Показатели надежности электроустановок

Ущерб представляет собой результирующий стоимостной показатель надежности электроустановок. Электроустановка состоит из элементов (генераторов, трансформаторов, линий, коммутационных аппаратов, сборных шин), соединенных между собой по определенной схеме. Отказы (повреждения) элементов и последствия этих отказов рассматриваются как случайные события, к которым применима теория вероятности. Согласно этой теории количественная оценка случайных величин производится с помощью понятия математического ожидания или среднего значения случайной величины.

Различают два основных состояния схемы:

- нормальное (все элементы находятся в рабочем состоянии);

- ремонтное (один из элементов схемы выведен в ремонт).

Таким образом, расчет надежности должен учитывать:

- показатели надежности элементов;

- схему соединений элементов;

- возможные состояния схемы станции.

Основными показателями надежности электроустановок являются:

ω – частота отказов, т.е. среднее число отказов элемента в год (1/год);

Т_В – среднее время восстановления работоспособности элемента после его оказа (ч/1);

μ – частота плановых ремонтов (1/год);

Т_Р – средняя продолжительность планового ремонта (ч/1).

Показатели надежности элементов определяют на основе обработки статистических данных. Параметры Т_В и Т_Р – планируемые, ω, μ – ожидаемые.

Значения показателей приведены в литературе.

Используя показатели надежности можно рассчитать:

1. Вероятность нахождения элемента в ремонтном состоянии:

q_В = ω Т_В / 8760.

2. Вероятность нахождения элемента в плановом ремонте:

q_Р = μ Т_Р / 8760.

3. Вероятность ремонтного (нерабочего) состояния элемента:

q = q_В + q_Р = (ω Т_В + μ Т_Р) / 8760.

4. Вероятность нормального (рабочего) состояния элемента:

1 – q.

Среднегодовой недоотпуск электроэнергии электроустановки, состоящей из n элементов:

 

∆W_Г = (1- q_i) ∑ (∆P_Гi ω_i Т_Вi),

 

где ∆P_i – теряемая мощность при отказе i-го элемента.

В общем случае электроустановка состоит из элементов, включенных последовательно или параллельно. Формула 2.17 применима при рассмотрении последовательно соединенных элементов, а также при независимых (неодновременных) отказов любых элементов схем. Соединение считается параллельным, если нарушение работоспособности установки возможно, лишь при наложении (совпадении) нескольких событий.

Так, при наложении ремонтов отдельных элементов на отказы других недоотпуск электроэнергии вычисляется по формуле:

 

∆W = Т_УСТ / 8760∑ (∆P_{Гi j} ω_{i j} Т_{Вi j}),

где ∆P_{Гi j} – снижение генерирующей мощности при ij аварии (отказ i –го элемента при j- м состоянии схемы), кВт; ω_{i j} – средняя частота за год ij аварии, ω_ij = ω_iq_j, 1/год; Т_Вij – средняя длительность ij аварии, ч/год, значение Т_{Вi j} оценивают в зависимости от характера аварийной ситуации.

 

Расчет показателей надежности для структурных схем.

1) Определяем состав учитываемых элементов в вариантах структурной схемы КЭС:

- трансформаторы блока

- автотрансформаторы связи

- автотрансформатор блока

- генераторный выключатель (В_Г).

Рассматриваются отказы этих элементов и их расчетные последствия.

Их показатели надежности взяты из справочника и указаны в табл.2.[1, стр.37].

Таблица 2

Характеристики надежности элементов

 

Элементы	ω, 1/год	ТВ, ч /год	μ, 1/год	ТР, ч /год
КЭС с агрегатом 320 МВт			2,5*)
Трансформаторы с UВ = 500 кВ	0,03		1,05	60**)
Трансформаторы с UВ = 220 кВ	0,02		1,1
Воздушные выключатели 20 кВ (ВГ)	0,04		2,2

Примечание

*⁾ – капитальный ремонт раз в два года

**⁾ – совпадает с временем капремонта генератора

2) Определяем вероятность ремонтных режимов элементов:

 

q = q_В + q_Р = (ω Т_В + μ Т_Р) / 8760

 

Генератор блочный

q_БЛ = q_В + q_Р = (ω Т_В + μ Т_Р) / 8760 = (6 ∙ 90 + 2,5 ∙ 580)/8760

= 0,19

q_БЛ = 0,19

Автотрансформатор связи (трехфазный)

q_АТС = (0,03∙ 500 + 1,05 ∙ 60) / 8760 = 0,009

q_АТС = 0,009

Автотрансформатор блока (группа их трех однофазных)

q_АТБ = 3 ∙ 0,009 = 0,027

q_АТБ = 0,027

3) Определяем среднегодовой недоотпуск электроэнергии в систему из-за отказов трансформаторов блока. Отказ трансформатора блока приводит к потере мощности генератора на время восстановительного ремонта трансформатора. Среднегодовой недоотпуск электроэнергии в систему из-за отказов трансформатора единичного блока (без генераторного выключателя) определяется так:

 

∆W_Г = Р_НОМ,Г ∙ Т_УСТ / 8760 ∙ ω_Т (1- q_БЛ) Т_{В, Т},

 

где множитель Т_УСТ / 8760 учитывает график работы генератора, Т_УСТ – число часов использования установленной мощности генератора, ч; ω_Т, Т_{В, Т} – частота отказов и среднее время восстановления (авто)трансформатора; q_БЛ – вероятность ремонтного состояния блока. Если известны графики нагрузки генератора в зимние и летние сутки, то:

Т_УСТ =(Р_СУТ,З Δt_З∙N_З + Р_СУТ,Л Δt_Л∙N_Л)/Р_НОМ,Г. Т.к. графики генератора для зимы и лета в нашем примере одинаковы (рис.2,а) то получаем:

Т_УСТ,Г = (250∙ 12+ 320∙ 12)365/320 = 7802 ч

 

Для блока, подключенного к РУ 500 кВ:

∆W_{Г, БЛ500} = Р_НОМ,Г ∙ Т_УСТ / 8760 ∙ ω_Т,500 (1- q_БЛ) Т_{В, Т500} =

320∙10³ (7802/8760)∙ 0,03(1 – 0,19)500 = 3,719·10⁶ кВтч/год

∆W_{Г, БЛ500} = 3,719·10⁶ кВтч/год.

Для блока, подключенного к РУ 220 кВ:

∆W_{Г, БЛ220} = 320∙10³ (7802/8760)∙ 0,02 (1- 0,19) 200 =0,991·10⁶ кВтч/год

∆W_{Г, БЛ220} = 0,991·10⁶ кВтч/год.

4) Определяем среднегодовой недоотпуск электроэнергии генератора в систему из-за отказов в группе из однофазных АТБ и В_Г.

Если генератор включен в блок с повышающим трансформатором (АТБ), то между АТБ и генератором всегда устанавливается выключатель (В_Г).

Среднегодовой недоотпуск электроэнергии в систему:

 

∆W_АТБ = Р_НОМ,Г ∙ Т_УСТ / 8760 (ω_Т· Т_{В, Т} + ω_В· Т_{В, В})((1- q_БЛ),

 

где ω_В и Т_{В, В} – частота отказов и среднее время восстановления генераторного выключателя.

При отказе элемента блока (АТБ или В_Г) теряется не только мощность генератора, но и транзитная передаваемая мощность.

Среднегодовой недоотпуск электроэнергии из-за отказов в АТБ:

∆W_АТБ = Р_НОМ,Г ∙ Т_УСТ / 8760 (ω_Т· Т_{В, Т} + ω_В· Т_{В, В})((1- q_БЛ) =

320∙10³ (7802/8760) (3∙ 0,03∙500 + 0,04∙ 10)(1 – 0,19) =

11,267·10⁶ кВтч/год

∆W_АТБ = 11,267·10⁶ кВтч/год.

5) Определяем суммарный среднегодовой недоотпуск электроэнергии по вариантам:

Вариант 1.

∆W_Г(1) = 3∙ ∆W_{Г, БЛ500} + 1∙ ∆W_{Г, БЛ220} = 3∙3,719·10⁶ + 0,991·10⁶ =

12,148·10⁶ кВтч/год

∆W_Г(1) = 12,148·10⁶ кВтч/год

Вариант 2.

∆W_Г(2) = 2∙ ∆W_{Г, БЛ500} + 1∙ ∆W_{Г, БЛ220} + ∆W_АТБ =

2∙3,719·10⁶ + 0,991·10⁶ + 11,267·10⁶ = 19,696·10⁶ кВтч/год

∆W_Г(2) = 19,696·10⁶ кВтч/год

 

6) Определяем среднегодовой ущерб от недоотпуска электроэнергии в систему:

У_С = у₀ ∆W_Г, примем удельный ущерб у₀ = 1,5 руб/кВтч, тогда:

Вариант 1

У_С(1) = у₀ ∆W_Г(1) = 1,5∙ 12,148·10⁶ = 18,222·10⁶ руб/год

У_С(1) = 18,222·10⁶ руб/год

Вариант 2

У_С(2) = у₀ ∆W_Г(2) = 1,5∙ 19,696·10⁶ = 29,544·10⁶ руб/год

У_С(2) = 29,544·10⁶ руб/год

Отказ автотрансформатора связи (при наличии одного АТС). Теряем переток мощности в систему через РУ ВН, рассчитывается:

 

∆W_АТС = (1 – q_АТС) Р_{МАКС.ПЕР.} (ω_АТС Т_В) (Т_МАКС / 8760), (2.19)

 

где Р_{МАКС.ПЕР} – максимальный переток через АТС.

Если схема содержит два АТС, то при отключении одного из них другой обеспечит необходимый транзит мощности (по условию аварийных нагрузок).

Отказ автотрансформатора блока. При наличии в схеме АТБ недоотпуск электроэнергии вызовет ненадежность АТБ и генераторного выключателя (см. рис.2.1, б). При этом теряемая мощность равна мощности перетока через АТБ. Недоотпуск энергии при одном АТБ:

 

1 - потери генерирующей мощности; 2 – потери перетока.

Если два АТБ, то формула та же, но без 2 – потери перетока.