Расчет показателей надежности схем электроснабжения
В схеме электрической цепи требуется определить показатели надежности электроснабжения в расчетной ее точке. Выполняется это следующим образом.
1. Технологическая схема электрических соединений представляется схемой за-мещения по надежности. При этом следует учитывать режим работы системы, действия УРЗА и КА при отказах, пропускную способность элементов в послеаварийных режимах. Необходимо ограничивать объем решаемой задачи. Если снизу схема ограничивается расчетной точкой – выходом из системы, то сверху выделяются входы – источники питания. Входы в систему выбираются таким образом, чтобы их надежность была абсолютной, т.е. значительно выше надежности данной схемы. При расчетах надежности СЭС общего назначения источниками питания являются распределительные устройства электростанций и узловых подстанций, имеющие не менее двух систем шин высшего напряжения и не менее двух трансформаторов.
Элементы схемы представляются в виде участков и узлов. На схеме замещения проставляют также направления движения электроэнергии по элементам от высшего напряжения к низшему, от источников питания к потребителю. По транзитным элементам, связывающим промежуточные узлы схемы, энергия может передаваться в обоих направлениях.
2. Определяются численные значения показателей надежности элементов (узлов и участков) схемы, часть из которых находится непосредственно по статистическим данным о повреждаемости оборудования, а часть рассчитывается.
3. Схема замещения поэтапно эквивалентируется объединением последовательно и параллельно соединенных элементов. В результате схема преобразуется в двухполюсную неразделимую структуру (граф), входом в которую являются источники, а выходом – расчетная точка сети.
Показатели надежности участков, представляющих совокупность тесно связанного оборудования, определяются расчетами. Например, показатели надежности участка, имеющего линию и два выключателя на передающей и приемной подстанции (имеются в виду статические показатели надежности выключателей, а не показатели надежности их функционирования) рассчитываются по формулам для последовательно соединенных элементов (5.13) и (5.15):
, (7.13)
где 
– интенсивность отказов выключателя; 
– удельная интенсивность отказов линии; l 
– длина линии; Т 
– среднее время восстановления выключателя; Т 
– среднее время восстановления линии.
Исключением являются двухцепные линии и кабели, проложенные в одной траншее. Их отказы нельзя полагать независимыми событиями, поскольку поломка двухцепной опоры ВЛ приводит к одновременному отказу обеих цепей, а два проложенных в одной траншее кабеля обычно повреждаются строительными механизмами при выполнении земляных работ одновременно.
Для учета одновременности отказов двухцепные линии или кабели в одной траншее на рис. 7.10 принимаются как система со смешанным соединением элементов, где параллельно соединенные элементы 1, 2 – показатели надежности отдельных цепей (двух кабелей) и их отказы – независимые события, а общий элемент 3 характеризует одновременный отказ обеих цепей (линий), которые можно определить также по статистическим данным.
Показатели надежности шин распределительных устройств (узлов) также определяются расчетами.
Рассмотрим надежность узла – секции шин распределительного устройства
(рис. 7.11). Шины могут быть обесточены в следующих случаях:
1) при отказе самих шин на время ремонта, при этом интенсивность отказов шин принимается прямо пропорциональной количеству присоединений N 
:
, (7.14)
где 
– интенсивность отказов одного соединения;
2) при отказе присоединения (ячейки РУ) на время, необходимое для отсоединения этой ячейки и подачи питания на шины:
, (7.15)
где 
– интенсивность отказов ячейки РУ (выключателя), N – число отходящих линий, включая трансформатор собственных нужд;
3) при отказе рабочего питания секции и несрабатывании УРЗ и КА на питающей линии или АВР и КА секционного выключателя на время, необходимое для подачи питания на секцию шин вручную:
; (7.16)
4) при отказе в срабатывании УРЗ и КА отходящих линий на время отсоединения ячейки и подачи питания на шины:
, (7.17)
где n – число отходящих линий.
Схема замещения по надежности рассмотренного узла представлена на
рис. 7.12.
Рис. 7.12
Расчет показателей надежности электроустановок
Расчет показателей надежности схем электроустановок (ЭУ) относится прежде всего к понизительным подстанциям и распределительным пунктам. Электроустановки различаются схемой построения, способом ввода резервного питания, применяемым оборудованием. Показатели надежности для подстанций, как правило, определяются на шинах РУ низшего напряжения.
Выход из строя любого из элементов нерезервированной электроустановки или установки с ручным резервированием приводит к исчезновению напряжения на шинах РУ: в случае нерезервированной ЭУ – на время ремонта отказавшего элемента, а для ЭУ, резервированных вручную, – на время подключения резервного питания. Таким образом, схема замещения этих ЭУ представляет собой систему последовательно соединенных элементов.
Пример 7.4
Определить показатели надежности на шинах 10 кВ понизительной подстанции 110/10 кВ (рис. 7.13). Подстанция с закрытым РУ 10 кВ обслуживается без дежурного персонала и имеет четыре отходящие линии 10 кВ, общая длина которых
l = 50 км. Длина питающей ВЛ 110 кВ l 
= 25 км. Показатели надежности элементов приведены в табл. 3.2 и 7.4.
Рис. 7.13
Решение
Схема замещения приведена на рис. 7.14.
Рис. 7.14
Показатели надежности элемента 1 (ВЛ 110 кВ):
год-1; 
;
год-1; 
.
Показатели надежности элемента 2 (отделителя):
=0,05 год-1; 
;
=0,3 год-1; 
.
Показатели надежности элемента 3 (короткозамыкателя):
=0,05 год-1; ;
=0,3 год-1; 
.
Показатели надежности элемента 4 (трансформатора 110/10 кВ с выключателем 10 кВ):
год-1; 
.
год-1; 
.
Показатели надежности элемента 5 (секция шин ЗРУ 10кВ):
• отказ шин секции
год-1; Т 
= 4×4 =16 ч,
где N 
= 6 (четыре присоединения – отходящие линии, одно – выключатель трансформатора 110/10 кВ, одно – трансформатор собственных нужд 10/0,4 кВ);
•отказ присоединения
год-1; 
; 
ч;
• отказ в срабатывании РЗ отходящих ВЛ 10 кВ
1,5×0,02×0,1×50=0,15 год-1;
; 
ч.
Итоговые показатели надежности элемента 5:
год-1; 
год-1;
; 
Окончательно показатели надежности на шинах 10 кВ подстанции следующие:
год-1; 
.
С учетом преднамеренных отключений согласно (7.4) и (7.5) получаем (за базовый принимаем элемент 1 – ВЛ 110 кВ):
=3,75+0,3(1-0,8)+0,3(1-0,8)+0,4(1-0,6)+0,15 (1-0,75) = 4,0675 год-1;
[3,75×8+0,4(11-8)+5×0,3×0,2+5×0,3×0,2+ 11×0,4×0,4+5×0,15×0,25] = 8,37 ч.
При определении показателей надежности электроустановок с автоматическим вводом резерва следует учитывать вероятность выхода из строя резервного питания при простое рабочего питания. Поэтому схема замещения обычно представляет
собой систему со смешанным (последовательно-параллельным) соединением элементов.
Приложение
Министерство образования РФ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ЭсПП