Курсовая работа специальные вопросы электроснабжения промышленных предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

Ущерб от перерыва электроснабжения определяется такими показателями надёжности,

как средний недоотпуск электроэнергии и экономический ущерб от ненадёжности.

Средний недоотпуск электроэнергии. Этот показатель характеризует не только все

основные свойства надёжности системы, но и режим её загрузки, и представляет собой

математическое ожидание недоотпуска электроэнергии потребителям за расчётный период

времени. Его оценка для узлов нагрузки и системы в целом является одной из конечных целей

расчётов надёжности.

Рассмотрим суть оценки недоотпуска электроэнергии. Пусть в процессе эксплуатации

объёкта в момент t наступил отказ, в то время как нагрузка потребителя составляла величину W

В общем случае отказ системы по отношению к рассматриваемому потребителю может быть не

полным, а частичным, когда система способна удовлетворять не всю нагрузку, а только её часть

. Недоотпуск электроэнергии при этом может быть найден как

 

 

 





Rн

dttDdtWtWЭ

где интервал времени (t÷t

) – время дефицита энергии и интегрирование осуществляется только в

области времени положительных дефицитов, т. е. когда D(t)>0:

D(t)=W

(t)–W

В практических расчётах интеграл заменяется суммой

 

 





Rн

tW-часtWЭ

где W

(t)час – среднечасовая текущая нагрузка потребителя в момент t, определяемая по

ожидаемому графику нагрузки в день аварии, Δt=1 час.

Недоотпуск электроэнергии за время Т потребителям узла нагрузки при полном

прекращении его электроснабжения можно определить по формуле

ПнПн

КТРКWЭ 

где Р

, W

– соответственно математическое ожидание мощности и энергии, потребляемой узлом

нагрузки за время Т; К

– коэффициент вынужденного простоя системы относительно узла

нагрузки (средняя вероятность состояния отказа).

Экономический ущерб от ненадёжности. Этот показатель надёжности является

наиболее полным. Он характеризует интегрально все свойства надёжности системы, включая

режим её загрузки и значимость потребителя энергии. Важность каждого потребителя с

экономической точки зрения характеризуется величиной удельного ущерба [У

, р./(кВт∙ч)].

Экономический ущерб при каждом отказе k (k=1, 2, … n) за некоторый период Т

k0k

ЭУУ 

Практическое задание.

На рис. 2 приведена схема электроснабжения завода. Завод питается от районной

энергосистемы (Г1 и Г2) по двум линиям электропередач. Коммутация линий и трансформаторов

осуществляется высоковольтными выключателями.

Параметры потоков отказов



и потоков преднамеренных отключений



элементов

системы электроснабжения, средние времена восстановления t

и длительности преднамеренных

отключений t

приведены в табл. 1.

Для упрощения расчетов коммутационные аппараты на стороне 10 кВ – В110, на стороне

10 кВ – В10 и трансформаторы Т по надежностным параметрам считать одинаковыми.

График нагрузки имеет две ступени: S

= 80iМВА; S

= 60iМВА. Соответствующие

вероятности этих значений Р

= 0,4; Р

= 0,6.

10 кВ

110 кВ

Г1 110кВ

В1

Л1

В4

10кВ

В3 В5

Т1 Т2

110кВ

В7

Л3

Л4

Т3

Т4

В8

В10

В9

В11

В12

10кВ

Т5

В13



Г2 110кВ

В2

Л2



А В

В6

Рис. 2. Схема электроснабжения завода

Таблица 1

Статистические данные элементов схемы

Элемент Л1 Л2 Л3 Л4 В110 В10 Т















год

годкм

./1

0,023 0,019 0,20 0,15 0,06 0,02 0.016

L, км 80 30 3 5 – – –

, час 30 30 40 40 15 10 280



, 1/год 2,2 1,8 0,25 0,2 3,5 1 0.33

, час 32 35 50 45 32 10 110

Допущения: при расчете принять вероятность отказа сборных шин равной 0; время

оперативных переключений не учитывать; считать, что во время аварийного восстановления

преднамеренных отключений не производится; принять, что вероятности отказов линий и

подстанций не зависят от значений нагрузки; поток отказов простейший.

Расчеты выполнить для узла нагрузки А схемы (рис. 2). Элементами, подлежащими

преднамеренному отключению для ремонта являются выключатель В3 и трансформатор Т1.

Требуется определить:

1) параметр потока отказов системы электроснабжения для указанного узла нагрузки;

2) среднее время безотказной работы;

3) среднюю вероятность отказа;

4) среднее время восстановления;

5) недоотпуск электроэнергии заводу за год.

Параметры по п. 1-5 должны быть определены без учета и с учетом преднамеренных

отключений. Результаты расчета сопоставить, проанализировать и сделать выводы.

Решение.

Из принципиальной схемы, приведенной на рис. 2, составляем схему электроснабжения,

обеспечивающую питанием узел нагрузки А, которая будет иметь вид, показанный на рис. 3.

Полученную принципиальную схему заменяем на расчетную по надежности. Для узла

нагрузки А она будет иметь вид, показанный на рис. 4. Для наглядности и удобства расчета

группы последовательно соединенных элементов выделены на расчетной схеме пунктирными

прямоугольниками в эквивалентные по надежности элементы I-IV. В последовательные цепи

Г1

110 кВ

Л1

T2T1

A B

10 кВ

110 кВ

Л3

110 кВ

Л4

B11B12

Г2

Л2

Рис. 3. Схема электроснабжения, обеспечивающая питанием узел А.

расчётной схемы по надёжности, кроме элементов последовательной электрической цепи (линии,

выключатель, трансформатор и т. д.), вводятся также смежные выключатели, отказ которых

может привести к отказу рассматриваемой цепи (например, выключатели всех присоединений,

секционные выключатели шин, к которым подключена анализируемая цепь).

Л1

Л2

B12 B11 B7 B6

Л4 Л3

III

Рис. 4. Расчетная схема.

Расчёт показателей надёжности системы электроснабжения проводим по средним

значениям вероятностей состояния элементов.

Для всех элементов расчетной схемы (выключателей, трансформаторов и линий

электропередачи) определяем вероятности отказового состояния (вероятности вынужденного

простоя) q по формулам:

8760

воВ







;

8760

воТ







;

8760

воЛ







где, 8760 - число часов в году;



– параметры потоков отказа; t

– средние времена

восстановления. Т. е. средняя вероятность отказа равна произведению параметра потока отказа

на среднее время восстановления элемента после одного отказа. Параметр потока отказов

представляет собой плотность вероятности отказа восстанавливаемого объекта, определяемую

для рассматриваемого момента времени:

 

tttP









lim



, где Р(t,t+Δt) – вероятность

безотказной работы на интервале времени Δt после момента t.

Тогда вероятности отказового состояния для:

выключателей 110 кВ –

110

10103.0

8760

1506.0

8760













воВ



;

выключателей 10 кВ –

10023.0

8760

1002.0

8760













воВ



;

трансформаторов –

10511.0

8760

280016.0

8760













воТ



;

линий электропередач –

10301.6

8760

3080023.0

8760













вЛ1оЛ



;

10952.1

8760

3030019.0

8760













вЛ2оЛ



;

1074.2

8760

40320.0

8760













вЛ3оЛ



;

10425.3

8760

40515.0

8760













вЛ4оЛ



Последовательно включенные элементы на расчетной схеме заменяем эквивалентным с

соответствующим определением параметров потока отказов и вероятностей отказового

состояния.

Параметры потоков отказов и вероятности отказовых состояний для эквивалентных

элементов I, II, III, IV определяются соответственно:

9,180023,006,0

1101100



ЛЛВI



год

–1

;

22,232,0515,030019,006,055

3040201100



Л3ЛЛ4ЛЛ2ЛВII

LLL



год

–1

;

036,002,0016,02

1000



BTIII



год

–1

;

056,002,02016,02

1000



ВTIV



год

–1

;

 

1110

10404,610301,6103,0





ЛВI

qqq

;

 

34110

10632,81074,2425,3952,1103,055





ЛЛЛ2BII

qqqqq

;

 

10534,010023,0511,0





BTIII

qqq

;

 

10557,010023,02511,02





BTIV

qqq

В результате проведенных расчетов схема на рис. 4.8 свелась к схеме, приведенной на

рис. 5 с четырьмя эквивалентами элементами.

III

























Рис. 5. Упрощенная расчетная схема

Эта схема состоит из параллельно включенных элементов. При условии независимости

отказов каждого элемента и пропускной способности каждого, достаточной для обеспечения

всей мощности, необходимой потребителю, такая система будет в рабочем состоянии при

условии работы хотя бы одного из параллельно соединённых элементов. Вероятность надёжной

работы системы определим по вероятностям отказового состояния элементов. Система будет в

отказовом состоянии при условии, если все параллельные элементы откажут. Вероятность

отказового состояния определяется с использованием формулы для произведения (совмещения)

независимых событий – отказов каждого элемента системы:

inC

Пqqqqq

...





Схему с четырьмя эквивалентными элементами приводим к виду, показанному на рис. 6, с

двумя последовательными эквивалентными элементами V и VI и параметрами



, q



, q





VIV

Рис. 6. Промежуточная схема

633

10279.5510632.8104046



 .qqq

IIIV

;

633

10297.010557.0105340



 .qqq

IVIIIVI

;

333

10618.3010404.622.210632.891



 .qq

IIIIIIV



год

–1

;

333

1005.010534.0056.010557.00360



 .qq

IIIIVIVIIIVI



год

–1

Эта схема сводится к итоговой схеме (рис. 7) для которой можно рассчитать параметры

надежности системы в целом. Элементы V и VI объединяются в эквивалентный с параметрами

потока отказов системы



и вероятности отказового состояния системы q



Рис. 7. Итоговая схема.

Параметр потока отказов



без учета преднамеренного отключения определится:

 

10668.301005.0618.30





VIVс



год

–1

Вероятность отказового состояния без учета преднамеренного отключения q

 

10576.5510297.0279.55





VIVc

qqq

Среднее время восстановления системы без учета преднамеренного отключения:

875.158760

10668.30

10576.55

8760









в.с



час.

Среднее время безотказной работы:

 

607.3210668.30





-1

сc



лет.

Недоотпуск энергии по заводу:

   

106.3310576.5587606.0604.0808760

2211





cSSc

qPSPSqЭЭ

МВ∙А/ч.

Определим эквивалентный параметр потока отказов



VI,

с учетом преднамеренных

отключений двух последовательно соединенных элементов В3 и Т1, входящих в эквивалентный

элемент III.

Расчетная формула будет иметь вид:

 

..бн

ппIVIIIIVIVIIIVI

tqq 



где, (



·t

)

н.б.

– наибольшая вероятность преднамеренного отключения одного из отключаемых

элементов.

Это обусловлено тем, что для уменьшения вероятности отключенного состояния и числа

перерывов электроснабжения в системе с последовательным соединением элементов

преднамеренные отключения для профилактических и капитальных ремонтов стремятся

совместить. В нашем случае наибольшей является вероятность преднамеренного отключения

трансформатора Т1.

С учетом преднамеренного отключения выключателя В3 и трансформатора Т1, входящих

в эквивалентный элемент III, параметр потока отказов системы определится:

     

313

109.30876011033.0056.01005.0618.30





пТ1пТIVVIVс



год

–1

Эквивалентное время восстановления оставшейся части схемы после преднамеренного

отключения В3 и Т1:

986.618760

10404.622.210632.89.1056.0

10632.810404.610557.0

8760

333



















IIIIIIIV

IIIIV

в.э

qqq



часа

или по упрощенной формуле:

131.878760

056.0

105570

8760









в.э



часа.

Из сравнения видно, что можно использовать упрошенное выражение для определения t

в.э

использовать нельзя.

Коэффициент понижения надежности системы в связи с преднамеренным отключением

выключателя В3 и трансформатора Т1(так как в нашей схеме преднамеренно отключаются два

последовательных элемента, входящих в эквивалентный элемент III, то учитываем только

элемент с наибольшей вероятностью преднамеренного отключения (



·t

)

н.б

)

801.0199.0111

986.61

110





ееК

в.э

пТ1

Средняя вероятность отказового состояния системы с учетом преднамеренного

отключения В3 и Т1:

63166

10425.5710557.0876011033.0801.010297.010279.55

87608760









IVnTnTnVIVIVnTnTnIVIIIIIIc

qtKqqqtKqqqqq



Среднее время восстановления системы с учетом преднамеренного отключения В3 и Т1:

28.168760

109.30

10425.57

8760









в.с



час.

Среднее время безотказной работы системы с учетом преднамеренного отключения В3 и Т1:

 

362.32109.30





-1

сc



лет.

Недоотпуск энергии заводу с учетом преднамеренного отключения В3 и Т1:

   

207.3410425.5787606.0604.0808760

2211





cSSc

qPSPSqЭЭ

МВ∙А/ч.

Сравнивая данные расчётов параметров надёжности с учётом и без учёта преднамеренных

отключений следует, что в нашем случае преднамеренные отключения выключателя В3 и

трансформатора Т1 практически не повлияли на параметры надёжности заданной схемы

электроснабжения. Технико-экономические последствия от недоотпуска электроэнергии и

перерыва в электроснабжении с учётом преднамеренных отключений лишь не намного

превышают аналогичные последствия, рассчитанные без учёта преднамеренных отключений.

Литература:

1. Волков Н.Г. Надёжность функционирования систем электроснабжения: Учебное

пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 157 с.