Причины отказов элементов систем электроэнергетики.

1. ЛЭП. Самым ненадежным элементом СЭС являются линии электропередачи (ЛЭП) из-за их большой протяженности и влияния на них большого числа различных внешних воздействий.

Основными причинами повреждения воздушных линий (ВЛ) являются:

- грозовые перекрытия изоляции;

- гололедно-изморозевые отложения;

- ветровые нагрузки;

- вибрация и пляска проводов;

- возгорание деревянных опор;

- ослабление прочности деталей опор;

- повреждение опор и проводов автотранспортом и др.

2. Кабельные линии. Основной причиной повреждений кабельных линий (KJI) является нарушение их механической прочности строительными машинами и механизмами при земляных работах. По этой причине в городских электросетях происходят 60...70 % всех повреждений КЛ. Другими причинами являются старение межфазной и поясной изоляции, электрическая и химическая коррозия покрытия, перегрузка кабеля, попадание влаги в кабель, нарушение изоляции грызунами.

3. Силовые трансформаторы повреждаются значительно реже, чем линии электропередачи, однако его отказ ведет к более тяжким последствиям и восстановление работоспособности требует длительного времени.

Основные причины повреждения силовых трансформаторов:

- повреждение изоляции обмоток трансформатора из-за дефектов конструкции и изготовления, а также от воздействия внешних перенапряжений в сети и токов короткого замыкания;

- повреждение переключателей (в основном регулируемых под нагрузкой), обусловленное конструктивными и технологическими дефектами;

- повреждение вводов, в основном при воздействии внешних перенапряжений в сети (перекрытие внешней или внутренней изоляции, механические повреждения, некачественные контактные соединения).

4. Электрические двигатели. Наибольшая часть отказов электродвигателей происходит из-за повреждений обмоток статора, что чаще всего связано с межвитковыми и межфазными короткими замыканиями, обрывом фазы и замыканиями на корпус.

5. Коммутационные аппараты. Отказы коммутационных аппаратов (автоматических выключателей, разъединителей, короткозамыкателей, отделителей) происходят при отключении коротких замыканий, выполнении ими различных операций, а также в стационарном состоянии.

Основная причина повреждений коммутационных аппаратов - механические повреждения, связанные с несовершенством конструкции, нарушением технологии изготовления или правил эксплуатации. Среди них следует выделить дефекты контактных соединений, неполадки в электроприводе, повреждения из-за ошибочных действий персонала, а также отказы при выполнении операций включения из-за некачественной регулировки, настройки или вследствие обледенения.

6. РЗ и А. Причиной отказа устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) являютсяповреждения элементов (резисторов, диодов, транзисторов, тиристоров, конденсаторов, реле), из которых состоят схемы РЗА.

Модель внезапного отказа

Внезапные отказы – отказы, возникающие вследствие внешних случайных воздействий в случайные моменты времени, которые нельзя предсказать заранее. Они не связаны с внутренним состоянием элемента или оборудования.

У большинства элементов имеется длительный период, на котором интенсивность отказов практически постоянна – период нормальной эксплуатации. В этом случае оборудование выводится в ремонт раньше, чем начнется заметное старение его элементов. В данном случае .

Разделим период рассматриваемого времени на интервалы , , и обозначим вероятность того, что превышение максимальной прочности произойдет на интервале, . Очевидно, что при первом таком превышении произойдет отказ оборудования. Событие появления пиковой нагрузки на любом интервале времени - , не появления - . Тогда по теореме умножения для независимых событий вероятность появления хотя бы одного превышения максимальной прочности будет равна

.

где – вероятность превышения максимальной прочности, приводящей к отказу.

Модель внезапных отказов оборудования описывается экспоненциальным законом.

где – параметр распределения – среднее число отказов в единицу времени, т.е. интенсивность отказов.

 

Частота отказов: .

Среднее время безотказной работы при схеме внезапных отказов и показательном времени распределения между отказами будет:

.

Интенсивность отказов:

.

Модель постепенного отказа

Постепенные отказы – отказы, возникающие в результате постепенного изменения внутреннего состояния элемента или оборудования в случайные моменты времени.

Основной причиной постепенных отказов является старение материалов и износ отдельных частей элементов - представляет собой как бы накопление элементарных повреждений в различных частях элемента и снижение общего предела прочности. После накопления определенного числа элементарных повреждений происходит отказ элемента.

Если внезапный отказ происходит при первом превышении предела прочности, то для наступления постепенного отказа необходимо многократное превышение допустимого параметра, например, температуры изоляции сверх допустимого значения либо многократное отключение выключателем токов коротких замыканий. Для построения математического описания этих явлений используют простейший поток событий: в случайные моменты времени происходят единичные элементарные повреждения и при их накоплении объект отказывает.

Выберем интервал времени так, чтобы в нем могло произойти только одно элементарное повреждение (ординарность потока). Тогда вероятность этого повреждения равна:

Разделим интервал времени на n равных отрезков (частей) . Т.к. вероятности возникновения элементарных повреждений независимы, то вероятность появления m элементарных повреждений на интервале времени можно определить, используя схему независимых испытаний:

,

где n – число отрезков времени; m – число отрезков, на которых наблюдались эти повреждения.

Предел этого выражения при неограниченном увеличении числа интервалов и равен ,

т.е. вероятность числа элементарных повреждений на интервале зависит от длины этого интервала и распределена по закону Пуассона с параметром . Объект не откажет, если произойдет менее m элементарных повреждений.