Излагаемые в данном параграфе методы предназначены для таких расчетов надежности РУ электрических сетей, в которых можно не считаться с опасностью нарушения устойчивости параллельной работы станций или нагрузок.
В упрощенной модели выключателя различаются два вида отказов - внезапный, когда отключаются все выключатели, смежные с отказавшим, и обнаруживаемые персоналом при обходах или осмотрах и требующие лишь вывода данного выключателя во внеплановый ремонт. Напомним, что при этом под выключателем понимается все оборудование, находящееся в его ячейке РУ, - сам выключатель, разъединители, участок, сборных шин, измерительные трансформаторы, разрядники.
В распределительных устройствах радиального типа, в которых каждая цепь защищена одним выключателем, внезапные отказы приводят к отключению всех цепей, присоединенных к той же системе (секции) сборных шин, что и отказавший выключатель.
В РУ с одиночной секционированной системой сборных шин или двойной системой сборных шин и с фиксированным присоединением цепей при этом отключается половина всех цепей, коммутируемых в РУ.
Рис. 4.2. Схема РУ электростанции
В РУ кольцевого типа, в которых каждая цепь защищена двумя выключателями, отказы этого вида особенно опасны в ремонтных режимах работы, когда схема РУ ослаблена выводом отдельных выключателей в плановый ремонт. Здесь возможно одновременное отключение двух-трех цепей.
Последствия отказов второго вида менее опасны, так как распространяются лишь на защищаемую данным выключателем цепь, приводят к вынужденному простою ее в схемах радиального типа без обходного выключателя или к ослаблению схемы РУ при выводе отказавшего выключателя во внеплановый ремонт.
Расчет надежности схем РУ заключается в определении математических ожиданий чисел отключений элементов (линий, трансформаторов, генераторов) и делений РУ на электрически не связанные части, а также длительностей вынужденного простоя отключившихся элементов или работы с делением РУ вследствие отказов выключателей РУ в нормальном и ремонтном режимах работы РУ. Ниже излагается формализованный метод расчета указанных характеристик надежности РУ, основанный на идее табличного метода В.Д. Таривердиева [31].
Исходными данными для расчета являются схема РУ (рис. 4.2) и показатели надежности выключателей - частота внезапных отказов выключателей РУ ω'вί, 1/год, время восстановления выключателей Тв, ч, периодичность и длительность плановых ремонтов μ, 1/год и Тп, ч, а также время, необходимое для выявления отказавшего выключателя, То, ч, и время для отключения (включения) разъединителя Тр, ч. В схеме РУ все элементы и сборные шины обозначены порядковыми номерами, а выключатели - парами номеров, соответствующих объединяемым ими элементам и сборным шинам.
Расчет ведется по форме табл. 4.1, где в первых двух левых столбцах указаны выключатели, последствия отказов которых рассматриваются, и соответствующие частоты отказов, а в головке - ремонтируемые выключатели и соответствующие коэффициенты режимов работы РУ
.
Нормальному режиму работы РУ приписан индекс 0; коэффициент нормального режима
где п - количество выключателей в РУ.
Для каждого режима (нормального и ремонтных) производится оценка последствий отказов поочередно каждого выключателя, а именно выявляются отключившиеся элементы (генераторы, трансформаторы, линии), и деления РУ на электрически не связанные части, а также вычисляется частота таких отказов, 1/год:
и длительность вынужденного простоя отключенных элементов или работы с делением РУ, ч.
Результаты анализа последствий отказов (’’аварийной ситуации”) и расчета записываются в три строки клеток на пересечении соответствующих строк и столбцов. Аварийная ситуация записывается в виде группировки элементов, получающейся после отказов выключателей. В записи группировки знаком / выделены отключившиеся элементы или выделившиеся группы элементов. Основная часть элементов, оставшихся объединенными, в записи опущена. Например, группировка 1/2/ означает отключение элементов 1 и 2, а группировка 1/2,5/ - отключение элемента 1 и выделение элементов 2 и 5.
Суммируя математические ожидания отказов, имеющих одинаковые последствия, можно сделать по форме табл. 4.2 выборку, характеризующую надежность рассматриваемого РУ. Объем выборки может быть различным в зависимости от цели
исследования надежности РУ, например: оценка числа отключений генераторов, разрывов связей с приемными системами или источниками питания, чисел и значений набросов мощности на электропередачи и т.п.
Время вынужденного простоя элементов, которые отключаются при отказах выключателей или линий, определяется либо временем, необходимым для отделения отказавшего выключателя или линии [см. (1.1)], либо длительностью одновременного простоя отказавшего и находящегося в плановом ремонте выключателей (1.14). При расчетах времени, необходимого для отделения отказавших выключателя или линии, принято То = 0,3. Отказавший выключатель отделяется двумя разъединителями, линия - одним.
В графах табл. 4.1, где указаны две длительности вынужденного простоя, первая соответствует длительности одновременного простоя обоих отключившихся элементов, вторая - длительности вынужденного простоя одного из них, а именно присоединенного между отказавшим и ремонтируемым выключателями. В табл. 4.2 выделены лишь отказы с отключениями двух генераторов, с разрывом связи с подстанцией А, с одновременными отключениями линии 3 и одной из линий 1 или 2, а также с отключением автотрансформатора.
В заключение следует оговорить некоторые допущения, принятые в предлагаемом методе и рассмотренном примере.
- Отказы выключателей частично являются следствием КЗ на линиях электропередачи. Отдельный учет отказов линий и отказов выключателей приводит к некоторому завышению числа простоев линий, однако несущественному, так как параметр потока отказов выключателей на порядок меньше параметра потока отказов линий.
- Плановый ремонт сборных шин не учитывается в рассмотренном примере, так как коэффициент соответствующего режима весьма мал (менее 0,001).
Для схем РУ с двойной системой сборных шин и с одним выключателем на присоединение необходим дополнительный учет одновременных отказов обеих систем сборных шин в соответствии с рекомендациями в § 1.2.
- Коэффициенты ремонтных режимов РУ определены без учета вынужденных простоев (ремонтов) выключателей. Если время вынужденного простоя выключателя за год соизмеримо
с временем его предупредительного ремонта, то коэффициенты ремонтных режимов должны вычисляться по формуле
- Обычно предупредительный ремонт выключателей присоединений генераторов (блоков) производится одновременно с ремонтом турбоагрегатов. Поэтому в таких ремонтных режимах отключения генераторов, присоединенных к ремонтируемому выключателю, можно не учитывать при анализе надежности схем РУ.
Изложенный метод расчета применим для оценки надежности РУ со схемами любых видов. Однако для радиальных схем, где все разнообразие последствий отказов выключателей содержит лишь случаи отключения отдельных систем (секций) сборных шин или всего РУ, можно воспользоваться приведенными ниже формулами, а не составлять громоздкие таблицы.
Для схем РУ с двойной системой шин или с одиночной секционированной системой шин показателями надежности являются:
а) частота отключений одной системы (секции) шин
(4-1)
где nс - число присоединений к данной системе (секции) шин;
б) частота отключений обеих систем (секций) шин
(4.2) где
- частота внезапных отказов шиносоединительного (секционного) выключателя; ω2ш - частота одновременных отключений двух систем шин, определяемая по (1.2).
Время восстановления для каждого из указанных отказов в РУ равно времени переключений (1.1).
Для схем с одиночной системой сборных шин необходимо также определить продолжительность планового простоя каждой из секций в соответствии с (1.3). В схемах с двойной системой шин предупредительные ремонты шин можно не учитывать, так как они не приводят к простою элементов, коммутируемых в РУ, а обусловленное этими предупредительными ремонтами снижение надежности РУ учтено в (1.2).
