Модели для оценки структурной надежности резервируемых электросетей.
При выборе оценочных моделей, приведенных в табл. 5.22, учтены основные особенности построения и функционирования СЭС-Г, схемы замещения которых могут включать последовательное, параллельное и мостиковое соединения элементов. Схемы замещения формируются с учетом того обстоятельства, что последовательное и параллельное соединения в надежностном смысле могут отличаться от аналогичных электрических соединений. Если, например, ЛЭП состоит, как показано на рис. 5.8, из двух цепей, присоединенных к одному выключателю, в надежностном толковании такие цепи соединены последовательно, так как отказ любой из них вызовет отключение всей системы. Преднамеренные отключения при определении надежности за короткий период времени (при выборе ремонтных схем или при управлении режимами) учитываются детерминирование. При анализе же надежности за длительный период (например при проектировании) преднамеренные отключения рассматриваются как поток случайных событий, если Тр не менее одного года.
Рис. 5.8. Двухцепная ЛЭП
Модели, приведенные в табл. 5.22, заимствованы из [65, 66] и могут использоваться для расчета показателей надежности мостиковых структурных схем. Расчет показателей надежности каждого МС выполняется по формулам (5.46) - (5.52). Расчет надежности всей системы, представленной цепью последовательных МС, выполняется по (5.44), (5.45), где вместо ωj и Твi учитываются рассчитанные по (5.46) - (5.52) эквивалентные показатели надежности МС. Формулы (5.39), (5.40) справедливы, если преднамеренные отключения считать независимыми событиями. При отключении же взаимосвязанных элементов суммарная частота преднамеренных отключений цепочки меньше суммы частот отключений отдельных элементов, что учитывается при помощи коэффициента совмещения gj/0. С помощью gj/o учитывается общее число отключений Mj(t) j-ro элемента и число его преднамеренных отключений за время t, произведенных совместно с преднамеренными отключениями наиболее часто отключаемого базового элемента.
Пример 5.9. Определить показатели надежности участка электрической сети, представленного на рис. 5.9, а, данные о надежности элементов которого указаны в табл. 5.23.
Рис. 5.9. Участок электрической сети с короткозамыкателей и отделителем
Решение. Схема замещения представлена на рис. 5.9, б.
Показатели надежности согласно (5.44), (5.45) равны
Для заданного участка сети расчет преднамеренных отключений выполняется по (5.42), (5.43), при этом в качестве базового принят элемент 1 (ВЛ 110 кВ):
При расчете по (539), (5.40) без учета взаимного влияния Тв.с= 2,77 год-1.
Пример 5.10. Определить показатели надежности схемы, представленной на рис. 5.10, а. Питание узла нагрузки осуществляется по ВЛ и кабельной линии (КЛ). Показатели надежности выключателей и шин РУ не учитываются. Протяженность ВЛ и КЛ соответственно 10 и 3 км.
Рис. 5.10. Участок электрической сети с резервированием воздушной ЛЭП кабельной (подчеркнутая цифра - длина участка, км)
Рис. 5.11. Схема литания узла нагрузки
Пользуясь формулами (5.50) - (5.52), получаем
Учет надежности коммутационной аппаратуры устройств релейной защиты и автоматики. Особенности учета применяемых КА и средств РЗА при оценке надежности работы СЭС-Г и ее элементов отражены в формулах, приведенных в табл. 5.24. Будучи элементом силовой электрической цепи, КА может отказать в нормальном режиме. Такие отказы называют статическими (перекрытие опорной изоляции, перегрев и т. п.). В случае же воздействия на КА устройств РЗА для выполнения ими основных функций по включению (отключению) может произойти отказ в удовлетворении требования на срабатывание. Такие отказы называют отказами функционирования, к которым относятся: отказы в срабатывании (невыполнение РЗА и КА заявок на срабатывание); излишние срабатывания (срабатывание РЗА и КА при поступлении заявки не на данное, а на другое устройство); ложные срабатывания (срабатывание КА и РЗА при отсутствии требований на срабатывание) [4].
В (5.56), (5.57) учитывается лишь статическая надежность выключателей ЛЭП, находящихся на приемной и передающей подстанциях, что справедливо для одноцепных линий. Для двухцепных линий, отказы которых нельзя считать независимыми, используется схема замещения, приведенная на рис. 5.12, в которой параллельно соединенные элементы 1 и 2 соответствуют показателям надежности отдельных цепей, характеризующим их независимые отказы. Общий элемент 3 характеризует одновременный отказ обеих цепей, как зависимых элементов.
Расчет надежности электроснабжения потребителей, присоединенных к распределительной сети.
Ниже рассмотрены характерные для городских электрических сетей варианты расчета надежности питания s-x потребителей или УН, предполагающие определение надежности части схемы сети, заключенной между УН и ИП. Распространенные в СЭС городов петлевые схемы нормально функционируют в разомкнутом режиме, как показано на рис. 5.13, а. При этом один из КА (аппарат потребителя ПЗ в направлении П4) находится в отключённом состоянии. В такой схеме отказ любого участка полуцепочки приводит к обесточению любого потребителя на время прибытия оперативно-выездной бригады к ИП, поиска и локализации поврежденного элемента, которое для городских сетей рассматриваемого типа согласно [65] может быть рассчитано следующим образом:
Частота отключений УН рассчитывается по схеме замещения, показанной на рис. 5.13, б, для потребителей П1, П2 и П3 суммированием ω элементов соответствующей полуцепочки. Для потребителей П4 и П5 расчет производится аналогично, но с использованием схемы замещения, представленной на рис. 5.13, в.
Рис. 5.12. Схема замещения для двухцепной линии с зависимыми отказами ее цепей
Рис. 5.13. Резервированная распределительная сеть с двумя независимыми источниками питания
Рис. 5.14. Резервированная распределительная сеть с числом независимых источников питания более двух
Схемы рассматриваемого типа выполняются с дополнительным резервированием, как показано на рис. 5.14, с целью повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей в случаях наложения отказов резервных линий на плановые ремонты основных, рабочих линий. Расчет частоты и длительности восстановления электроснабжения по отношению к отдельным узлам и потребителям производится по аналогии со схемой, представленной на рис. 5.13.
Вероятность одновременного отказа нескольких линий в таких схемах достаточно мала, но возможность одновременного обслуживания двух и более линий не исключается в ремонтных режимах. При отключении, например, линий 10-11, 2-3, 6-7 все потребители получат энергию, но из-за отсутствия действующего в этот момент резерва надежность их электроснабжения в таких режимах существенно снижается [80]. Поэтому анализ надежности с учетом ремонтных режимов выполняется, как показано ниже, на основе ситуационного моделирования.
Расчет надежности схем рассматриваемого уровня иерархии при наличии в них АВР должен производиться с учетом взаимного наложения отказов рабочих и резервной полуцепей, а. также с учетом преднамеренных отключений по формулам 5.46) - (5.52) для параллельного соединения элементов. То же относится к многолучевым схемам.
Если для всей схемы СЭС, включающей питающую и распределительную сети, не представляется возможным выполнение совместного расчета, задача решается по частям. В таком случае при расчете показателей надежности на низшем уровне иерархии расчетные точки верхнего уровня рассматриваются как имеющие независимое питание. По отношению к выбранным расчетным точкам, рассматриваемым в качестве ИП для распределительной сети третьего уровня, производится расчет надежности питающей сети, которая в силу рассмотренных выше ее особенностей обычно представляется мостиковой схемой замещения. При оценке показателей надежности питающих сетей учитываются преднамеренные отключения и взаимное наложение отказов и преднамеренных отключений взаимно резервированных элементов. Показатели надежности питания s-гo УН рассчитываются окончательно следующим образом:
(5.63)
где R - число учитываемых структурно-иерархических уровней; ωr(s), Тт(s) - показатели надежности в расчетной точке r-го уровня по отношению к s-му потребителю.
Пример 5.12. Требуется определить показатели надежности электроснабжения потребителя Р на шинах 10 кВ распределительного пункта РП. Параметры оборудования и ЛЭП питающей сети второго и первого уровней, необходимые для расчета, приведены на рис. 5.15. Питание ПС1 осуществляется по двухцепной ВЛ 110 кВ от ЭЭС; ПС2 питается по одной линии 110 кВ от электростанции и получает резервное питание от ПС1 по ВЛ 110 кВ. На приемном конце ВЛ 110 кВ оборудовано двустороннее АВР, что позволяет питать ПС1 при отказе обоих цепей 110 кВ от ЭЭС. Предполагается, что ограничение по пропускной способности элементов системы отсутствует.
Решение. Действительная схема замещения представлена на рис. 5.16, а показатели надежности ее элементов - в табл. 5.25. Ниже приведена последовательность расчета надежности.
Узел 1—11 секция РУ 110 кВ ПС1: показатели надежности определяются согласно (5.58)-(5.61):
Рис. 5.15. Схема питающей и распределительной сетей
Рис. 5.16. Исходная схема замещения
Таблица 5.25
Рис. 5.17. Преобразованная схема замещения
Рис. 5.18. Неразделимая двухполюсная структура для расчета
Окончательная в результате всех преобразований схема приводится к неразделимой двухполюсной структуре (рис. 5.18), после чего формируется последовательность МС в полученной структуре, приведенных в табл. 5.26.
Рис. 5.19. Схема замещения при "нулевых" показателях надежности узлов электрической сети
Далее схема на рис. 5.18 преобразуется таким образом, чтобы показатели надежности в узлах были нулевыми [6], после чего получается схема замещения, показанная на рис. 5.19. По МС схемы на рис. 5.19 произведен расчет результирующих показателей надежности СЭС относительно узла Р. Показатели надежности
Окончательно показатели надежности питания узла Р равны:
