75
ремонтов, как и их количество, а также совершенствование систем контроля
и управления.
Для наиболее объективного рассмотрения данной выпускной
квалификационной работы и тех мероприятий, которые изложены,
необходимо определить надёжность существующей системы
электроснабжения – РУ-10кВ – ТП-10/0,4кВ, и системы электроснабжения
проектируемая, существенным свойством которой является децентрализация
потребителей 10кВ и потребителей до 1000В, что является следствием
применения оптимизированной системы электроснабжения с сокращением
ступеней промежуточной трансформации.
Для проведения полноценного анализа рассмотрим несколько схем
замещения подстанций:
1. Схема замещения существующей системы РУ 10кВ – ТП 10/0,4кВ.
Рисунок 3.1. При этом для рационального подхода будем рассматривать
именно такую систему, а не полную схему электроснабжения РП-10кВ, в
виду того, что результирующие значения будут иметь приблизительно
одинаковые значения и значительных отличий иметь не будут.
В-I
Л1 Л2
В-1 В-2
СВ-13
В-II
СВ-23
10кВ
Л2- ТП
В2- ТП
СВ-12 -ТП
В-I- ТП
Л1-ТП
В-1-ТП
Т1- ТП
В-II-ТП
Т2-ТП
Рисунок 3.1. Схема замещения существующей системы РУ 10кВ – ТП
10/0,4кВ
76
2. Схема замещения проектируемой системы ТП – 35/10кВ. Рисунок
3.2.
Л2
В2
СВ-12
В-I
Л1
В-1
Т1
В- II
Т2
Рисунок 3.2. Схема замещения проектируемой системы ТП – 35/10кВ.
3. Схема замещения проектируемой системы ТП – 35/0,4-0,4кВ.
Рисунок 3.3.
Л2
В2
СВ-12
В- I
Л1
В- 1
Т1
В- II
Т2
В- III В- IV
СВ-34
Рисунок 3.3. Схема замещения проектируемой системы ТП – 35/0,4-
0,4кВ.
Определим основные составные шаги расчётов, которые будут
приведены ниже по каждой из систем:
77
- составить модель структуры сети для анализа надёжности логико-
вероятностным методом и определить значения ее показателей.
- рассчитать и построить графики зависимости коэффициента
готовности системы и вероятности отказа питания от каждого источника
генерации на L = 5 последующих лет эксплуатации, с разбивкой по
кварталам.
- сделать сравнительные выводы по существующей и проектируемой
системам электроснабжения.
Сведём в таблицы 3.1-3.4 номинальные технические характеристики и
показатели надёжности элементов рассматриваемых систем.
Таблица 3.1
Технические характеристики и показатели надёжности элементов схем
Схема надёжности существующей системы РУ 10кВ
Характеристика
Обозначение
В1_10_сР
У
В2_10_сР
У
В-
I_10_сРУ
В-
II_10_сРУ
Л1_10_сР
У
Л2_10
_сР
У
Количество отказов за
4 года
n
о
0
0
0
0
0
0
для
выключателей
Номинальное
напряжение
U
нВ
кВ
10
10
10
10
Средняя частота
отказов в год
W
В
1/год
0,004
0,004
0,004
0,004
для КЛ
Количество цепей
nц
10
-3
лет/отказ
3
3
Длина цепи, км
1
1
Средняя частота
устойчивых отказов
при n-количестве
цепей
W
1/100
км×год
7,5
7,5
Приведённое значение
0,075
0,075
Таблица 3.2
Технические характеристики и показатели надёжности элементов схем
Схема надёжности существующей системы ТП – 10/0,4кВ
Характеристика
Обозначение
В1_10_с
ТП
В2_10_с
ТП
В-
I_0,4_сТ
П
В-
II_0,4_сТ
П
Т1_10/0,
4
Т2_10/0,
4
Л1_10_с
ТП
Л2_10_с
ТП
Количество
отказов за 4
n
о
0
0
0
0
0
0
0
0
78
года
для
выключателей
Номинальное
напряжение
U
нВ
кВ
10
10
0,4
0,4
Средняя
частота
отказов в год
W
В
1/год
0,004
0,004
0,05
0,05
для КЛ
Количество
цепей
nц
10
-3
лет/отказ
1
1
Длина цепи,
км
0,035
0,035
Средняя
частота
устойчивых
отказов
при n-
количестве
цепей
W
1/100
км×год
7,5
7,5
Приведённое
значение
0,00263
0,00263
для
трансформаторов
Номинальная
мощность
Р
нТ
МВА
2,5
2,5
Номинальное
напряжение
U
нТ
кВ
10
10
Средняя
частота
отказов в год
W
Т
1/год
0,008
0,008
Таблица 3.3
Технические характеристики и показатели надёжности элементов схем
Схема надёжности проектируемой системы
ТП – 35/0,4-0,4кВ
Характеристика
Обозначение
В1_35_пТП35/10
В2_35_пТП35/10
В-I_10_пТП35/10
В-II_10_пТП35/10
Т1_35/10
Т2_35/10
Л1_35_пТП35/10
Л2_35_пТП35/10
Количество
отказов за 4
года
n
о
0
0
0
0
0
0
0
0
для
выключателей
Номинальное
напряжение
U
нВ
кВ
35
35
10
10
Средняя
частота
отказов в год
W
В
1/год
0,004
0,004
0,004
0,004
для КЛ
Количество
цепей
nц
10
-3
лет/отказ
1
1
Длина цепи,
км
1
1
Средняя
частота
устойчивых
отказов
при n-
W
1/100
км×год
3,2
3,2
79
количестве
цепей
Приведённое
значение
0,032
0,032
для
трансформаторов
Номинальная
мощность
Р
нТ
МВА
2
2
Номинальное
напряжение
U
нТ
кВ
35
35
Средняя
частота
отказов в год
W
Т
1/год
0,01
0,01
Таблица 3.4
Технические характеристики и показатели надёжности элементов схем
Схема надёжности проектируемой системы
ТП – 35/0,4-0,4кВ
Характеристика
Обозначение
В1_35_пТП35/0,4
-0,4
В2_35_пТП35/0,4
-0,4
В-I_0,4_пТП
В-II_0,4_пТП
В-III_0,4_пТП
В-IV_0,4_пТП
Т1_3
5/0,4
-0,4
Т2_35/0,4
-0,4
Л1_35_пТП35/0,4
-0,4
Л2_35_пТП35/0,4
-0,4
Количество
отказов за 4
года
n
о
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
для
выключ
ателей
Номинальн
ое
напряжение
U
нВ
кВ
35
35
0,4
0,4
0,4
0,4
Средняя
частота
отказов в
год
W
В
1/год
0,004
0,004
0,05
0,05
0,05
0,05
для КЛ
Количество
цепей
nц
10
-3
лет/отказ
1
1
Длина цепи,
км
1
1
Средняя
частота
устойчивых
отказов
при n-
количестве
цепей
W
1/100
км×год
3,2
3,2
Приведённо
е значение
0,032
0,032
для
трансфо
рматоро
в
Номинальна
я мощность
Р
нТ
МВА
3,15
3,15
Номинальн
ое
напряжение
U
нТ
кВ
35
35
Средняя
частота
W
Т
1/год
0,007
0,007
80
отказов в
год
На основании схем замещения (Рисунок 3.1 3.3), составим логическую
функцию работоспособности ЛФР (рис. 3.7-3.9) для каждой из выше
приведённых схем, в которой для расчёта будем учитывать все возможные
пути от источника питания до потребителя. Чтобы выполнить это,
преобразуем схему замещения в структурную (рис. 3.4 – 3.6), где для анализа
надёжности введём дополнительные узлы и связи, при этом примем, что
шины всех классов напряжения имеют абсолютную надёжность и, как
следствие, в расчёте не учитывать.
Х1
Х22
Х2
Х12
Х3
Х4
Х5
Х23
Х34
Х45
Х6
Х7
Х8
Х9
Х67
Х26_1
Х26_2
Х48_1
Х48_2
Х55
Х89
Рисунок 3.4. Структурная схема существующей системы
РУ 10кВ – ТП 10/0,4кВ
Х23
Х12 Х56
Х1 Х6
Х45
Х2 Х5
Х3 Х4
Рисунок 3.5. Структурная схема проектируемой системы
ТП 35/10кВ
81
Х3
Х12 Х56
Х1 Х6
Х4
Х45
Х27
Х2 Х5
Х7
Х23 Х58
Х8
Рисунок 3.6. Структурная схема проектируемой системы
ТП 35/0,4-0,4кВ
1-2
2- 7
5- 4
4-9
4-7
2- 9
Рисунок 3.7. Схема представления ЛФР
(логическая блок-схема надёжности) существующей системы
РУ 10кВ – ТП 10/0,4кВ
1- 2
2-3
5-4
6-5
Рисунок 3.8. Схема представления ЛФР
(логическая блок-схема надёжности) проектируемой системы
ТП 35/10кВ
82
1-2
2-7
2-3
6-5
5-8
5-4
Рисунок 3.9. Схема представления ЛФР
(логическая блок-схема надёжности) проектируемой системы
ТП 35/0,4-0,4кВ
Согласно структурных схем (рис. 3.7 – 3.9) определим соответствие
параметров элементов схемы замещения и занесём их в соответствующие
таблицы.
Таблица 3.5
Соответствие параметров состояния структурной схемы элементам
схемы замещения существующей системы РУ 10кВ – ТП 10/0,4кВ
Х1
Состояние выключателя В1 (В1_10_сРУ)
Х26_1
Состояние выключателя В1_10_сТП
Х12
Состояние лини Л1 (Л1_10_сРУ)
Х26_2
Состояние линии до Л1-10-сТП
Х22
Состояние выключателя В-I (В-I_10_сРУ)
Х6
Состояние трансформатора Т1_10/0,4
Х2
Состояние шин 10кВ
Х67
Состояние выключателя BI_0,4_сТП
Х23
Состояние выключателя СВ-13 (СВ-13_10)
Х7
Состояние шин 0,4кВ
Х3
Состояние шин 10кВ
Х79
Состояние выключателя B12_0,4_сТП
Х34
Состояние выключателя СВ-23 (СВ-23_10)
Х9
Состояние шин 0,4кВ
Х4
Состояние шин 10кВ
Х89
Состояние выключателя BII_0,4_сТП
Х45
Состояние выключателя В-II (В-II_10_сРУ)
Х8
Состояние трансформатора Т2_10/0,4
Х55
Состояние лини Л2 (Л2_10_сРУ)
Х48_2
Состояние линии до Л2-10-сТП
Х5
Состояние выключателя В2 (В2_10_сРУ)
Х48_1
Состояние выключателя В2_10_сТП
Таблица 3.6
Соответствие параметров состояния структурной схемы элементам
схемы замещения проектируемой системы ТП 35/10кВ
Х1
Состояние выключателя В1
(В1_35_пТП35/10)
Х4
Состояние шин 10кВ
83
Х12
Состояние лини Л1 (Л1_35_пТП35/10)
Х45
Состояние выключателя В-II (В-
II_10_пТП35/10)
Х2
Состояние трансформатора Т-1 (Т1_35/10)
Х5
Состояние трансформатора Т-2 (Т2_35/10)
Х23
Состояние выключателя В-I (В-
I_10_пТП35/10)
Х56
Состояние лини Л2 (Л2_35_пТП35/10)
Х3
Состояние шин 10кВ
Х6
Состояние выключателя В2
(В2_35_пТП35/10)
Таблица 3.7
Соответствие параметров состояния структурной схемы элементам
схемы замещения проектируемой системы ТП 35/0,4-0,4кВ
Х1
Состояние выключателя В1
(В1_35_пТП35/0,4-0,4)
Х4
Состояние шин 0,4кВ
Х12
Состояние лини Л1 (Л1_35_пТП35/0,4-0,4)
Х8
Состояние шин 0,4кВ
Х2
Состояние трансформатора Т1 (Т1_35/0,4-
0,4)
Х45
Состояние выключателя В-II (В-
II_0,4_пТП)
Х23
Состояние выключателя В-I (В-I_0,4_пТП)
Х58
Состояние выключателя В-IV (В-
IV_0,4_пТП)
Х27
Состояние выключателя В-III (В-
III_0,4_пТП)
Х5
Состояние трансформатора Т2 (Т2_35/0,4-
0,4)
Х3
Состояние шин 0,4кВ
Х56
Состояние лини Л2 (Л2_35_пТП35/0,4-0,4)
Х7
Состояние шин 0,4кВ
Х6
Состояние выключателя В2
(В2_35_пТП35/0,4-0,4)
Теперь проведём расчёты по каждой системе.
Из анализа логической блок-схемы (Рисунок 3.7) можно сделать вывод,
что ЛФР системы электроснабжения представляет собой дизъюнкцию ЛФР
четырёх путей электропитания:
Z
1-2-6-7
+ Z
1-2-3-4-8-9
+ Z
5-4-8-9
+ Z
5-4-3-2-6-7
(3.1)
где Z – пути электропитания.
Раскрывая ЛФР правой части схемы получим:
Z = (х
1
х
12
х
22
х
2
х
26
х
26_1
х
26_2
х
6
х
67
х
7
) +
+ (х
1
х
12
х
22
х
2
х
23
х
3
х
34
х
4
х
48_1
х
48_2
х
8
х
89
х
9
) +
+ (х
5
х
55
х
45
х
4
х
48_1
х
48_2
х
8
х
89
х
9
) +
+ (х
5
х
55
х
45
х
4
х
34
х
3
х
23
х
2
х
26
х
26_1
х
26_2
х
6
х
67
х
7
) (3.2)
С учётом допущения об абсолютной надёжности состояния шин 10кВ и
0,4кВ х
2
= 1, х
3
= 1, х
4
= 1, х
7
= 1, х
9
= 1, что позволяет упростить
дизъюнктивную форму ЛФР:
84
Z = (х
1
х
12
х
22
) · (х
26_1
х
26_2
х
6
х
67
+ х
23
х
34
х
48_1
х
48_2
х
8
х
89
) +
+ (х
5
х
55
х
45
) · (х
48_1
х
48_2
х
8
х
89
+ х
34
х
23
х
26_1
х
26_2
х
6
х
67
) =
= Z
1-2
· (Z
2-7
+ Z
2-9
) + Z
5-4
· (Z
4-9
+ Z
4-7
) (3.3)
Раскроем выражения составляющих ЛФР P(Z = 1) для конкретного её
представления и заданного экспоненциального закона распределения:
- для блоков последовательных элементов примет следующий вид:
P(Z
1-2
= 1) = P(X
1
= 1) · P(X
12
= 1) · P(X
22
= 1) = p
1-2
= e
-(λ1+λ12+λ22)*t
(3.4)
P(Z
5-4
= 1) = P(X
5
= 1) · P(X
45
= 1) · P(X
55
= 1) = p
5-4
= e
-(λ5+λ45+λ55)*t
(3.5)
- для блоков параллельных элементов примет следующий вид:
P(Z
2-7
= 1) = P(X
26_1
= 1) · P(X
26_2
= 1) · P(X
6
= 1) · P(X
67
= 1) =
= q
2-7
= 1 - e
-(λ26_1+ λ26_2+λ6+λ67)*t
(3.6)
P(Z
4-9
= 1) = P(X
48_1
= 1) · P(X
48_2
= 1) · P(X
8
= 1) · P(X
89
= 1) =
= q
4-9
= 1 - e
-(λ48_1+ λ48_2+λ8+λ89)*t
(3.7)
P(Z
4-7
= 1) = P(X
34
= 1) · P(X
23
= 1) · P(X
26_1
= 1) · P(X
26_2
= 1) · P(X
6
= 1) ·
· P(X
67
= 1) = q
4-7
= 1 - e
-( λ34+λ23+λ26_1+ λ26_2+λ6+λ67)*t
(3.8)
P(Z2
-9
= 1) = P(X
23
= 1) · P(X
34
= 1) · P(X
48_1
= 1) · P(X
48_2
= 1) · P(X
8
= 1) ·
· P(X
89
= 1) = q
2-9
= 1 - e
-( λ23+λ34+λ48_1+ λ48_2+λ8+λ89)*t
(3.9)
Следующим шагом введём промежуточные обозначения:
– ВБР блока параллельных элементов Z
2-7
+ Z
2-9
:
р
2-7-9
= 1 – q
2-7-9
= 1 – q
2-7
· q
2-9
(3.10)
– ВБР блока параллельных элементов Z
4-9
+ Z
4-7
:
р
4-9-7
= 1 – q
4-9-7
= 1 – q
4-9
· q
4-7
(3.11)
– ВБР блока последовательных элементов Z
1-2
· (Z
2-7
+ Z
2-9
):
р
1-7-9
= 1 – q
1-7-9
= 1 – q
1-2
· q
2-7-9
(3.12)
– ВБР блока последовательных элементов Z
5-4
· (Z
4-9
+ Z
4-7
)
р
5-9-7
= 1 – q
5-9-7
= 1 – q
5-4
· q
4-9-7
(3.13)
– ВО питания на пути от узла 1 на структурной схеме анализа
надёжности: