Стартовая >> Архив >> Надежность электроснабжения промышленных предприятий

Основные понятия надежности элементов систем электроснабжения - Надежность электроснабжения промышленных предприятий

Оглавление
Надежность электроснабжения промышленных предприятий
Система энергоснабжения
Топливоснабжение
Трубопроводные системы
Нормальный режим электроснабжения
Качество электроэнергии
Нарушения нормального режима
Влияние на работу приемников электроэнергии устройств РЗА и автоматики
Перерывы электроснабжения
Ограничения по мощности и электроэнергии
Влияние качества электроэнергии на работу асинхронных электродвигателей
Влияние качества электроэнергии на работу синхронных электродвигателей
Влияние качества электроэнергии на работу других электроустановок
Живучесть системы электроснабжения
Устройства бесперебойного электроснабжения
Технико-экономические расчеты в задачах надежности
Оценка ущерба, вызванного нарушением нормального режима электроснабжения
Информация для оценки ущерба
Анализ последствий нарушения нормального режима электроснабжения азотно-тукового завода
Анализ последствий нарушения нормального режима электроснабжения бурения скважин
Параметры оптимизации и уровни надежности
Основные понятия надежности элементов систем электроснабжения
Оптимизационные задачи надежности электроснабжения
Оптимальное распределение резервов и очередности введения
Список литературы

Системы электроснабжения современных промышленных предприятий представляют собой сложную разветвленную, иерархическую систему с большим числом промежуточных коммутирующих, трансформирующих и преобразующих пунктов и устройств, наличием сетей различных напряжений и видов конструктивного исполнения. Общее число различных аппаратов, приборов в этих схемах равно десяткам тысяч. Используемые в системах электроснабжения аппараты, приборы даже в пределах одного предприятия различаются не только по уровням тока и напряжения, но и по конструктивному исполнению (например, выключатели для наружной и внутренней установки). Электрические коммуникации в этих системах также весьма разнообразны — воздушные линии разных напряжений, шинопроводы различных конструкций, кабельные линии различных напряжений и способов прокладки.

Даже отдельные детали этих элементов, выполняющие одну и ту же роль, могут быть весьма разными (например, кабельные присоединения к приемникам электроэнергии и к аппаратам). Если надежность системы электроснабжения оценивать по надежности отдельных аппаратов, устройств, приборов и т. п., то схема для расчета надежности окажется очень громоздкой и сложной. Возникает вопрос о целесообразности расширения понятия элемента в сложной схеме электроснабжения. Это понятие является в определенной мере условным, т. е. связанным с конкретными, условиями. В зависимости от постановки задачи исследования одну и ту же часть данной системы электроснабжения можно рассматривать и как систему и как элемент системы. Например, если анализируют надежность системы электроснабжения предприятия в целом, то отдельные промежуточные цеховые подстанции можно считать элементами системы электроснабжения. Однако при анализе надежности электроснабжения отдельных цехов эти же подстанции или распределительные устройства целесообразно рассматривать как определенную систему. Если рассматривают распределительное устройство как систему и оценивают ее надежность, то ее элементами могут быть комплектные устройства, составляющие данную подстанцию. В свою очередь если изучают надежность комплектного устройства, то оно будет представлять собой систему, состоящую из отдельных элементов — разъединителей выключателей, трансформаторов тока и др. Если определяют надежность отдельного оборудования, например выключателя, то он уже будет представлять собой систему элементов, образующих данный выключатель.
Показателями надежности элементов или системы называют величины, с помощью которых количественно оценивают надежность. Надежность зависит от большого числа факторов. Вопрос о показателях надежности элементов систем электроснабжения является сложным. Дело не только в сложности сбора информации, связанной с многообразием климатических и местных факторов, влияющих на надежность элементов систем электроснабжения, но также и в необходимости сбора большого числа данных за достаточно большой промежуток времени. При проектировании систем электроснабжения рассматриваются объекты, которые будут введены в действие через 2—5 лет и эксплуатироваться в последующие десятилетия. При этом предусматривается новое оборудование и аппараты, информации о надежности которых в условиях эксплуатации еще недостаточно. Поэтому возникает второй вопрос — оценка надежности новых элементов в схемных решениях.

Применительно к надежности систем электроснабжения еще нет достаточно сложившихся понятий и терминов надежности. Особенно это относится к надежности систем электроснабжения промышленных предприятий, поскольку она непосредственно связана с энергосистемой и, следовательно, терминология должна «стыковаться». С другой стороны, надежность системы электроснабжения промышленного предприятия рассматривается совместно с надежностью технологической схемы, и, следовательно, здесь также необходима однозначность понятий терминов надежности.
ГОСТ 13377 — 75 устанавливает следующие термины и понятия, которые могут быть использованы при рассмотрении вопросов надежности.
Исправное состояние объекта — состояние, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Неисправное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией.
Работоспособное состояние (работоспособность) — состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров (например, уровни напряжения, качество электроэнергии, расход энергетических ресурсов и т. п.) в пределах, установленных нормативно-технической документацией.
Неработоспособное состояние (неработоспособность) — состояние объекта, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией.
Следует различать устранимое и неустранимое состояния неработоспособности. В первом случае работоспособность объекта может быть восстановлена выполнением ремонтных работ, во втором восстановление работоспособности технически невозможно или экономически нецелесообразно.
Понятие исправности шире, чем понятие работоспособности. Работоспособный объект в отличие от исправного удовлетворяет лишь тем требованиям нормативной документации, которые обеспечивают его нормальное функционирование при выполнении заданных функций. Например, трансформатор, имеющий вмятины на радиаторах (если только они не протекают), работоспособный, но неисправный, поскольку через некоторое время радиатор, ослабленный вмятиной, может дать течь. При очередном ремонте радиаторы должны быть приведены в норму. Линия электропередачи с неокрашенными опорами может быть использована для передачи электроэнергии. Но она не может считаться исправной, поскольку ее опоры подвержены более интенсивной коррозии и должны быть в ближайшее время окрашены.
Предельное состояние — состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, или неустранимого отклонения заданных параметров от установления пределов, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или необходимости проведения среднего либо капитального ремонта.
При выборе показателей надежности систем электроснабжения существенное значение имеет решение, которое должно быть принято в случае отказа объекта. Если, например, в рассматриваемой ситуации восстановление работоспособности промежуточного питательного пункта в системе электроснабжения нецелесообразно, то он является невосстанавливаемым. Однако на следующем этапе эксплуатации восстановление его целесообразно. Таким образом, один и тот же объект в зависимости от особенностей системы электроснабжения может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым. Чаще всего свойство восстанавливаемости объектов рассматривается однозначно. Например, осветительная лампа накаливания — практически всегда — невосстанавливаемое изделие, трансформатор, выключатель — восстанавливаемые изделия. Но даже и этот пример условный. Во время Отечественной войны, в условиях ограниченного снабжения и необходимости экономии всех ресурсов, перегоревшие осветительные лампы накаливания ремонтировались.
Термины не восстанавливаемый объект и восстанавливаемый объект не заменяют собой понятия ремонтируемый объект и перемонтируемый объект, так как последние характеризуют приспособленность объектов к проведению ремонтов и технического обслуживания, а первые относятся к условиям восстановления работоспособности объектов в конкретной ситуации в процессе эксплуатации. В некоторых случаях эти понятия совпадают. Например, неремонтируемый объект обычно одновременно является и невосстанавливаемым, а ремонтируемый объект можно рассматривать как невосстанавливаемый или как восстанавливаемый в зависимости от условий эксплуатации. Например, выключатель в системе электроснабжения является по существу перемонтируемым элементом, но это не означает невозможности его ремонта и восстановления.
Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта, определяется и оценивается с помощью показателей, которые выбирают и определяют с учетом особенностей рассматриваемого объекта, режимов и условий его эксплуатации и последствий отказов. Значения показателей надежности объекта в зависимости от условий ее обеспечения могут изменяться на различных стадиях его создания и существования — в процессе проектирования, производства и эксплуатации. Это связано с уровнем качества этих процессов, подготовки персонала и т. п.
Различают единичный показатель надежности, относящийся к одному из свойств, и комплексный, относящийся к нескольким свойствам, составляющим надежность объекта.
Под резервированием понимают метод повышения надежности объекта введением избыточности. Избыточность — дополнительные средства и возможности сверх минимально необходимых для выполнения объектов заданных функций.
Резервирование может быть структурным — использование избыточных элементов структуры объекта; временным — использование избыточного времени; информационным — использование избыточной информации; функциональным — использование способности элементов выполнять дополнительные функции; нагрузочным — использование способности объекта воспринимать дополнительные нагрузки. Резерв может быть нагруженным, когда резервный элемент находится в том же режиме, что и основной; облегченным — резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной; непогруженным — резервный элемент практически не несет нагрузки.
Различают следующие виды резервирования: общее — резервируется объект в целом; раздельное — резервируются отдельные элементы объекта или их группы; смешанное — совмещены различные виды резервирования.
Резервирование, при котором резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основным, называют постоянным резервированием.
Резервирование, при котором функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного, называют резервированием замещением.
Резервирование замещением, при котором группа основных элементов объекта резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых  может заменить любой отказавший основной элемент в данной группе, называют скользящим резервированием.
Кратностью резервирования называют отношение числа резервированных элементов к числу резервируемых ими основных элементов объекта. Резервирование, кратность которого равна единице, называют дублированием.
Надежность системы электроснабжения и ее элементов, определяемая в реальных условиях эксплуатации с учетом воздействия внешних и внутренних факторов, связанных с особенностями среды (загазованностью, влажностью, запыленностью), климатическими условиями, режимами работы, условиями обслуживания, называют эксплуатационной надежностью.
Несмотря на единство принципов и основных положений, принимаемых при проектировании и сооружении, схемы электроснабжения промышленных предприятий характеризуются большой индивидуальностью, определяемой спецификой производства. Даже предприятия, выпускающие однородную продукцию или добывающие одинаковые ископаемые, различаются по технологическому принципу. Например, водород может быть получен и на электролизных установках и путем конверсии природного газа; уголь добывается и шахтным способом и на открытых разработках; нефть добывается на обычных (на суше) и на морских промыслах и т. д. Но при одних и тех же способах производства бывают местные особенности, например угольные шахты могут быть с большим или меньшим притоком воды и газов. Климатические условия также вносят существенные изменения в конструктивные и технологические решения одного и того же производства. Например, при одинаковых способах бурения нефтяных скважин и добычи нефти требования, предъявляемые к оборудованию, применяемому на Тюменских нефтепромыслах, отличаются от требований, предъявляемых к оборудованию на Апшеронских нефтепромыслах.
Различие технологических принципов, климатических условий, местных факторов не только приводит к индивидуальности схемных решений и конструкции оборудования, но и отражается на его эксплуатационной надежности и схеме электроснабжения в целом. Поэтому использование обобщенных средних показателей надежности элементов системы электроснабжения при проектировании схем электроснабжения промышленных предприятий может привести к большим просчетам.
Следует иметь в виду, что весьма существенно изменяются не только показатели удельной повреждаемости     элементов системы электроснабжения, но и наработка на отказ, время восстановления и т. п. Например, если обрыв провода в электрических сетях 6— 35 кВ в нормальных условиях обнаруживается и ликвидируется относительно быстро, то на морских нефтепромыслах на это может понадобиться несколько дней. Количественные изменения показателей надежности могут не только привести к изменению количественных показателей резервирования, но и потребовать принципиально новых решений систем энергоснабжения. В связи с этим возникает необходимость сбора соответствующей статистической информации для определения надежности элементов системы электроснабжения в конкретных условиях эксплуатации.
Большую работу по организации сбора таких данных выполняет институт ВНИИ проектэлектромонтаж, который после соответствующей систематизации подготавливает информацию по надежности элементов систем электроснабжения промышленных предприятий для использования при проектировании. Опыт эксплуатации предприятий, где энергетическая служба поставлена достаточно хорошо и налажен сбор необходимой информации, показывает, что наличие материалов об эксплуатационной надежности в конкретных местных условиях дает возможность построить оптимальные системы электроснабжения с минимальными затратами. Поэтому вопросу сбора данных о надежности элементов схем электроснабжения в местных условиях необходимо уделять должное внимание.
Необходимо продумать принципы и технические средства, позволяющие систематизировать сбор, хранение и поиск такой информации, которые могут быть организованы на данном предприятии без применения специальной сложной техники. Систему сбора и обработки эксплуатационной статистики необходимо организовать так, чтобы обеспечить достоверность информации. Объем информации должен быть лаконичен, исчерпывающе отражать данные, а формы и методы ведения необходимой документации должны обеспечивать удобство и простоту ее составления. Необходимо обратить внимание на то, чтобы действующая на предприятии система материального стимулирования персонала обеспечивала объективное отношение лиц, которые собирают и обрабатывают данные. Информация должна быть однородна, сопоставима и поступать систематически.
Одним из основных первичных источников информации являются акты расследования аварий и брака в работе энергетического и электротехнического оборудования.
Сводки должны содержать следующие данные: адресную информацию; краткую характеристику оборудования; условия и режим работы; характеристику неисправности; время обнаружения неисправности и дату последнего ремонта или ликвидации последнего отказа; мероприятия по устранению неисправности; время, необходимое на устранение неисправности; затраты на устранение неисправности и другие дополнительные сведения. Для правильной оценки надежности необходимы данные не только об отказавшем оборудовании или элементах схемы электроснабжения, но и о неотказавшем.
Обработка информации позволит установить фактически показатели надежности оборудования, причины отказов, оценку технического уровня оборудования, данные для обоснования профилактических ремонтов и сроков службы оборудования, затрат на ремонт и восстановление работоспособности оборудования, а также получить необходимые данные для оценки надежности всей схемы электроснабжения. Обработка информационного материала даст возможность разработать мероприятия по обеспечению работоспособности оборудования в течение гарантированного ресурса, по созданию нового и модернизации существующего оборудования, а также позволит найти новые принципиальные решения по созданию оптимальной системы электроснабжения рассматриваемых объектов.
Настоятельная необходимость требует создания единой информационно-поисковой системы, т. е. единого информационного языка (кода), правил кодирования и декодирования информации. Такая система может быть построена на основе использования стандартных перфокарт с двухрядной внешней (краевой) перфорацией для занесения на них всей необходимой информации.

Численные значения показателей надежности* являются статистическими и, следовательно, приближенными; их точность зависит от объема используемых статистических данных: чем он больше, тем точнее определены показатели надежности. Поскольку объем данных, как правило, невелик, то необходимо оценивать точность результатов расчетов, получаемых по приближенным (статистическим) уравнениям. В математической статистике для оценки точности приближенных расчетов используют так называемые доверительные интервалы и вероятности.

* Численные значения показателей надежности называют также параметрами надежности.

Доверительный интервал — интервал, ограниченный доверительными границами, в котором с заданной доверительностью лежит оцениваемый параметр. Доверительная вероятность — вероятность того, что оцениваемый параметр лежит в заданном доверительном интервале. Пользуясь методом доверительных интервалов, можно определить минимальное число элементов, наблюдение за которыми обеспечит получение показателей надежности с заданной погрешностью.
Для определения доверительных интервалов и вероятности необходимо знать законы распределения рассматриваемых случайных величин. Численные значения показателей надежности определяют в следующем порядке: по данным опыта эксплуатации устанавливают статистические ряды исследуемых случайных величин и строят гистограммы; находят статистические плотности распределения случайных величин; рассчитывают теоретическую функцию плотности распределения случайных величин; находят законы распределения и их параметры; определяют численные значения показателей надежности и их доверительные пределы.



 
« Модернизированный распределитель с запоминающим устройством   Новое взрывозащищенное электрооборудование »
электрические сети