Главной особенностью излагаемого здесь метода расчета надежности схем РУ является учет увеличения длительности КЗ при отказах выключателей в автоматическом отключении при отказах защищаемых ими элементов (линий, генераторов, трансформаторов), а также при отказах смежных выключателей, т. е. во всех случаях, когда действует УРОВ. Увеличение длительности КЗ во многих случаях может привести к нарушению устойчивости либо действию противоаварийной автоматики для предотвращения нарушения устойчивости и должно учитываться при оценке надежности РУ станций или подстанций системообразующих сетей.
Метод основан на полной модели отказов выключателей, или, иначе говоря, в нем учитываются все виды отказов выключателей, которые могут оказать влияние на принятие решения по выбору схемы РУ в проектной постановке задачи или при проверке допустимости режима работы основной сети в процессе эксплуатации, а именно:
ωст - частота отказов выключателей в статическом состоянии типа ”КЗ в одну сторону”, а именно в сторону сборных шин, для выключателей элементов в схемах с их однократным присоединением ωст; типа ”КЗ в две стороны” в схемах с многократным присоединением элементов, а также для секционных и шиносоединительных выключателей в схемах с однократным присоединением элементов ωст2, 1/год;
αо.п - относительная частота (условная вероятность) отказов при оперативных переключениях (типа ”КЗ в одну αоп1 или две αоп2 стороны” в зависимости от вида схемы РУ подобно (ωст), отказ / операция;
αав — относительная частота (условная вероятность) отказов при автоматическом отключении поврежденных элементов, отказ / отключение;
ар - относительная частота (условная вероятность) отказов при автоматическом отключении поврежденных выключателей (развитие отказов в РУ), отказ / отключение.
Здесь не учтены отказы выключателей типа ’’разрыв”, а отказы типа ”КЗ в одну сторону” учтены лишь в схемах РУ с однократным присоединением (схемы радиального типа), причем только в сторону сборных шин.
Суммарная частота отказов выключателя в статическом состоянии и оперативных переключениях равна:
для РУ с однократным присоединением элементов
В качестве последних в большинстве случаев можно рассматривать лишь линии электропередачи, частоты отказов которых на порядок (и более) выше частот отказов генераторов (блоков) и трансформаторов, вызывающих автоматическое отключение.
Таким образом, исходными данными для расчета надежности схем РУ являются:
схема электрических соединений РУ, где все элементы и сборные шины обозначены порядковыми номерами, а выключатели - парами номеров, соответствующих объединенным ими элементам или сборным шинам (см. рис. 4.2);
частоты отказов выключателей в статическом состоянии и при оперативных переключениях, вычисленные по формуле
частоты отказов выключателей при автоматическом отключении поврежденных элементов, вычисленные по формуле (4.5), 1/год;
относительные частоты развития аварий, т. е. отказов выключателей при отключении отказавших выключателей, смежных с ними, αр;
номера элементов, находящихся в плановом ремонте, во время планового ремонта каждого из выключателей;
коэффициент простоя выключателя в плановом ремонте, кп = μ Тп/8760 (μ - частота плановых ремонтов, Тп - их средняя продолжительность).
Искомыми показателями являются виды аварийных ситуаций с дифференциацией по длительности КЗ, обусловленные ненадежностью РУ, и их частоты. При расчете надежности рассматриваются нормальный и ремонтные режимы работы РУ - последовательные ремонты каждого из выключателей. В нормальном режиме учитывается развитие отказов выключателей, т. е. возможность отказа поочередно каждого из выключателей, смежных с отказавшим.
Расчет надежности вручную выполняется табличным методом с раздельным рассмотрением нормального режима (учет развития отказов) и ремонтных режимов. Расчет нормального режима показан в табл. 4.3 и 4.4, где в первых двух левых столбцах указаны выключатели, последствия отказов которых рассматриваются, и относительные частоты их отказов. В табл. 4.3 рассматриваются отказы выключателей с частотой при развитии отказа поочередно на каждый из смежных с ними выключателей, приводящие к КЗ с длительностью tн + tнУРОВ. В табл. 4.4 рассматриваются отказы линейных выключателей при отключениях КЗ на линиях с частотами ωав с последующим отказом каждого из смежных с ним выключателей в сторону, противоположную линейному присоединению.
Длительность КЗ при каскадном отказе выключателей равна tн+ 2tУРОВ.
Расчет ремонтных режимов ведется в табл. 4.5 для отказов ωΣ и в табл. 4.6 для отказов ωав. Длительность КЗ при этом соответственно равна tн и tн + tУРОВ. В этих таблицах в отличие от табл. 4.3 и 4.4 в верхней строке приведены ремонтируемые выключатели и коэффициенты соответствующих ремонтных режимов. Черта над номером одного из объединенных выключателем элементов означает, что данный элемент в этом режиме выведен в плановый ремонт. В схеме РУ (рис. 4.2) это блоки 4 и 5 при ремонтах выключателей соответственно 1-4 и 2-5. В табл. 4.5 и 4.6 рассмотрены также отказы выключателей в нормальном режиме без развития отказов, так как они равноценны отказам в ремонтных режимах по длительности КЗ. Относительная продолжительность нормального режима равна 1-nКn, где n - количество выключателей в РУ.
В каждой из граф всех таблиц в верхней строке записывается аварийная ситуация 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.
В нижних строках граф записываются частоты аварийных ситуаций, вычисляемые по формулам:
в нормальном режиме с учетом развития отказа
в ремонтных режимах
Частоты аварийных ситуаций вычисляются лишь для тех из них, которые могут явиться причиной нарушения электроснабжения потребителей рассматриваемой системы, привести к нарушению устойчивости, действию специальной автоматики отключения нагрузки и др.
Таблица 4.6
Таблица 4.8
Итоговые результаты расчета представляются в виде табл. 4.7 - 4.9 отдельно для каждой длительности КЗ. В них описаны аварийные ситуации, даны соответствующие группировки элементов и их суммарные частоты, получаемые суммированием частот идентичных аварийных ситуаций с одинаковыми длительностями КЗ по всем графам табл. 4.3 - 4.6.
Так, табл. 4.7, где даны виды и частоты аварийных ситуаций при длительности КЗ, равной tн, является выборкой из табл. 4.5;
Таким образом, весь расчет надежности схем РУ с многократным присоединением элементов сводится к следующим операциям:
расчету исходных частот отказов выключателей по формулам (4.5);
выявлению и расчету частот аварийных ситуаций с дифференциацией по длительности КЗ (табл. 4.3-4.6);
составлению итоговых таблиц (табл. 4.7 - 4.9).
Значительно проще выполняется расчет надежности схем РУ с однократным присоединением элементов. Надежность таких схем РУ элементов можно характеризовать следующими показателями:
частотой отключения каждой из систем или секций сборных шин;
частотой одновременного отключения двух секций сборных шин, объединенных секционным выключателем;
частотой одновременного отключения двух систем сборных шин, к которым элементы присоединяются через развилки из двух разъединителей.
Исходными данными для расчета являются частоты отказов выключателей, вычисляемые для выключателей элементов по формуле (4.3) и для секционных и шиноприсоединительных выключателей по формуле (4.4), частоты отказов выключателей при автоматическом отключении, вычисляемые по формуле (4.5), а также коэффициент одновременности отключений двух систем сборных шин или двух секций при параллельном их расположении.
Искомые показатели надежности рассчитываются по следующим формулам:
частота отключения одной системы или секции сборных шин с длительностью КЗ, равной tн, 
