CC BY
30
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА,
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.316
МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛОВОЙ НАДЕЖНОСТИ С УЧЕТОМ СТРУКТУРЫ СХЕМЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В. А. Яшков, A.A. Конарбаева, А. И. Исмагулова
Институт нефти и газа, Казахстан, г. Атырау, maral2004@mail. ru
Надежность систем электроснабжения (СЭС) зависит от многих детермированных и стохастических параметров и прежде всего от структуры, а также безотказности и восстанавливаемости основного оборудования. Исходной информацией на стадии оценки принятия решения об оптимальном варианте СЭС является схема и данные о
.
Расчеты схемной надежности СЭС имеют свои специфические особенности в том плане, что поток отказов может быть принят простейшим, а время восстановления - подчиняющимся экспоненциальному распределению, как показано в [3, 4].
Для двух параллельно соединенных независимых элементов (рис.1) наиболее распространенных в электроснабжении объектов нефтегазовой отрасли при нагруженном (избыточном) резерве параметр потока отказов
(1)
СО = (щсфт +тв2)
среднее время восстановления
тв =
Так при о)] = оо2 = 1,5 1/год и xBi = тВ2 = 10 ч. По формулам (1) и (2) получаем
оо = 0,0051 Угод, тв = 5 ч.
Рис. 1. Схемы двухцепной воздушной линии (ВЛ): а) принципиальная: б) структурная.
Граф состояний и переходов для схемы рис. 1 представлен на рис. 2.
+
X
Рис. 2. Граф состояний и переходов для СЭС состоящей из двух параллельно соединенных восстанавливаемых элементов (ВЛ)
X - работоспособное состояние; X - неработоспособное состояние; -Х0 - оба элемента (ВЛ1, ВЛ2) исправны; Хх - восстанавливается ВЛ1,
ВЛ2 в работе; Х2 - восстанавливается ВЛ2, ВЛ1 в работе; -Х3 - оба
элемента (ВЛ1, ВЛ2) неисправны (отказ системы).
События в СЭС носят случайный характер и в рамках марковского процесса рассматриваемый процесс характеризуется матрицей переходных стационарных вероятностей [1].
0_1_2_3
Ú)1 + Cl>2 CL>2 + 0)1
H-2+ú>l ">1 + И-2
/Л2 ¡M±
Среднее время пребывания в состояниях 1^4: 1111
т,- = -;-;-;--(3)
_®1+®2 А+®2 /"2+®1 /"2+А.
В соответствии с марковским процессом основные показатели надежности узла У2:
Среднее время восстановления
тч
^ = „ „ (4)
Л1 + Л2
Средняя наработка на отказ •г
'л --
-Tj+TJ
Р23 +Р\Ъ
Среднее количество переходов в неработоспособное состояние
~_Рп + Р23
(5)
(6)
При решении задач, связанных с надежностью СЭС, возникает необходимость в получении оперативной информации (экспресс-оценки) для использования в различных инженерных расчетах проектной и эксплуатационной практики.
В настоящее время разработано и применяется множество методов оценки надежности СЭС, но использование большинства методов
затруднено, так как расчеты оценки надежности СЭС требуют привле-
-
ма вычислений.
-
стого и легко реализуемого метода, являющегося эффективный и достаточный в том смысле, что не потребует учета множества факторов.
Как показали исследования и опыт эксплуатации СЭС, узлы присоединений в схемах СЭС (сборные шины, места подключений ответвлений к магистральной линии, трехобмоточные трансформаторы)
.
Это объясняется тем, что отказы узлов (в особенности, главных шин подстанций) могут вызвать отключение ряда ВЛ, что является причиной значительных ущербов.
Представляет интерес упрощенный расчет узловой надежности
-
мы тэ с учетом надежности и состояния присоединений, структуры схемы и времени восстановления [2].
При этом все определяет структура конкретной схемы, параметр потока отказов со, время восстановления 1в и технического использования элементов схемы Ти. В качестве основного фактора, определяющего величину узлового ущерба, принята узловая длительность перерыва тэ, что обосновывается следующим:
1. Величина ущерба существенно зависит от глубины и длитель-
-
рой СЭС;
2. Размеры ущерба для конкретных потребителей различны;
3. Имеется неопределенность в трактовке понятия ущерба;
4. В настоящее время нет данных для установления законов распределения вероятностей будущих значений ущербов;
5. Длительность перерыва характеризует функционирование электрической и технологической подсистем, когда использу-
.
В качестве исходных данных для расчета тэ в методике приняты следующие показатели:
1. Длительность нахождения элемента в состоянии технического использования в течении года, Ти
Ти=Ч+к + Н + и (7)
где /2. /4 - время безотказного состояния элемента, время нахождения элемента в резерве, на профилактического обслу-
.
Параметры потока отказов, которые должны быть скорректированы с учетом времени г1
(О =
прг
щ
т
(8)
где о>, — параметр потока отказов, определенный по статистическим данным; ю^,! - приведенный параметр потока отказов на единицу элемента данного вида в год.
3. Время восстановления (определяется структурой схемы).
Структурное резервирование при определенных условиях являет.
-
деления тэ
1. Элемент не резервирован. Тогда
тэ =Г3
Элемент резервирован. При этом возможны следующие .
Состояние 1. (структурное резервирование). Время восстановления при АВР (параллельная работа основного и аварийного элемента) составляет
2.
1в\
■Л + Ъ с,
при ручных переключениях
г
В1
: 3 0 мин.
Среднегодовая длительность перерыва
Т -t -t -t
1 и 1Ър 14 р 12р
а>пР*в1
(9)
где Ьр. Ц,, Ьр - то же, что и Ь. ^12 (7), но относятся к резервному элементу.
Состояние 2. Резервный элемент находится на профилактическом обслуживании, которое при отказе основного элемента прерывается и резервный элемент вводится в работу. Время восстановления
~ от 10 мин до 2-3 часов среднегодовая длительность перерыва
г
т 9 =о
э 2 пр
3 р
т..
г
В 2
Состояние 3. Резервный элемент отключен. Время восстановления 1вз близко по величине к ^ (при ручном переключен™)
1вз ~ 1в1 ~ 3-10 мин.
Состояние 4. Резервный элемент находится в аварийном ремонте. Это событие крайне редкое при эксплуатации СЭС и его можно не учитывать.
Тогда суммарная длительность перерыва в электроснабжении
Тэ =^1+^2+^3- (Ю)
Принимая 1в1 = 1в2, что имеет место на практике, будем иметь
и..
(11)
При 1в1 ~ 0 (параллельная работа основного и резервного элемента) И 1В1 =
и..
(12)
_ 3 р i
Тэ Wnp J, В2
(13)
и
Если Ти»13р И 1В2~ 1ЕЬ то
/-1
Продолжительность перерыва в электроснабжении для схемы, имеющей М элементов
м
т = > г„
i=1
(14)
Список литературы
1. Конарбаева A.A. и др. Оптимизация качества электроснабжения - Алматы: Гылым, 2004
2. Турганов Д.Н. Оценка узловой надежности системы электроснабжения нефтегазовых комплексов // Нефть и газ, 2000, №2
3. Эндрени Дж. Моделирование при расчетах надежности в электроэнергетических системах /Пер. с англ./ Под ред. Ю.И. Руденко М.: Энергоатомиздат, 1983
4. Яшков В.А. Надежность систем электроснабжения: основы теории и оптимизация - Алматы: НИЦ Гылым, 2003
