Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ'

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
16
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
система электроснабжения / отказоустойчивость / силовой трансформатор / автоматический выключатель / магнитный пускатель / контактор / разъединитель. / power supply system / fault tolerance / power transformer / circuit breaker / magnetic starter / contactor / disconnector.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Петрова Рената Маратовна, Грачева Елена Ивановна, Шпиганович Александр Николаевич, Шпиганович Алла Александровна

В настоящее время требуются новые подходы к оценке отказоустойчивости системы электроснабжения промышленного объекта в целом, а также отдельных элементов электрооборудования. Представленные в работе результаты исследований базируются на оценке и анализе основных характеристик отказоустойчивости низковольтного электрооборудования системы электроснабжения промышленного объекта. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Определить параметры отказоустойчивости участка системы электроснабжения промышленного предприятия. АКТУАЛЬНОСТЬЮ данного исследования является совершенствование методов определения отказоустойчивости системы по уровням, относительно каждого присоединения и мостиковой схемой. МЕТОДЫ. Использованы вероятностные и статистические методы оценки параметров отказоустойчивости элементов электрооборудования и системы электроснабжения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлены статистические данные относительных величин числа отказов устройств защиты и автоматики электрооборудования различных уровней системы. Приведены причины отказов электрооборудования 0,4 кВ – электродвигателей и силовых трансформаторов 10/0,4 кВ. Определены параметры отказоустойчивости участка системы электроснабжения относительно I, II и III уровней схемы, а также участка схемы с секционным выключателем (мостиковая схема). ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Установлено, что полученные результаты расчетов значений вероятности появления отказа участка системы электроснабжения относительно I, II и III уровней схемы незначительны и не превышают 1%: для одной секции шин Q(t)сист = 1,61·10-3 . Вероятность отказа мостиковой схемы с учетом секционного выключателя, находящегося в замкнутом положении qсист = 3,98·10-3 , что показывает высокий уровень надежности установленного электрооборудования

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Петрова Рената Маратовна, Грачева Елена Ивановна, Шпиганович Александр Николаевич, Шпиганович Алла Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF FAULT TOLERANCE OF POWER SUPPLY SYSTEMS OF INDUSTRIAL ENTERPRISES

At present, new approaches are required to assess the fault tolerance of the power supply system of an industrial facility as a whole, as well as individual elements of electrical equipment. The research results presented in this paper are based on the assessment and analysis of the main characteristics of fault tolerance of low-voltage electrical equipment of the power supply system of an industrial facility. RESEARCH OBJECTIVE. To determine the parameters of fault tolerance of a section of the power supply system of an industrial facility. The ACTUALITY of this study is to improve the methods for determining the fault tolerance of a system by level, with respect to each connection and bridging scheme. METHODS. Probabilistic and statistical methods of estimation of fault tolerance parameters of electrical equipment elements and power supply system were used. RESULTS. Statistical data of relative values of the number of failures of protection and automation devices of electrical equipment of different levels of the system are presented. The reasons of failures of 0,4 kV electrical equipment electric motors and 10/0,4 kV power transformers are given. The parameters of fault tolerance of the power supply system section with respect to I, II and III levels of the scheme, as well as the section of the scheme with a sectional switch (bridge scheme) are determined. CONCLUSION. It is established that the obtained results of calculations of values of probability of occurrence of failure of a power supply system section with respect to I, II and III levels of the scheme are insignificant and do not exceed 1%: for one busbar section Q(t)syst = 1,61·10-3 . The probability of failure of the bridge scheme taking into account the sectional circuit breaker in the closed position ԛsystem = 3,98·10-3 , which shows a high level of reliability of the installed electrical equipment.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ»

© Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Петрова Р.М., Грачева Е.И. УДК 621.311

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Шпиганович А.Н.1, Шпиганович А.А.1, Петрова Р.М.2, Грачева Е.И.2

1Липецкий государственный технический университет, г. Липецк, Россия 2Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия

1998renata@mai. ru

Резюме: В настоящее время требуются новые подходы к оценке отказоустойчивости системы электроснабжения промышленного объекта в целом, а также отдельных элементов электрооборудования. Представленные в работе результаты исследований базируются на оценке и анализе основных характеристик отказоустойчивости низковольтного электрооборудования системы электроснабжения промышленного объекта. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Определить параметры отказоустойчивости участка системы электроснабжения промышленного предприятия. АКТУАЛЬНОСТЬЮ данного исследования является совершенствование методов определения отказоустойчивости системы по уровням, относительно каждого присоединения и мостиковой схемой. МЕТОДЫ. Использованы вероятностные и статистические методы оценки параметров отказоустойчивости элементов электрооборудования и системы электроснабжения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Представлены статистические данные относительных величин числа отказов устройств защиты и автоматики электрооборудования различных уровней системы. Приведены причины отказов электрооборудования 0,4 кВ - электродвигателей и силовых трансформаторов 10/0,4 кВ. Определены параметры отказоустойчивости участка системы электроснабжения относительно I, II и III уровней схемы, а также участка схемы с секционным выключателем (мостиковая схема). ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Установлено, что полученные результаты расчетов значений вероятности появления отказа участка системы электроснабжения относительно I, II и III уровней схемы незначительны и не превышают 1%: для одной секции шин Qft)^^ = 1,6110~3. Вероятность отказа мостиковой схемы с учетом секционного выключателя, находящегося в замкнутом положении q^m = 3,9810~3, что показывает высокий уровень надежности установленного электрооборудования.

Ключевые слова: система электроснабжения; отказоустойчивость; силовой трансформатор; автоматический выключатель; магнитный пускатель; контактор; разъединитель.

Для цитирования: Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Петрова Р.М., Грачева Е.И. Исследование отказоустойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2024. Т. 16. № 2 (62). С. 94-105.

STUDY OF FAULT TOLERANCE OF POWER SUPPLY SYSTEMS OF INDUSTRIAL

ENTERPRISES

Shpiganovich A.N.1, Shpiganovich A.A.1, Petrova R.M.2, Gracheva E.I.2

1Lipetsk State Technical University, Lipetsk, Russia 2Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia [email protected]

Abstract: At present, new approaches are required to assess the fault tolerance of the power supply system of an industrial facility as a whole, as well as individual elements of electrical equipment. The research results presented in this paper are based on the assessment and analysis of the main characteristics of fault tolerance of low-voltage electrical equipment of the power supply system of an industrial facility. RESEARCH OBJECTIVE. To determine the parameters of fault tolerance of a section of the power supply system of an industrial facility. The ACTUALITY of this study is to improve the methods for determining the fault tolerance of a system by level, with

respect to each connection and bridging scheme. METHODS. Probabilistic and statistical methods of estimation of fault tolerance parameters of electrical equipment elements and power supply system were used. RESULTS. Statistical data of relative values of the number offailures of protection and automation devices of electrical equipment of different levels of the system are presented. The reasons of failures of 0,4 kV electrical equipment - electric motors and 10/0,4 kV power transformers - are given. The parameters of fault tolerance of the power supply system section with respect to I, II and III levels of the scheme, as well as the section of the scheme with a sectional switch (bridge scheme) are determined. CONCLUSION. It is established that the obtained results of calculations of values ofprobability of occurrence offailure of a power supply system section with respect to I, II and III levels of the scheme are insignificant and do not exceed 1%: for one busbar section Q(t)syst = 1,6110'3. The probability of failure of the bridge scheme taking into account the sectional circuit breaker in the closed position q^em = 3,98 10-3, which shows a high level of reliability of the installed electrical equipment.

Keywords: power supply system; fault tolerance; power transformer; circuit breaker; magnetic starter; contactor; disconnector.

For citation: Shpiganovich A.N., Shpiganovich A.A., Petrova R.M., Gracheva E.I. Study of fault tolerance of power supply systems of industrial enterprises. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2024. T. 16. No. 2 (62). P. 94-105.

Введение (Introduction)

Как известно, одним из главных требований к системам электроснабжения промышленных объектов, является их высоконадежная и бесперебойная работа.

В связи с усложнением и цифровизацией технологических процессов и вводом новых видов промышленного оборудования, повышение безотказности систем электроснабжения является, в настоящее время, актуальной задачей. Ниже представлен анализ некоторых научных работ ученых, проводящих исследования в данной области.

В [1] Бык Ф.Л., Какоша Ю.В., Мышкина Л.С. разработали методику расчета прогнозных значений показателей бесперебойности электроснабжения, применяемую в распределительных сетях 0,4-10 кВ. Данная методика позволяет сопоставить эффективность внедрения технических мероприятий с учетом изменения структурной и функциональной надежности распределительной сети.

Грачевой Е.И. и Садыковым Р.Р. в [2] исследуются алгоритм и структура процесса проектирования систем электроснабжения, включающие факторы учета надежности как дополнительного условия и цели оптимизации.

Учеными Зацепиной В.И. и Астаниным С.С. в [3] проведен анализ систем релейной защиты и автоматики, на основе которого предложена методика, позволяющая на стадии проектирования провести оценку отказоустойчивости системы электроснабжения с учетом установленных устройств защиты, что упрощает процесс выбора таких устройств.

Также Зацепиной В.И. и Астаниным С.С. в [4] исследовано развитие систем электроснабжения и проанализированы методы определения прогнозируемой частоты отказов. По результатам анализа выделены общие аспекты и наиболее эффективные методики определения частоты отказов в системах электроснабжения.

Учеными Петровой Р.М., Грачевой Е.И. и др. в [6, 12] определены законы изменения вероятностных характеристик надежности низковольтного электрооборудования - силовых трансформаторов, автоматических выключателей, магнитных пускателей и контакторов на основании статистических данных эксплуатации. Проведена проверка на соответствие вероятностных характеристик электрооборудования нормальному закону распределения с использованием критериев Колмогорова и Пирсона.

Родзин С.И. в [7] исследовал и предложил алгоритм создания принципиально новых устройств на современной микроэлектронной базе с высокой степенью отказоустойчивости и обеспечением безопасности их эксплуатации.

Шпиганович А.Н., Астанин С.С., Рычков А.В. в [8] провели оценку частоты отказов электрооборудования сисем электроснабжения, а также частоты времени выполнения ремонтно-профилактического обслуживания. Предложенный метод позволяет оценивать безотказность системы электроснабжения и электропитания технологических машин промышленного предприятия.

В своих исследованиях А.Н. Шпиганович, Е.П. Зацепин [9] провели оценку отказоустойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с использованием вероятностных методов на основе теории случайных импульсных потоков.

A. Younesi, Z. Wang, H. T. Nguyen и P. Mandal в [10] исследовали повышение уровня отказоустойчивости современных распределительных систем.

Авторами C. Shao, M. Shahidehpour, X. Wang, X. Wang и B. Wang в [11] предложен алгоритм планирования комплексной системы транспорта электроэнергии для повышения уровня отказоустойчивости систем электроснабжения. Численные результаты показывают, что предлагаемое комплексное планирование является эффективным подходом к повышению отказоустойчивости электрической системы.

L. Yi и др. в [13] разработали модель отказоустойчивости системы распределения электроэнергии на основе методов теории вероятности.

В исследовании Р. Х. ElMaraashly и др. [14] представлен метод оценки отказоустойчивости, основанный на уменьшении количества кабелей и повышении общей надежности системы. Проведена оценка надежности элементов и системы.

X. Jiang, D. Wu, L. Li and Y. Li в [15] исследовали стратегию управления отказоустойчивостью в новой высоконадежной системе с электроприводами. Теоретические и экспериментальные результаты показывают высокую надежность и отказоустойчивость предлагаемой системы.

В настоящее время требуются новые подходы к оценке отказоустойчивости системы электроснабжения, а также отдельных элементов электрооборудования. Научная и практическая значимость предлагаемого исследования заключается в разработке методики оценки и анализа основных характеристик отказоустойчивости электрооборудования систем электроснабжения промышленных предприятий, отличающейся от известных методик для низковольтных схем учетом таких параметров, как секции шин, нагрузка и секционные выключатели. Актуальностью и научной новизной данного исследования является совершенствование методов определения отказоустойчивости системы электроснабжения промышленных предприятий по уровням, относительно каждого присоединения и мостиковой схемой.

Исследуем относительную величину отказов некоторых видов электрооборудования промышленных предприятий. На рисунке 1 приведены причины и относительная величина отказов устройств защиты электродвигателей, кабельных линий, силовых трансформаторов, секций шин 0,4 кВ.

Рис. 1. Причины и относительная величина Fig. 1. Causes and relative magnitude of failures of отказов устройств защиты электрооборудования electrical equipment protection devices *Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

96

Данные рисунка 1 получены на основе анализа статистических данных отказов электрооборудования предприятий топливно-энергетического комплекса, машиностроения и химической промышленности республики Татарстан.

На рисунках 2-5 приведено процентное соотношение отказов однофазных и трехфазных электрических двигателей; автоматических выключателей, магнитных пускателей и контакторов; разъединителей и силовых трансформаторов.

отказов Fig. 2. Causes and correlation of electric motor failures

Рис. 2. Причины и соотношение электродвигателей *Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Около 70-80% от общего числа отказов для электрических двигателей вызваны повреждениями обмотки статора. Отказы, вызванные повреждением подшипников двигателя, составляют 15-20%, остальные отказы - 4%.

Причинами отказов трехфазных электродвигателей являются: неправильная эксплуатация - 47%, некачественный ремонт - 20%, применение не по назначению - 15%, нарушение технологии производства - 10%, износ и старение - 3%, прочие - 5%.

Рис. 3. Причины и соотношение отказов Fig. 3. Causes and ratio of failures of circuit автоматических выключателей, магнитных breakers, magnetic starters and contactors пускателей и контакторов

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Для автоматических выключателей основными причинами отказов являются повреждения контактов - 63%, что включает обгорание и износ контактов (45%), повреждение механизма свободного расцепления и регулировки контактов (18%). Другие виды отказов вызваны ослаблением пружин - 19% и поломкой расцепителя - 13%, прочие отказы - 5%.

Большинство отказов магнитных пускателей связаны с повреждением контактов (57%) и катушки (33%). Повреждение теплового реле составляет 8% от общего количества и по невыявленным причинам - 4% отказов. Для контакторов - повреждение контактов (47%), дугогасительных элементов (25%) и подвижной системы (17%). Иные отказы - 11%.

Рис. 4. Причины и соотношение отказов Fig. 4. Causes and correlation of disconnector разъединителей failures

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Рисунок 4 показывает, что наибольшее число отказов происходит из-за пробоя дуговой изоляции - 45%. Остальные отказы связаны с подгоранием и привариванием силовых контактов - 20%, выходом привода из строя - 16% и поломкой тяг - 13%. Неустановленные отказы - 6%.

Рис. 5. Причины и соотношение отказов силовых Fig. 5. Causes and ratio of power transformer трансформаторов failures

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Для силовых трансформаторов (рис. 5) основными причинами отказов являются повреждения продольной и витковой изоляции - 47%, неправильная эксплуатация - 19%, старения изоляции - 15%, некачественный ремонт - 9%, заводские дефекты - 7% и другие случаи - 3%.

Проведем оценку вероятности времени отказа для участка схемы цеховой сети промышленного предприятия. Схема состоит из высоконадежных элементов электрооборудования, для которых время безотказной работы превышает время восстановления и отказ более двух независимых элементов - событие маловероятное (рис. 6). Разделим схему электроснабжения на I, II и III уровни.

Рис. 6. Схема участка цеховой сети

Fig. 6. Scheme of the in-plant power supply system

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

Оборудование уровня (I) - автоматические выключатели ЛВ7-15, магнитные пускатели ПМ1-4, контакторы К1-5, кабельные линии Л3-11, асинхронные двигатели Д.

Оборудование уровня (II) - автоматические выключатели АВ4-6, рубильник Р, кабельные линии Л1 и Л2.

Оборудование уровня (III): автоматические выключатели АВЬ АВ2 за трансформаторами, секционный автоматический выключатель АВ3, секции шин 0,4 кВ, силовые трансформаторы Т и Т2.

Материалы и методы (Materials and methods)

Исходные данные участка сети (рис. 6):

- длина линий: Л^10 м, Л2=10 м, Л3=5 м, Л4=5 м, Л5=5 м, Л6=5 м, Л7=5 м, Л8=5 м, Л9=5 м, Л10=5 м, Лц=5 м;

- трансформаторы: Т - ТМ-1600/10/0,4; Т2 - ТМ-1600/10/0,4;

- автоматические выключатели: АВ1, АВ2, АВ3 - секционный, АВ4, АВ5, АВ6, АВ7, АВ8, АВ9, АВ10, АВ11, АВ12, АВ13, АВ14, АВ15;

- рубильник: Р;

- шкаф распределительный силовой: ШРс;

- пункт распределительный силовой: ПРс;

- магнитные пускатели: ПМ1, ПМ2, ПМ3, ПМ4;

- контакторы: К1, К2, К3, К4, К5;

- нагрузка: Д1=5 кВт, Д2=4 кВт, Д3=2 кВт, Д,=1 кВт, Д5=6 кВт, Дс=3 кВт, Д7=3 кВт, Дй=2 кВт, Д9=2 кВт.

Как известно, допустимый уровень вероятности времени безотказной работы для низковольтных электрических аппаратов согласно ГОСТ 12434-83 (п. 2.5.4) составляет Рдоп = 0,85, следовательно, допустимая вероятность отказа электрического аппарата не должна превышать = 0,15.

Для оценки безотказности систем электроснабжения следует учитывать параметры элементов электрооборудования и систем автоматики и релейной защиты (табл. 1).

Таблица 1 Table 1

Частота отказов отдельных элементов схемы электроснабжения промышленных предприятий _Frequency offailures of individual elements of the power supply scheme of industrial enterprises_

Уровень системы Электрооборудование, аппараты Частота отказов х10"3, f(t), откл/год Вероятность отказов х10"3, Q(t) Интенсивность отказов, X(t), откл/год

Первый Короткозамкнутый асинхронный двигатель Д 1500 0,35 1,50

Магнитный пускатель ПМЬ ПМ2, ПМ3, ПМ4 1800 0,11 1,80

Контактор КЬ К2, К3, К4, К5 700 0,03 0,70

Кабельная линия Л3 - Лп 200 0,03 0,20

Авто матический выключатель АВ7 - ав15 2100 0,23 2,10

Второй Рубильник Р 2400 0,10 2,40

Кабельная линия Ль Л2 200 0,03 0,20

Автоматический выключатель ав4 ав5, ав6 2100 0,23 2,10

Третий Секция шин 0,4 кВ 2800 0,14 2,80

Секционный выключатель АВ3 2600 0,09 2,60

Авто матический выключатель АВЬ АВ2 2100 0,23 2,10

Силовой трансформатор Т1, Т2 10/0,4 кВ 2900 0,07 2,90

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author. Определим интенсивность отказов элементов схемы

ад = >- f >

где f(t) - частота отказов, откл/год; P(t) - вероятность безотказной работы; Q(t) - вероятность отказа.

Для асинхронного двигателя Д:

P(t )~1 - Q(t) (1)

Ж) = ™ = f!L = 1500 -10' = 1,5

W P(t) 1 - Q(t) i - о,35 -10-3

По данным таблицы 1 рассчитаем вероятность отказов:

1. для 1, 2 и 3 уровней схемы (рис. 6);

2. для мостиковой схемы. Результаты (Results)

Вероятность отказа участка схемы Q^^ определяется суммой вероятностей отказов каждого элемента [5]:

Ш)сист = 41 + 42 + 43 + ••• + 4п (2)

где Q(t)сист - вероятность отказа системы;

ЯЪ Я2> Я3' Яп - вероятности отказов элементов, входящих в систему. Для I уровня схемы на примере первой ветви:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

01 (0 = Яд + Яш! + Я^з + Я^7 = (0,35 + 0,11 + 0,03 + 0,23) -10_ 3 = 0,72-10_3

Тогда для I уровня схемы на примере присоединений ШРс:

Qi шрс (t)=

q д + q

ПМ1

+ q + q

ЛАВ7

+

q д + q

ПМ 2

+ q Л 4 + q АВ8

+

+

q Д + q К1 + q Л 5 + q

АВ9

+

q Д + q К 2 + q Л6 + q АВ10

= 2 •

q 77 + q

Д + q ПМ + q Л + q АВ

+ 2 •

q д + q я- + q /г + q

КЛ

АВ

= 2 • (0,35 + 0,11 + 0,03 + 0,23) • 10 3 + 2 • (0,35 + 0,03 + 0,03 + 0,23) • 10 3 = = 2 • (0,72 + 0,64) • 10"3 = 2 • 1,36 • 10"3 = 2,72 • 10"3

Для II уровня схемы на примере присоединения ШРс:

Qll (t) = Яр + qm + Я^4 = (0,10 + 0,03 + 0,23) •Ю"3 = 0,36 •Ю"3

Для III уровня схемы:

QIII(t) = Я сш 0,4кВ + Я АВ3 + Я АВ1 + ЯТ1 =

(0,14 + 0,09 + 0,23 + 0,07) • 10 3 = 0,53 -10 3

Для схемы на примере первой ветви:

Q(t)„ 1 = Qi (t)+Qii (t)+Qui (t) = (0,72 + 0,36 + 0,53)-10 3 = 1,61 -10 3

cucm.1

Для схемы на примере присоединений ШРс:

-3

Q(t)систшрс = Qiшрс (t) + Qii (t) + QIII (t) = (2,72 + 0,36 + 0,53) • 10 3 = 3,61 • 10

3

Мостиковая схема

В электрической схеме с двумя источниками питания (рис. 6) логическая схема надежности не может быть сведена к последовательно-параллельным соединениям из-за наличия секционного выключателя АВ3 (в нормальном режиме работы находится в разомкнутом состоянии).

Логическая схема надежности с учетом замкнутого секционного выключателя АВ3 относительно первого потребителя Д для рисунка 6, представлена на рисунке 7.

Рис. 7. Логическая схема надежности с учетом Fig. 7. Reliability logic diagram taking into account замкнутого секционного выключателя АВ3 closed sectional circuit breaker AB3

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

После преобразований последовательных цепей получаем схему рисунка 8, которая включает в себя «мостик» - элемент 3 - секционный выключатель АВ3. Всего ветвей в этой схеме три, а узел - один (на рис. обозначен «а»).

Введем понятие эквивалентного элемента Ээкв, отн. ед., как сумму последовательных элементов схемы.

Рис. 8. Схема надежности «мостик» Fig. 8. «Bridge» reliability scheme

*Источник: Составлено авторами Source: compiled by the author.

где Ээкв1 - эквивалентный элемент, включающий с 1 по 22 элементы схемы; Ээкв2 - эквивалентный элемент, включающий 23 и 24 оборудование схемы; Ээкв3 - эквивалентный элемент, заменяющий 25-48 элементы схемы.

Q3 экв1 = qT1 + q АВ1 + q Л1 + q АВ 4 + q Р + q ШРс +

+ q Л 3 + q АВ7 + q ПМ1 + q Д + q Л 4 + q АВ8 + q ПМ 2 + q Д +

+ q Л 5 + q АВ9 + q К1 + q Д + q Л 6 + q АВ10 + q К2 + q Д + q АВ3 =

= qT + 6 •q АВ + 5 •q Л + q Р + q ШРс + 2 •q ПМ + 2 •q К + 4 •q Д + q АВ3 = = (0,07 + 6 • 0,23 + 5 • 0,03 + 0,10 + 0,14 + 2 • 0,11 + 2 • 0,03 +

+ 4 • 0,35 + 0,09) • 10 "3 = 3,61 • 10 "3 0Ээкв2 = qT2 + q АВ2 = (0,07 + 0,23) .10-3 = 0,3 • 10 -3

03эквэ = 3,99 "3

Определение показателей надежности для такой схемы (рис. 8) возможно при использовании метода перебора возможных состояний схемы. Если сложная схема состоит из m ветвей и n узлов, то она может иметь 2m состояний, если не учитывать

3 m ^

m состояний, если учитывать

преднамеренные отключения элементов.

Все возможные состояния (без учета преднамеренных отключений) можно получить разложением выражения

i=m

П(Pi + qi) (3)

Получаем

(Рэкв\ + ЧэквХУ^ Рэкв2 + Чэкв2)(РэквЪ + ЧэквЪ)

Вероятность отказа системы наиболее значимо характеризуется состояниями с отказами двух элементов одновременно: «экв1» и «экв2». В этом случае вероятность отказа системы относительно узла «а» равна

Чсист = рэкв\' рэкв2 ' ЧэквЗ + Чэкв1' Чэкв2 ' рэкв3 = = (1 - 3,61 '10 _3)' (1 - 0,3 '10 _3)' 3,99' 10 _3 +

+ 3,61 '10-3 ' 0,3 '10-3 ' (1 -3,99 '10-3) = 3,98 -10-3

Заключение (Conclusions)

Исследованы основные причины и относительная величина отказов устройств защиты и электрооборудования систем внутризаводского электроснабжения -

электродвигателей, автоматических выключателей, магнитных пускателей, контакторов, разъединителей, трансформаторов.

Определены вероятности отказа участка системы электроснабжения I, II и III уровней относительно первого присоединения схемы ШРс: QI(t)=0,72 10"3, Qn(t)=0,36 10-3 и QnI(t)=0,53 • 10-3, для трех уровней схемы относительно первого присоединения QW^CT.^l^i 10-3, а для всех присоединений схемы ШРс: Q(t)сист.ШРс=3,61•10-3. Полученные результаты расчетов показывают высокий уровень надежности установленного в схеме электрооборудования.

Вероятность отказа мостиковой схемы с учетом секционного выключателя АВ3, находящегося в замкнутом положении q^CT = 3,9810-3. Данный метод рекомендуется применять для уточненного расчета аварийного режима работы с учетом секционных выключателей, находящихся в разомкнутом положении в нормальном режиме работы.

Литература

1. Бык Ф.Л., Какоша Ю.В., Мышкина Л.С. ФАКТОР НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2020. №6.

2. Грачева Е.И. Оптимизация проектирования систем электроснабжения с учетом возможных ситуаций и вероятностных параметров надежности / Е.И. Грачева, Р.Р. Садыков // Вести высших учебных заведений Черноземья. Электроэнергетика. 2017. № 2(48). С. 22-26.

3. Зацепина В.И., Астанин С.С. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ // Вестник ТГТУ. 2020. №4.

4. Зацепина В.И., Астанин С.С. ВОЗМОЖНОСТИ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ЕЁ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. №12.

5. Конюхова Е.А., Киреева Э.А. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. Библиотечка электротехника. Выпуск 12(36). М.: НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик", 2001. 93 с.

6. Петрова Р.М, Абдуллазянов Э.Ю., Грачева Е.И., Valtchev S., Yousef Ibragim. Исследование вероятностных характеристик надежности электрооборудования внутрицеховых систем электроснабжения // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. No1 (57). С. 93-105.

7. Родзин С. И. Повышение отказоустойчивости распределенных систем в электроэнергетике // Известия ЮФУ. Технические науки. 2005. №11.

8. Шпиганович А.Н., Астанин С.С., Рычков А.В. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. №12.

9. Шпиганович А.Н., Зацепин Е.П. Оценка отказоустойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. №12.

10. A. Younesi, Z. Wang, H. T. Nguyen and P. Mandal, "A Pathway to Enhance the Modern Distribution Systems Resilience: Flexible Behavior Investigations on Electric Vehicles," 2022 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM), Denver, CO, USA, 2022, pp. 01-05, doi: 10.1109/PESGM48719.2022.9917036.

11. C. Shao, M. Shahidehpour, X. Wang, X. Wang and B. Wang, "Integrated Planning of Electricity and Natural Gas Transportation Systems for Enhancing the Power Grid Resilience," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 32, no. 6, pp. 4418-4429, Nov. 2017, doi: 10.1109/TPWRS.2017.2672728.

12. E. Gracheva, R. M. Petrova, S. Valtchev and T. Sinyukova, "Study of Probability Characteristics of the Reliability of Electrical Equipment in Internal Power Supply Systems," 2023 5th Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM), Nevsehir, Turkiye, 2023, pp. 460-465, doi: 10.1109/GPEC0M58364.2023.10175821.

13. L. Yi et al., "Distributionally Robust Resilience Enhancement Model for the Power Distribution System Considering the Uncertainty of Natural Disasters," 2023 IEEE International Conference on Power Science and Technology (ICPST), Kunming, China, 2023, pp. 289-293, doi: 10.1109/ICPST56889.2023.10165500.

14. Р. Х. ElMaraashly et al., "On the Reliability and Flexibility of FPGAs for Fault Tolerance in Sectored Network Control Systems", 8-я средиземноморская конференция по Embedded Computing (MECO), Budva, Montenegro, 2019, pp. 1-4, doi: 10.1109/MEC0.2019.8760287.

15. X. Jiang, D. Wu, L. Li and Y. Li, "Analysis of Highly Reliable Electric Drive System Based on Dual-Winding Fault-Tolerant Permanent Magnet Motor," 2021 IEEE International Magnetic Conference (INTERMAG), LYON, France, 2021, pp. 1-5, doi: 10.1109/INTERMAG42984.2021.9579800.

Авторы публикации

Петрова Рената Маратовна - аспирант, Казанского государственного энергетического университета. ORCID*: https://orcid.org/0009-0004-2508-8771. [email protected]

Грачева Елена Ивановна - д-р. техн. наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Казанского государственного энергетического университета. ORCID*: https://orcid.org/0000-0002-5379-847X. [email protected]

Шпиганович Александр Николаевич - зав. кафедрой, д-р. техн. наук, профессор кафедры «Электрооборудование» Липецкого государственного технического университета. ORCID*: https://orcid.org/0000-0002-1124-7901. [email protected]

Шпиганович Алла Александровна - д-р. техн. наук, профессор кафедры «Электрооборудование», профессор кафедры «Экономика» Липецкого государственного технического университета. ORCID*: https://orcid.org/0009-0009-5528-6652. [email protected]

References

1. Byk, F.L.; Kakosha, Yu.V.; Myshkina, L.S. FACTOR OF RELIABILITY IN PROJECTING A DISTRIBUTION NETWORK // Izvestiya vuzov. Problems of power engineering. 2020. №6.

2. Gracheva, E.I. Optimization of the power supply systems design taking into account possible situations and probabilistic reliability parameters / E.I. Gracheva, R.R. Sadykov // Vesti of higher educational institutions of Black Earth Region. Electric Power Engineering. 2017. № 2(48). С. 22-26.

3. Zatsepina, V.I.; Astanin, S.S. Reliability analysis of the electrical power supply system taking into account the fail-safety of the relay protection // Vestnik of TSTU. 2020. №4.

4. Zatsepina, V.I.; Astanin, S.S. POSSIBILITIES OF MONITORING THE SYSTEM STATUS WITH regard to its FailURE-SUSTAINABILITY // Izvestia TulSU. Technical Sciences. 2021. №12.

5. Konyukhova, E.A.; Kireeva, E.A. Reliability of an electrical supply of the industrial enterprises. Biblioteka elektrotekhnika. Issue 12(36). Moscow: NTF "Energoprogress", "Energetik", 2001. 93 с.

6. Petrova RM, Abdullazyanov EYu, Grachieva EI, Valtchev S, Yousef Ibragim. Study of probability characteristics of reliability of electrical equipment in internal power supply systems. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):93-105.

7. Rodzin S. I. Fault tolerance improvement of the distributed systems in the electric power industry // Izvestiya YuFU. Technical Sciences. 2005. №11.

8. Shpiganovich, A.N.; Astanin, S.S.; Rychkov, A.V. Fail-safety assurance of the electrical power supply systems by means of reservation // Izvestiya TulSU. Technical Sciences. 2021. № 12.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Shpiganovich, A.N.; Zatsepin, E.P. Fail-safety estimation of the power supply systems of the industrial enterprises (in Russian) // Izvestia TulSU. Technical sciences. 2018. №12.

10. A. Younesi, Z. Wang, H. T. Nguyen and P. Mandal, "A Pathway to Enhance the Modern Distribution Systems Resilience: Flexible Behavior Investigations on Electric Vehicles," 2022 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM), Denver, CO, USA, 2022, pp. 01-05, doi: 10.1109/PESGM48719.2022.9917036.

11. C. Shao, M. Shahidehpour, X. Wang, X. Wang and B. Wang, "Integrated Planning of Electricity and Natural Gas Transportation Systems for Enhancing the Power Grid Resilience," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 32, no. 6, pp. 4418-4429, Nov. 2017, doi: 10.1109/TPWRS.2017.2672728.

12. E. Gracheva, R. M. Petrova, S. Valtchev and T. Sinyukova, "Study of Probability Characteristics of the Reliability of Electrical Equipment in Internal Power Supply Systems," 2023 5th Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM), Nevsehir, Turkiye, 2023, pp. 460-465, doi: 10.1109/GPECOM58364.2023.10175821.

13. L. Yi et al., "Distributionally Robust Resilience Enhancement Model for the Power Distribution System Considering the Uncertainty of Natural Disasters," 2023 IEEE International Conference on Power Science and Technology (ICPST), Kunming, China, 2023, pp. 289-293, doi: 10.1109/ICPST56889.2023.10165500.

14. Р. Х. ElMaraashly et al., "On the Reliability and Flexibility of FPGAs for Fault Tolerance in Sectored Network Control Systems", 8-я средиземноморская конференция по Embedded Computing (MECO), Budva, Montenegro, 2019, pp. 1-4, doi: 10.1109/MEm.2019.8760287.

15. X. Jiang, D. Wu, L. Li and Y. Li, "Analysis of Highly Reliable Electric Drive System Based on Dual-Winding Fault-Tolerant Permanent Magnet Motor," 2021 IEEE International Magnetic Conference (INTERMAG), LYON, France, 2021, pp. 1-5, doi: 10.1109/INTERMAG42984.2021.9579800.

Вестник КГЭУ, 2024, том 16, № 2 (62) Authors of the publication

Renata M. Petrova - Kazan State Power Engineering University. ORCID*: https://orcid.org/0009-0004-2508-8771. [email protected]

Elena I. Gracheva - Kazan State Power Engineering University. ORCID*: https://orcid.org/0000-0002-5379-847X. [email protected]

Alexander N. Shpiganovich - Lipetsk State Technical University. ORCID*: https://orcid.org/0000-0002-1124-7901. [email protected]

Alla A. Shpiganovich - Lipetsk State Technical University. ORCID*: https://orcid.org/0009-0009-5528-6652. [email protected]

Шифр научной специальности: 2.4.2. Электротехнические комплексы и системы

Получено 13.03.2024 г.

Отредактировано 29.03.2024 г.

Принято 18.04.2024 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.