Расчёт и анализ надёжности системы восстанавливаемых объектов энергообеспечения предприятия

Заключение

В курсовой работе были показаны способы исследования и обеспечивания надежности технических систем и получение фактических способностей в определении отдельных характеристик надежности применительно к приспособлениям электроснабжения. Нами рассматривался логико-вероятностный способ возведения модели трудной системы для расчета и анализа надежности данного объекта электроснабжения.

...

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………….…3
1. Основы обеспечение надежности систем электроснабжения предприятий……………………………………………………………………….5
2. Анализ надежности системы восстанавливаемых объектов энергообеспечения предприятия………………………………………………..11
3. Оценка экономического ущерба от перерывов электроснабжения предприятия……………………………………………………………………...22
Заключение…………………………………………………………...…...24
Список использованной литературы…………………………………….25

Введение

Обеспечение надежности является одной из важнейших проблем при создании и эксплуатации любой технической системы. Особенно актуальна она для сложных систем, таких как системы электроснабжения, состоящих из большого числа элементов и имеющих обширные внутренние и внешние связи.
Задача обеспечения надежности систем электроснабжения включает в себя целый комплекс технических, экономических и организационных мероприятий, направленных на сокращение ущерба от нарушения нормального режима работы потребителей электроэнергии, таких как:
- выбор критериев и количественных характеристик надежности;
- испытания на надежность и прогнозирование надежности действующего оборудования;
- выбор оптимальной структуры проектируемых (реконструируемых) систем электроснабжения по критерию надежности;
- обеспечение заданных технических и эксплуатационных характеристик работы потребителей;
- разработка наиболее рациональной, с точки зрения обеспечения надежности, программы эксплуатации системы (обоснование режимов профилактических работ, норм запасных элементов и методов отыскания неисправностей).
Кроме того, в современных рыночных условиях надежность электроснабжения неразрывно связана с экономическими показателями и энергетической безопасностью промышленных предприятий.
В этой связи целью изучения дисциплины «Надежность систем энергообеспечения предприятий» является формирование у будущих инженеров по направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника» знаний в области теории и практики надежности систем электроснабжения и приобретение навыков самостоятельного решения инженерных задач по расчету и выбору схем электроснабжения с учетом надежности.
Системы электроснабжения относятся к классу трудоемких технических систем и определяются множеством параметров, из которых к числу важных относится свойство надежности технической системы.
Надежная работа приспособлений системы электроснабжения считается нужным условием обеспечивания высококачественной и стабильной работы. Анализ и обеспечивание работоспособного состояния систем электроснабжения на шагах проектирования и эксплуатации – непростая задача, для решения коей употребляется математический аппарат теории надежности.

где ni – число отказов элемента за период эксплуатации;
Среднее время восстановления определяется по выражению
(6)
где  - время восстановления i-го элемента при j-м отказе
Коэффициент готовности определяется по выражению
(2.7)
Аналогично определяются показатели для остальных элементов, результаты расчета сведены в таблицу 2.
Расчетные значения показателей надежности элементов схемы с учетом статистики отказов в таблице 2 выделяются полужирным шрифтом. В случае отсутствия сведений об отказах необходимо оставить паспортные (априорные) значения.
Таблица 2 - Расчет показателей с учетом статистики отказов
№
Элемент
Переменная хi
λ* – частота отказов, откл./год
t*В – ср. время восстановления, 10-3 лет/отказ
Кг – коэффициент готовности
1
В1
х1
0,005
4,566
0,99998
2
В2
х5
0,005
4,566
0,99998
3
В3
х23
0,005
4,566
0,99998
4
В4
х34
0,1082
11,596
0,99875
5
ВЛ1
х12
0,5972
4,471
0,99734
6
ВЛ2
х45
0,157
1,712
0,99973
7
От1
х26
0,1129
1,261
0,99986
8
От2
х37
0,01
0,4
1,00000
9
От3
х48
0,1129
1,422
0,99984
10
Т1
х6
0,018
4,566
0,99992
11
Т2
х7
0,018
4,566
0,99992
12
Т3
х8
0,018
4,566
0,99992
Исходя из схемы замещения ПС (рисунок 2), необходимо составить её ЛФР для третьего узла (электроприемник, который подключен к секции шин 10 кВ). При этом следует учитывать все пути от источника к электроприемнику. Для этого преобразуем схему замещения к структурной логической блок-схеме анализа надежности электроснабжения. Для этого необходимо ввести дополнительные узлы и переменные состояния xi. Помимо этого, в связи с тем, что объекты генерации и сборные шины напряжением 10 кВ, согласно исходным данным на курсовую работу, абсолютно надежны, то в схему для анализа надежности они не включаются, если только они не элементы связи либо ветвления.
Рисунок 2 – Структурная схема анализа
На рисунке 2:
х1 – состояние масляного выключателя В1;
х12 – состояние воздушной линии Л1;
х2 – состояние сборных шин напряжением 110 кВ;
х23 – состояние масляного шиносоединительного выключателя В3;
х3 - состояние сборных шин напряжением 110 кВ;
х34 – состояние воздушного шиносоединительного выключателя В4;
х4 - состояние сборных шин напряжением 110 кВ;
х45 – состояние воздушной линии Л2;
х5 – состояние масляного выключателя В2;
х26 – состояние отделителя От1;
х6 – состояние силового трансформатора Т1;
х37 – состояние отделителя От2;
х7 – состояние силового трансформатора Т2;
х48 – состояние отделителя От3;
х8 – состояние силового трансформатора Т3.
Рисунок 3 – Схема представления ЛФР надежности
Из анализа структурной логической блок-схемы надежности подстанции на рисунке 3 можно сделать вывод, что ЛФР СЭС представляет дизъюнкцию ЛФР шести путей питания (при индексации пути используются только номера узлов структурной схемы):
Z = Z1-2-6 + Z1-2-3-7 + Z1-2-3-4-8 + Z5-4-8 + Z5-4-3-7 + Z5-4-3-2-6. (8)
Раскрывая ЛФР правой части получим
Z = (x1 · x12 · x2 · x26 · x6) + (x1 · x12 · x2 · x23 · x3 · x37 · x7) +
+ (x1 · x12 · x2 · x23 · x3 · x34 · x4 · x48 · x8) + (x5 · x45 · x4 · x48 · x8) + (9)
+ (x5 · x45 · x4 · x43 · x3 · x37 · x7) + (x5 · x45 · x4 · x43 · x3 · x32 · x2 · x26 · x6).
С учетом допущения об абсолютной надежности источников питания, т.е. состоянии шин 110 кВ можно учесть, что x2 = 1, x3 = 1 и x4 = 1 и, таким образом, упростить дизъюнктивную форму ЛФР системы электроснабжения:
Z = (x1 · x12) · (x26 · x6 + x23 · x37 · x7 + x23 · x34 · x48 · x8) + (x5 · x45) ·
· (x48 · x8 + x34 · x37 · x7 + x34 · x23 · x26 · x6) = Z1-2 · (Z2-6 + Z2-7 + Z2-8) + (10)
+ Z5-4 · (Z4-6 + Z4-7 + Z4-8)
Эквивалентная схема представления ЛФР в виде соединения комплексных элементов надежности в форме (10) представлена на рисунке 3.
Раскрываем выражения компонентов ЛФР в формуле
kГ(t) = P(Z = 1) (11)
P(Z = 1), для ее конкретного представления (8) - (10) и заданного экспоненциального закона распределения.
Для блоков последовательных элементов на рисунке 3:
P(Z1-2 = 1) = P(x1 = 1) · P(x12 = 1) = p1-2 = 
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
p1-2 =  = 0,8602;
P(Z5-4 =1) = P(x5 = 1) · P(x45 = 1) = p5-4 = 
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
p5-4 =  = 0,9603.
Для блоков параллельных элементов на рисунке 3:
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
Введем промежуточные обозначения:
- вероятность безотказной работы блока параллельных элементов Z2-6 + Z2-7 + Z2-8;
p2-6-7-8 = 1 - q2-6-7-8 = 1- q2-6 · q2-7 · q2-8 (12)
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
p2-6-7-8 = 1- 0,0322 · 0,0082 · 0,0592 = 0,99998
- вероятность безотказной работы блока параллельных элементов Z4-6 + Z4-7 + Z4-8;
p4-6-7-8 = 1 – q4-6-7-8 = 1- q4-6 · q4-7 · q4-8 (13)
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
p4-6-7-8 = 1- 0,0592 · 0,0335 · 0,0322 = 0,99994
- вероятность отказа питания на пути от узла №1 на схеме замещения (на структурной схеме анализа надежности рисунок 2 это узел 1),
q1* = 1 - p1-2 · p2-6-7-8 (14)
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
q1* = 1 – 0,8602 · 0,99998 = 0,13977;
- вероятность отказа питания на пути от узла №2 на схеме замещения (на структурной схеме анализа надежности рисунок 2 это узел 5)
q5* = 1 – p5-4 · p4-6-7-8 (15)
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
q5* = 1 – 0,9603 · 0,99994 = 0,03975.
Таким образом, вероятность отказа питания электропотребителя, подключенного к секции шин (IСШ) равна:
Q = q1*· q5*; kГ(t) = P(Z = 1) = 1 – Q. (16)
для первого квартала, т.е. при t = 0,25
kГ(t) = 1 – 0,13977 · 0,03975 = 0,99444.
Расчеты для остальных периодов времени, сведены в таблицу 3. Результаты, сведенные в таблицу 3, показывают изменение компонентов ЛФР на рассматриваемом сроке прогноза эксплуатации (L = 2 года) с поквартальной разбивкой. На рисунке 4 представлены графики изменения трех основных показателей надежности рассматриваемой СЭС: q1*(t), q5*(t) , kГ(t), которые построены по результатам расчетов, сведенных в таблицу 3. Данный вид изменения показателей надежности со временем типичный для экспоненциального закона распределения.
Точное значение tдоп определяется решением уравнения
kГ(tдоп) = kГдоп (17)
любым из численных методов, однако для того, чтобы запланировать сроки ТО необходимо только определить интервал времени, когда первый раз происходит нарушение критерия
kГ(t) > kГдоп (18),
в связи с тем, что зависимость kГ(tдоп) монотонно убывающая. Из таблицы 3 и рисунка 4 можно определить, что критерий (18) нарушается во втором квартале второго года последующей эксплуатации:
kГ(1,25) > kГдоп > kГ(1,50),
или
0,90022 > 0,87 > 0,86674,
поэтому tдоп = 1,25 лет и техническое обслуживание необходимо назначить в пятом квартале.
Таблица 3 - Расчет показателей надежности на двухлетний срок эксплуатации
Параметр
Σλ
1-й год
2-й год
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
р1-2
0,6022
0,8602
0,7400
0,6366
0,5476
0,4711
0,4052
0,3486
0,2999
р5-4
0,162
0,9603
0,9222
0,8856
0,8504
0,8167
0,7843
0,7531
0,7233
q2-6
0,1309
0,0322
0,0634
0,0935
0,1227
0,1509
0,1783
0,2047
0,2303
q2-7
0,033
0,0082
0,0164
0,0244
0,0325
0,0404
0,0483
0,0561
0,0639
q2-8
0,2441
0,0592
0,1149
0,1673
0,2166
0,2630