напряжении 0,38 кВ
двухтрансформаторных подстанций при условии подключения взаимно резервируемых линий 6-20 кВ к разным независимым источникам питания.
Для обеспечения надежного электроснабжения потребителей второй категории схемы сети имеют резервные элементы, которые вводятся в работу (после повреждения основных элементов) оперативным персоналом. При этом может быть непосредственное резервирование линий напряжением 6-20 кВ, трансформаторов и линий 0,38 кВ, а также взаимное резервирование отдельных элементов сети (трансформаторов через сеть 0,38 кВ, резервирование линий 6-20 кВ и трансформаторов через сеть 0,38 кВ).
Городские электрические сети для питания потребителей третьей категории выполняются по радиальным нерезервируемым линиям напряжением 6-20 и 0,38 кВ, а также по петлевым резервируемым линиям напряжением 6-20 кВ с целью обеспечения двустороннего питания каждой трансформаторной подстанции и радиальным нерезервируемым линиям напряжением 0,38 кВ к потребителям.
Системы электроснабжения ответственных потребителей городской электрической сети имеют, как правило, иерархическую структуру, которая предполагает, что отключение любого элемента или группы элементов производится одним коммутационным аппаратом, и в схеме нет нормально включенных поперечных связей. Поэтому электроснабжение любого узла в любой момент времени возможно лишь от одного из нескольких источников питания по единственному пути. Выбор этого пути определяется действиями противоаварийной автоматики и оперативного персонала. Отказы системы электроснабжения какой-либо из секций или групп секций наступают при разрыве всех возможных путей: рабочих, резервных и аварийных. Дадим количественную оценку уровня надежности схемам электроснабжения потребителей второй и третьей категорий. В качестве такого критерия примем коэффициент неготовности схемы нести нагрузку из-за внезапных отказов ее элементов.
Программа разработанная в Санкт-Петербургском государ-
ственном техническом университете на кафедре «Электрические станции», полностью автоматизирует процесс анализа схемы и вычисление показателей структурной надежности иерархических систем электроснабжения. Программа предназначена для вычисления частоты и длительности перерывов электроснабжения одновременно произвольного количества входящих в систему электроснабжения потребителей, а также коэффициента неготовности данных потребителей в отношении такого события [1].
Реализованная в программе модель анализа структурной надежности системы электроснабжения позволяет вычислять частоты X и длительности Т погашений потребителей в нормальном режиме и в режимах аварийного простоя оборудования систем резервного и рабочего электроснабжения с учетом повреждений оборудования системы электроснабжения, возможности отказов в срабатывании устройств релейной защиты (РЗ) и коммутационной аппаратуры (КА) при отключении коротких замыканий, а также отказов в переключении на резервное электроснабжение из-за отказов в срабатывании АВР и коммутационных аппаратов вводов рабочего и резервного питания. Значения X и Т в общем виде определяются по выражениям [1]:
X = Х Чк);
к=1
Т =1XТ (к)Чк), (2)
х к
где Х(к) и Дк) - соответственно частоты и длительности смоделированных аварий к-го вида, приводящих к расчетному погашению:
Х(к) = д(к, ])Щ, т)Пб(к, 5); (3)
Т(к) = д(к,Жк,т)тп; Г(к,т);^)П№5). (4)
Здесь д(к, у) - относительная длительность ремонтного простоя у-го элемента, о. е.; Х(к, га) - частота повреждения т-го элемента схемы, 1/год; 1(к т) и ?(к, у) - длительности послеаварийного восстановления т-го и у-го элементов схемы, ч; ¿о.п - время оперативных переключений, ч; Q(k я) -вероятность отказа в срабатывании я-го устройства РЗ, КА или АВР.
Коэффициент неготовности потребителей К вычисляется по выражению [1]
К =—. (5)
н 8760
Подготовка исходных данных для расчета структурной надежности схемы сети сводится к нумерации элементов схемы в определенной последовательности. Затем составляется матрица связности [В]. Здесь для каждого коммутационного аппарата в порядке следования их номеров записываются номера примыкающих к ним узлов (источников питания, трансформаторов, секций шин, линий и отдельных потребителей).
С помощью программы выполним расчет надежности городской
распределительной электрической сети второй категории одного из жилых микрорайонов г. Минска (рис. 1), а именно определим надежность электроснабжения потребителей, питающихся от шин трансформаторной подстанции напряжением 0,38 кВ (в нормальном режиме секционный выключатель на распределительном пункте РП-10 кВ отключен, секционные разъединители напряжением 10 кВ и секционные рубильники напряжением 0,38 кВ на трансформаторных подстанциях отключены; в случае повреждения питающей линии на РП-10 кВ срабатывает АВР). Также произведем расчет надежности схемы потребителей третьей категории при различных местах разрыва питающей сети 10 кВ (рис. 2).
Данные о надежности отдельных элементов, подключенных к сети напряжением 0,38 кВ системы электроснабжения [2-4], представлены в табл. 1.
Результаты расчетов надежности схемы электроснабжения потребителей второй категории с вакуумными и маломасляными выключателями (рис. 1) представлены в табл. 2, а потребителей третьей категории с вакуумными выключателями на РП-10 кВ (рис. 2) - в табл. 3.
1СШ
2СШ
Рис. 1. Схема городской распределительной электрической сети для электроснабжения потребителей второй категории
Рис. 2. Схема городской распределительной электрической сети для электроснабжения потребителей третьей категории
Таблица 1
Показатели надежности элементов городской электрической сети
Элемент Номинальное напряжение Пн, кВ X/, 1/год tв, ч/отказ ^пл, 1/год tпл, ч/откл.
Масляные выключатели 6-10 0,01500 9,0 0,140 6,8
Вакуумные выключатели 10 0,00400 8,0 0,200 15,4
Силовые трансформаторы 6-10 0,01400 42,0 0,250 6,0
Кабельные линии на 1 км 6-10 0,00500 4,4 1,000 2,0
Сборные шины 6-10 0,09000 2,0 0,498 15,0
0,38 0,00200 0,9 0,498 15,0
Предохранители 6-10 0,02000 2,0 0,166 4,0
Автоматические выключатели 0,38 0,00130 1,3 0 0,0
Рубильники 0,38 0,00005 2,0 0,166 1,8
Таблица 2
Показатели надежности схемы электроснабжения потребителей второй категории на РП-10 кВ
Показатель надежности Частота отказов X, 1/год Длительность погашения потребителей Т, ч Коэффициент неготовности Кн, 10-3, о. е.
Секция шин I 0,38 кВ ТП-1 0,6276/0,6496 2,2960/2,388 0,1645/0,1771
Секция шин I 0,38 кВ ТП-2 0,6276/0,6496 2,5950/2,678 0,1859/0,1986
Секция шин I 0,38 кВ ТП-3 0,6256/0,6476 2,8333/2,908 0,2023/0,2149
Примечание. Числитель - вакуумные выключатели, знаменатель - маломасляные.
Таблица 3
Показатели надежности схемы электроснабжения потребителей третьей категории на РП-10 кВ
Показатель Отключен разъединитель номер
1 2 3 4 5 6
Шины 0,38 кВ ТП 1
X, 1/год 0,3185 0,4514 0,5834 0,7139 0,8459 0,9793
^ ч 3,3380 2,5610 2,1400 1,8770 1,6930 1,5580
Кн-10-3, о. е. 0,1213 0,1320 0,1425 0,1530 0,1635 0,1742
Шины 0,38 кВ ТП 2
X, 1/год 0,8406 0,4514 0,5834 0,7139 0,8459 0,9793
^ ч 2,5370 2,8910 2,3950 2,0850 1,8690 1,7100
Кн-10-3, о. е. 0,2434 0,1490 0,1595 0,1700 0,1805 0,1912
Шины 0,38 кВ ТП 3
X, 1/год 0,7087 0,7087 0,5834 0,7139 0,8459 0,9793
^ ч 2,6730 2,6740 2,6440 2,2890 2,0410 1,8580
Кн-10-3, о. е. 0,2163 0,2163 0,1761 0,1865 0,1971 0,2077
Шины 0,38 кВ ТП 4
X, 1/год 0,5782 0,5782 0,5781 0,7139 0,8459 0,9793
^ ч 2,8770 2,8770 2,8770 2,4850 2,2070 2,0010
Кн-10-3, о. е. 0,1899 0,1899 0,1899 0,2025 0,2131 0,2237
Шины 0,38 кВ ТП 5
X, 1/год 0,4442 0,4442 0,4442 0,4442 0,8439 0,9773
^ ч 3,2050 3,2050 3,2050 3,2060 2,3820 2,1520
Кн-10-3, о. е. 0,1625 0,1625 0,1625 0,1625 0,2294 0,2401
Шины 0,38 кВ ТП 6
X, 1/год 0,3108 0,3108 0,3108 0,3108 0,3107 0,9773
^ ч 3,7960 3,7960 3,7960 3,7960 3,7970 2,3060
Кн 10-3, о. е. 0,1347 0,1347 0,1347 0,1347 0,1347 0,2573
Как видно из табл. 2 (рис. 1), при установке маломасляных и вакуумных выключателей на РП наиболее удаленная трансформаторная подстанция имеет самый высокий коэффициент неготовности, который больше соответствующего коэффициента неготовности ближайшей трансформаторной подстанции в 1,21 и 1,23 раза соответственно. Применение вакуумных выключателей на РП вместо маломасляных приводит к несущественному снижению коэффициента неготовности (в 1,06-1,07 раза), что объясняется учетом надежности работы автоматического ввода резерва на распределительном пункте напряжением 10 кВ.
Из табл. 3 (рис. 2) видно, что надежность потребителей, питающихся от шин трансформаторной подстанции напряжением 0,38 кВ, значительно (в 1,2-1,9 раза) изменяется при изменении точки разрыва сети напряжением 10 кВ (точки 1-6). Наиболее целесообразная, с точки зрения структурной надежности точка разрыва сети для схемы рис. 2, - это точка под номером 3. Здесь при разрыве сети напряжением 10 кВ от каждой секции РП-10 кВ питается равное количество однотрансформаторных подстанций. В этом случае схема рис. 2 сопоставима по надежности со схемой рис. 1, обеспечивающей электроснабжение потребителей второй категории.
Комплексный подход к определению наилучшей точки разрыва сети напряжением 10 кВ состоит в учете минимума дисконтированных затрат, а также максимума надежности электроснабжения и минимума емкостных токов замыкания на землю, который предполагает использование метода многоцелевой оптимизации [4, 5].
В Ы В О Д Ы
Схемы городской электрической сети для электроснабжения потребителей второй и третьей категорий в определенных случаях имеют близкие по значению показатели надежности, так как оснащены автоматическими отключающими аппаратами только в центрах питания и работают в разомкнутом режиме.
Наименее надежно питание потребителей от более удаленных трансформаторных подстанций. Коэффициент неготовности схемы нести нагрузку (для петлевой линии сети от места ее нормального разрыва) увеличивается с удалением трансформаторной подстанции от источника питания.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Э л е м е н т ы САПР электрической части АЭС на персональных компьютерах / А. К. Черновец [и др.]. - СПб.: Санкт-Петербург. гос. техн. ун-т, 1992. - 89 с.
2. Э л е к т р о т е х н и ч е с к и й справочник: в 3 т. / редкол.: И. И. Орлов (гл. ред.) [и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - Т. 3, кн. 1: Производство и распределение электрической энергии. - 880 с.
3. Г у к, Ю. Б. Теория и расчет надежности систем электроснабжения / Ю. Б. Гук; под. ред. Р. Я. Федосенко. - М.: Энергия, 1970. - 117 с.
4. К о р о т к е в и ч, М. А. Соотношение показателей надежности питающей городской электрической сети напряжением 6-10 кВ и системы глубокого ввода // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики / М. А. Короткевич. -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005. - Вып. 55. - С. 52-59.
5. К о р о т к е в и ч, М. А. Эксплуатация электрических сетей / М. А. Короткевич. -Минск: Вышэйш. шк., 2005. - 364 с.
Представлена кафедрой электрических систем Поступила 29.06.2012
