МИНИСТЕРСТВООБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЛИПЕЦКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электрооборудования
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу: «Надежностьэлектроснабжения»
на тему: «Расчет надежности электроснабженияподстанции «Южная»»
Выполнил студент
гр. ЭО – 95 Васин А.В.
___________________
«__» _________ 1999
Принял доцент, к.т.н.,
Челядин В. Л.
___________________
___________________
«__» _________ 1999
Липецк 1999
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЗАДАНИЕ… 3
ВВЕДЕНИЕ… 5
1 РАСЧЕТПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ… 6
1.1. Модельотказов и восстановления силового
трансформатора… 6
1.2 Модельотказов автоматического выключателя… 10
1.3. Модельотказов воздушной линииэлектропередач… 13
1.4. Модель отказов и восстановления дляразъединителей… 17
1.5.. Модель отказов и восстановления дляотделителей и
короткозамыкателей… 18
1.6. Модель отказов и восстановления для шин… 19
2. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СХЕМЫЭЛЕКТРОСНАЖЕНИЯ… 21
2.1. Расчет последовательныхсоединений… 21
2.2. Учет резервирования… 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ… 30
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ… 31
ЗАДАНИЕ
1. На основании статистическихданных определить показатели надежности отдельных элементов схемы электроснабженияподстанции «Южная».
2. Составить структурно-логическуюсхему, основанную на анализе функционирования системы, учете резервирования,восстановлений, контроля исправности элементов.
3. Выбрать метод расчета надежностис учетом принятых моделей и описаний процессов функционирования и восстановления.
4. Получить в общем видематематическую модель, связывающую показатели надежности с характеристикамиэлементов.
5. Выполнить расчет и анализполученных результатов.
Исходныеданные приведены на рис.1 и в табл. 1.
Таблица 1
Оборудование подстанцииучитываемое при расчете надежности
ЛЭП1
АС185
ЛЭП2
АС185
QS1
РНД31-110У/1000
QS2
РНД31-110У/1000
QR1
ОД110т/630
QR2
ОД110т/630
QK1
КЗ-110т
QK2
КЗ-110т
Т1
ТДТН- 40000/110
Т2
ТДТН- 40000/110
QF1
ВМП 10э
QF2
ВМП 10э
QF4
ВМП 10э
QF5
ВМП 10э
QF3
ВМП 10к
QF3
ВМП 10к
Шины 10 кВ
Шины 6 кВ
ВВЕДЕНИЕ
Проблема обоснованияцелесообразного уровня надежности систем электроснабжения на современном этаперазвития имеет большое значение. Аварийные и внезапные перерывыэлектроснабжения потребителей вызывают большой народнохозяйственный ущерб,обусловленный поломкой оборудования, порчей сырья и материалов, затратами наремонты, недовыпуском продукции, простоями технологического оборудования и рабочейсилы, а также издержками связанными с другими факторами.
Сегодняметоды анализа надежности используются уже во многих отраслях техники. Однакопроблема надежности в ее количественной постановке при проектировании иэксплуатации систем электроснабжения необыкновенно сложна. Так для рассмотрениявопросов надежности, при эксплуатации систем электроснабжения необходимо учестькак современные достижения современной теории надежности, так и спецификуфункционирования систем силового типа, подверженных в значительной степени влияниюнеблагоприятных воздействий внешней среды и непосредственно связанных сэлектрической системой.
Целью данной работы являетсяпопытка рассмотрения надежности функционирования оборудования подстанции, исвязанная с этим надежность бесперебойного обеспечения потребителейэлектроэнергией.
1. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИЭЛЕМЕНТОВ1.1. Модельотказов и восстановления силового трансформатора
Рассмотрим трансформатор какэлемент,условно состоящий из двух последовательно соединенных элементов, в одном из которых могут появляться внезапные отказы, а в другом — постепенные. Внезапные отказы появляютсявследствие резкого, внезапного изменения основных параметров под воздействиемодного или нескольких случайных факторов внешней среды либо вследствие ошибокобслуживающего персонала. При постепенных отказах наблюдается плавное,постепенное изменение параметра элементов в результате износа отдельных частейили всего элемента в целом.
Вероятность безотказной работы представим произведением вероятностей
Ртр(t)=Рв(t)*Ри(t), (1.1)
где Рв(t) иРи(t) — соответственно вероятности безотказной работы условныхэлементов, соответствующих внезапному ипостепенному отказу в следствии износа.
В теории надежности в качестве основного распределения времени безотказнойработы при внезапных отказах принимается показательное распределение:
(1.2)
Постепенные отказы трансформатора происходит в основном по причине износа изоляции. Износ можно описатьзаконом распределения Вейбулла-Гнеденко
(1.3)
где t0— порог чувствительности, то есть элементгарантировано не откажет, в интервале времени от 0 до t0 может быть равно нулю. Тогда окончательно имеем:
тр(t) = e-lt×e-ct. (1.4)
Причинами внезапных отказов трансформатора являются повреждения вводов трансформатора вследствие перекрытия контактных соединений,утечка масла. Причинами постепенных отказов в свою очередь будут нарушения изоляции обмоток вследствиевозникновения внешних и внутренних перенапряжений, сквозных токов коротких замыканийи дефектов изготовления. На основании принятых критериев выделим два статистических ряда для внезапных и постепенных отказов табл.2.
Таблица 2
Статистическийряд внезапных и постепенных отказов силового трансформатора
Y, ч
Y, ч
Y, ч
X, ч
X, ч
X, ч
61039
57546
53529
43774
45022
45850
59612
55392
51355
41283
42078
42906
57981
53986
60205
38793
39628
40455
56107
52062
58217
36302
36728
37554
54349
60483
56438
44608
45436
46264
52573
58564
55216
41664
42492
43320
60761
56854
52914
39215
40041
40869
58783
55739
50785
36581
37141
37967
54733
38380
Yср
Dt
Т
l
56209
1827
40974
2,44057E-05
Параметр показательного закона lнаходим по формуле:
(1.4)
гдехср— среднеее значение наработок на отказ.
Среднее время безотказной работы определим по формуле
(1.5)
Оценим параметрыраспределения Вейбулла-Гнеденко. Для этого вычислим среднеее значение наработки на отказ
(1.6)
Разобьемвыборку y на интервалы, которые выберем по формуле
(1.7)
Подсчитаем сколько отказов попалов каждый из полученных интервалов
Таблица 3
интервалы
1
2
3
4
5
6
мин
50785
52612
54439
56265
58092
59919
макс
52612
54439
56265
58092
59919
61746
1
52573
54349
57981
56107
59612
61039
2
52062
53986
57546
55392
58783
60761
3
51355
53529
56854
55739
58564
60483
4
50785
52914
56438
55261
58217
60205
Yicp
51694
53695
57205
55444
58794
60622
pi
0,16
0,16
0,16
0,2
0,16
0,16
D
s
n
1/a
C
T
l
8734345
2955
0,052578
0,045
1,63E-106
56209
1,779E-05
Отностительную частоту событий определяем по формуле
pi= mi/m. (1.8)
Определим среднее значение для каждого интервала
(1.9)
Вычислим значение дисперсии D поформуле:
(1.10)
Определим среднеквадратичное отклонение:
(1.11)
Вычислимкоэффициент вариации по формуле:
(1.12)
Пономограмме находим значение параметра формы 1/a=0,31.По найденным значениям вычислим параметрмасштаба С распределения Вейбула-Гниденко:
(1.13)
Г(1,0351)=0,987
Среднее времябезотказной работы для распределения Вейбула-Гниденко определим по формуле
(1.14)
l2тр=1/Т2тр=0,00002 (1.15)
Интенсивность восстановления определим по данным статистического ряда представленном в таблице 4
Таблица 4
Статистическийряд времени восстановлениявнезапных и
постепенныхотказов силового трансформатора
восстановление
15,8
18,7
22,4
26,1
18,2
21,7
25,4
20,5
21,2
24,7
17,6
23,6
24,2
17,1
20,1
26,5
16,4
19,5
22,9
27,2
Т=21,49
m=0,0465333
Интенсивностьвосстановления определим по формуле :
(1.16)
Вероятностьвосстановления силовыхтрансформаторов определим по формуле
Рвос.тр=1-е-m тр. (1.17)
Результатырасчетов по формулам(1.1)-(1.17) представлены в табл.2,3,4.
1.2.Модель отказов автоматического выключателя
Рассмотриммасляный выключатель как элемент состоящий из двухэлементов, в одном из которых может появиться внезапный отказ, а в другом постепенный. Вероятность безотказной работы представлена формулой
Рвк(t)=Рв(t)*Ри(t)
где Рв(t) и Ри(t) — соответственно вероятностибезотказной работы условных элементов соответствующих внезапному ипостепенному отказу в следствии износа.
Постепенные отказы выключателяпроисходят в следствии износа дугогасительных камер и контактов. Причинами внезапного отказа являются: несрабатываниеприводов, механические повреждения, перекрытие изоляции при внешних и внутренних перенапряжениях. Наосновании принятых критериев сформируем два статистических ряда представленныхв таблице 5.
Таблица5
Статистическийряд внезапных и постепенных отказов