Таблично-логический метод расчета надежности схем распределительных устройств

5.2.1. Назначение метода

Метод используется при сравнении вариантов схем распределительных устройств различного напряжения по комплексному показателю надежности – среднегодовому недоотпуску электроэнергии в систему электростанцией из-за отказов элементов распределительных устройств.

5.2.2. Учитываемые, ремонтные и расчетные элементы схемы распределительного устройства

В схеме распределительного устройства различают учитываемые, ремонтные и расчетные элементы. Для учитываемых элементов, за которые принимаются выключатели, линии электропередач и сборные шины, рассматриваются их отказы, приводящие к аварийному отключению расчетных элементов.

В качестве расчетных элементов принимаются генерирующие источники, а также линии электропередач. Отключение линий, по которым электростанцией выдается мощность в систему, может привести к ограничению выдаваемой мощности электростанцией, исходя из условия обеспечения статической устойчивости работы станции с системой. В дальнейшем предполагается, что по одной линии, присоединенной к распределительному устройству, может передаваться вся генерирующая мощность электростанции. Поэтому при расчетах надежности ограничение выдаваемой мощности, вызванное отключением части линий, не учитывается. Для расчетных элементов учитываются последствия отказов.

Те элементы, вывод которых в плановый ремонт снижает надежность схемы распределительного устройства, называются ремонтными. К ним относятся выключатели и рабочие системы сборных шин.

5.2.3. Автоматические отключения выключателей. Оперативные переключения в распределительном устройстве

Автоматические отключения выключателей происходят от релейной защиты и автоматики при возникновении аварийного режима в сети (например, короткого замыкания).

Оперативные переключения выключателей и разъединителей производятся вручную оперативным персоналом для изменения режимов работы РУ (например, для вывода в ремонт ремонтных элементов).

Производство оперативных переключений и автоматические отключения покажем на примере двух схем распределительного устройства: схемы «Четырехугольник» (рис. 5.21.) и схемы «2/1», или «Американка» (рис. 5.22).

Рис. 5.21. Схема «Четырехугольник»

Рис. 5.22. Схема «2/1», или «Американка» (КЗ – короткое замыкание; ПС – соседняя подстанция)

Примечание. На рис. 5.21, 5.22, 5.24, 5.25, 5.28, 5.31–5.33 положение выключателей и разъединителей в нормальном режиме работы распределительного устройства показывается следующим образом (рис. 5.23):

Рис. 5.23. Виды положений коммутационной аппаратуры

Производство оперативных переключений при выводе в планово-предупредительный ремонт ремонтных элементов, а также присоединений распределительного устройства осуществляется следующим образом:

для схемы «четырехугольник»:

– при выводе в ремонт линии W 1: 1) отключаются Q 1 и Q 3; 2) отключается QS 9; 3) включаются Q 1 и Q 3;

– при выводе в ремонт блока генератор (G 1 )-трансформатор (T 1 ): 1) отключаются Q 3 и Q 4; 2) отключается QS 11; 3) включаются Q 3 и Q 4;

– при выводе в ремонт сборных шин A 1: 1) отключаются Q 3 и Q 4; 2) отключаются QS 11, QS 5 – QS 8;

– при выводе в ремонт выключателя Q 1: 1) отключается Q 1; 2) отключаются QS 1 и QS 3;

для схемы «Американка»:

– при выводе в ремонт линии W 1: 1) отключаются Q 1 и Q 4; 2) отключается QS 13; 3) включаются Q 1 и Q 4;

– при выводе в ремонт блока генератор (G 1 )-трансформатор (T 1 ): 1) отключаются Q 2 и Q 5; 2) отключается QS 15; 3) включаются Q 2 и Q 5;

– при выводе в ремонт сборных шин A 1: 1) отключаются Q 1, Q 2 и Q 3; 2) отключаются QS 1 – QS 6;

– при выводе в ремонт выключателя Q 1: 1) отключается Q 1; 2) отключаются QS 1 и QS 4.

Автоматические отключения и оперативные переключения при отказе в работе элементов распределительного устройства производятся в следующем порядке:

для схемы «четырехугольник»:

– при отказе системы сборных шин A 1 (короткое замыкание в точке K1 ): 1) релейная защита отключает Q 3, Q 4 и Q 5; 2) оперативный персонал отключает QS 5 – QS 8 и QS 11 для ремонта отказавшего элемента;

– при отказе линии W 1 (короткое замыкание в точке K2 ): 1) релейная защита отключает Q 1, Q 3 и Q 7; 2) оперативный персонал отключает QS 9 для ремонта отказавшего элемента; 3) оперативный персонал включает Q 1 и Q 3;

– при отказе Q 1 в статическом положении или при производстве на нем оперативных переключений (короткое замыкание в точке K3 ): 1) релейная защита отключает Q 3, Q 7, Q 2 и Q 6; 2) оперативный персонал отключает QS 1 и QS 3; 3) оперативный персонал включает Q 3, Q 7, Q 2 и Q 6;

– при КЗ на линии W1 и отказе в срабатывании Q 1 (короткое замыкание в точке K2 ): 1) релейная защита отключает Q 3, Q 7, Q 2 и Q 6; 2) оперативный персонал отключает QS 1, QS 3, QS 9, QS 5 и QS 7; 3) оперативный персонал включает Q 2 и Q 6;

для схемы «Американка»:

– при отказе системы сборных шин A 1 (короткое замыкание в точке K1 ): 1) релейная защита отключает Q 1, Q 2 и Q 3; 2) оперативный персонал отключает QS 1 – QS 6;

– при отказе линии W 1 (короткое замыкание в точке K2 ): 1) релейная защита отключает Q 1, Q 4 и Q 8; 2) оперативный персонал отключает QS 13; 3) оперативный персонал включает Q 1 и Q 4;

– при отказе Q 1 в статическом положении или при производстве на нем оперативных переключений (короткое замыкание в точке K3 ): 1) релейная защита отключает Q 2, Q 3, Q 4 и Q 8; 2) оперативный персонал отключает QS 1 и QS 4; 3) оперативный персонал включает Q 2, Q 3, Q 4 и Q 8;

– при КЗ на линии W 1 и отказе в срабатывании Q 1 (короткое замыкание в точке K 2 ): 1) релейная защита отключает Q 2, Q 3, Q 4 и Q 8; 2) оперативный персонал отключает QS 1, QS 4, QS 7, QS 10 и QS 13; 3) оперативный персонал включает Q 2 и Q 3.

Под отказами элементов подразумевается для линий электропередач и сборных шин – возникновение на них двухстороннего короткого замыкания, а для выключателя: 1) возникновение на его выводах короткого замыкания в обе стороны в статическом положении выключателя и при произведении на нем оперативных переключений; 2) его несрабатывание при автоматическом отключении линий, на которых произошло короткое замыкания.

5.2.4. Модель надежности выключателя

В таблично-логическом методе применяется модель выключателя, учитывающая его месторасположение в схеме распределительного устройства. Известно, что повреждаемость, например, линейных выключателей существенно выше повреждаемости других выключателей. Расчетный параметр потока отказов выключателя характеризуется его собственным параметром потока отказов:

,

(5.19)

где a_{Q ст} (о.е.) – относительная величина отказов выключателя в статическом состоянии (она берется из справочника); если L _ст – число отказов выключателя в статическом положении, а L _S – общее число отказов выключателя, то

;

(5.20)

w_Q (год^-1) – средний параметр потока отказов выключателя или частота отказов (он берется из справочника);

a_{Q оп} (о.е.) – относительная частота отказов выключателя при выполнении оперативных переключений в схеме распределительного устройства (она берется из справочника); если L _оп – число отказов выключателя при выполнении оперативных переключений в схеме распределительного устройства, а N _S – общее количество коммутационных операций при оперативных переключениях выключателя, то

;

(5.21)

N _оп (год^-1) – количество операций выключателем за год, которое определяется из выражения

,

(5.22)

где N _оп1 – количество операций выключателем за год, вызванное выводом в ремонт или автоматическим отключением первого присоединения;

N _оп2 – количество операций выключателем за год, вызванное выводом в ремонт или автоматическим отключением второго присоединения.

,

(5.23)

,

(5.24)

где N _ц1 – число коммутационных операций выключателем за один цикл вывода в ремонт первого присоединения;

N _ц2 – число коммутационных операций выключателем за один цикл вывода в ремонт второго присоединения;

m ₁ (год^-1) – частота вывода в планово-предупредительный ремонт первого присоединения;

m ₂ (год^-1) – частота вывода в планово-предупредительный ремонт второго присоединения;

w ₁ (год^-1) – средний параметр потока отказов первого присоединения;

w ₂ (год^-1) – средний параметр потока отказов второго присоединения;

a_{Q КЗ} (о.е.) – относительная частота отказов выключателя при коротких замыканиях на данном присоединении (берется из справочника).

Пояснение к определению параметров N _ц1 и N _ц2 показано на рис. 5.24 на примере схемы «3/2».

Рис. 5.24. Пояснение к определению параметров N ц1 и N ц2

Выключатель Q 1 имеет два присоединения: 1 – присоединение к системе шин А 1; 2 – присоединение к линии W 1.

Один цикл вывода в ремонт системы шин А 1 включает в себя следующие операции: отключение Q 1, Q 2 и Q 3; отключение QS 1 – QS 6 (вывод в ремонт системы шин завершен); включение Q 1, Q 2 и Q 3; включение QS 1 – QS 6 (ввод в работу из ремонта системы шин завершен). Так как при этом нужно совершить две операции выключателем Q1, то N _{ц А 1} = 2.

Один цикл вывода в ремонт линии W 1 включает в себя следующие операции: отключение Q 1 и Q 4; отключение QS 1; включение Q 1 и Q 4 (вывод в ремонт линии W 1 завершен); отключение Q 1 и Q 4; включение QS 1; включение Q 1 и Q 4 (ввод в работу из ремонта линии W 1 завершен). Так как при этом нужно совершить четыре операции выключателем Q 1, то N _{ц W 1} = 4.

Аналогично можно определить параметр N _ц для любого другого выключателя схемы. Например, выключатель Q4 имеет два присоединения: 1 – присоединение к линии W 1; 2 – присоединение к трансформатору Т 1. При этом N _{ц W 1} = 4 и N _{ц T 1} = 4.

Следует отметить, что в некоторых схемах выключатель может иметь не два а три и даже более присоединений. Например, в схеме «Четырехугольник» (см. рис. 5.21) присоединениями являются с одной стороны линия W 1, а с другой – система шин A 2 и блок G 2- T 2. Поэтому в правой части формулы 5.22 будет не два, а три слагаемых

,

(5.25)

В модели рассматриваются отказы выключателей, которые сопровождаются двухсторонними короткими замыканиями. Отказы в несрабатывании выключателей при коротких замыканиях на присоединении рассматриваются только в режиме нормального состояния распределительного устройства, когда все элементы схемы находятся в рабочем состоянии. Ввиду малой вероятности события одновременные отказы двух выключателей не рассматриваются, но берутся во внимание события, в которых отказ одного выключателя накладывается на планово-предупредительный или аварийный ремонт другого.

5.2.5. Таблица расчетных связей и алгоритм ее заполнения

Результаты расчета показателей надежности схемы распределительного устройства электростанции оформляются в виде таблицы. В вертикальный ряд таблицы помещают i -е учитываемые элементы с их расчетными параметрами потока отказов w_i. В литературе, например в [10], приводятся табличные показатели надежности элементов (трансформаторов, линий, выключателей и т.д.).

Основными показателями надежности являются:

– средний параметр потока отказов (частота отказов) i -го элемента w_{i табл} (1/год);

– средняя продолжительность планово-предупредительного ремонта i -го элемента T _{р i табл} = ` t _{ППР i} (ч/год);

– средняя продолжительность аварийного ремонта i -го элемента T _{в i табл} =` t _{АР i} (ч/год);

– частота планово-предупредительного ремонта i -го элемента m_{i табл} (1/год).