Методичка к курсовому проекту по Надежности электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

НИЖЕГОРОДСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОЕ

КОМАНДНОЕ УЧИЛИЩЕ

Кафедра электроснабжения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Расчёт показателей надежности системы

электроснабжения потребителей

по дисциплине

«Надежность электроэнергетических систем»

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению

подготовки дипломированных специалистов 140200 –

«Электроэнергетика» специальность 100200 «Электроэнергетические

системы и сети», всех форм обучения, изучающих дисциплину

«Надежность электроэнергетических систем».

Кстово – 2010

Содержание

Введение……………………………………………………………………………… 3

1. Цель и задачи курсового проекта………………………………………………... 5

2. Организация проектирования……………………………………………………. 6

2.1. Основные организационные требования……………………………….. -

2.2. Требования к оформлению курсового проекта…………………………. -

3. Задание на курсовой проект…………………………………………………….. 8

3.1. Исходные данные…………………………………………………………. -

3.2. Перечень вопросов рассматриваемых в проекте……………………….. -

3.2.1. Теоретическая часть……………………………………………………. -

3.2.2. Расчётная часть………………………………………………………… -

3.2.3.Графическая часть……………………………………………………… 9

4. Методические указания к выполнению курсового проекта…………………… 10

4.1. Аналитический метод расчёта надежности электроустановок……………… -

4.2. Количественная оценка надежности электроснабжения. Определение

ущерба……………………………………………………………………………….. 13

4.3. Логико-вероятностный метод расчёта надежности электроснабжения с

помощью дерева

отказов………………………………………………………………

4.4. Методика расчёта надежности двухцепной линии…………………………… 16

Список литературы…………………………………………………………………. 21

Приложение А. Данные для расчёта………………………………………………. 22

Приложение Б. Варианты расчётных схем питания подстанций потребителя…. 23

ВВЕДЕНИЕ

Энергокомпании и пользователи электрической энергии становятся все более и более

заинтересованными в надежности электроснабжения. Хотя проблемы надежности не

являются новыми, их актуальность за последние годы значительно увеличилась [1].

По [2] надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных

пределах значение всех параметров, установленных нормативно-технической

документацией, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных

режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и

транспортирования.

Надёжность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения

объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств: безотказности,

долговечности, ремонтопригодности, и сохраняемости.

Энергетическая система представляет собой большую сложную систему

кибернетического типа. Она состоит из множества элементов, каждый из которых, в свою

очередь, является сложной системой (электростанции, линии электропередач и т.д.) В такой

системе даже возникновение отказов большого числа элементов или существенное

отклонение параметров режима (частота, уровень напряжения и т.д.) могут привести не к

полному прекращению электроснабжения потребителей, а к ухудшению его качества,

выраженному в пониженных запасах статистической и динамической устойчивости,

несоответствие показателей качества электроэнергии (ПКЭ) нормативным значениям,

повышению вероятности отключения части нагрузки при действии противоаварийной

автоматики и т.д. Поэтому традиционные понятия, определяющие характеристики

надежности в других отраслях производства, для описания поведения энергосистем

необходимо использовать с осторожностью.

Учитывая вышесказанное согласно [3,4] надежность работы энергосистемы – это

способность энергосистемы обеспечивать бесперебойность энергоснабжения

потребителей и поддержание в допускаемых пределах показателей качества электрической

энергии и тепла. Живучесть энергосистемы – способность энергосистемы противостоять

цепочечному развитию аварийных режимов. При этом согласно [4,5] система

электроснабжения представляет собой совокупность взаимосвязанных электроустановок,

осуществляющих электроснабжение района, города, предприятия, и является неотъемлемой

частью энергосистемы. Электрические нормальные и аварийные режимы энергосистемы и

систем электроснабжения предприятий тесно связанны между собой.

Технологически система включает четыре иерархических уровня (технологические

системы операций, процессов, производственных подразделений, предприятий) [5], а к

регламентируемым условиям производства относят и «параметры энергоснабжения». Таким

образом, система электроснабжения (СЭС) играет связующую роль между технологией

промышленного производства продукции и технологией производства и поставки

электроэнергии в рамках ЕЭС.

В различных действующих нормативно-технических документах ряд терминов

логически связан с понятием «надежность». Например, «надежность электроснабжения»,

«устойчивость электроснабжения», «качество электроснабжения» [7], «бесперебойное

функционирование электроэнергетики», «безопасность энергоснабжения» [8,9] и т.д. В

Гражданском кодексе РФ (ГК РФ) и других нормативно-технических документах нет четких

определений надежности, качества и устойчивости электроснабжения, что приводит к

выводу, что эти понятия близки и часто означают одно и то же свойство процесса

электроснабжения (функционирования электроэнергетической системы, системы

электроснабжения).

В [10] дано определение «надежности электроснабжения потребителя», что позволяет

исключить такие неоднозначные понятия как «устойчивость», «безопасность», «качество».

Надежность электроснабжения потребителя – это способность (свойство)

электроэнергетической системы, в составе которой работает система электроснабжения

потребителя, обеспечивать без ограничений поставку заявленной потребителем в

соответствии с договором электрической энергии (мощности) при выполнении им всех

договорных обязательств (в том числе и по оплате электроэнергии), а также при соблюдении

уполномоченными субъектами электроэнергетики качественных и количественных

показателей надежности функционирования электроэнергетической системы и показателей

качества электрической энергии.

В систему обеспечения надежности электроснабжения потребителя входят

техническая и организационная подсистемы. К технической подсистеме относят технические

средства по обеспечению параллельной работы электроустановок потребителя в составе

ЕЭС, технические средства коммерческого учета и обмена информацией с СО и АТС,

мероприятия по технической эксплуатации этих средств.

К организационной подсистеме относят мероприятия по заключению договоров

поставки товарной продукции, договоров на оказание услуг с инфраструктурными

организациями рынка; мероприятия по организации технической эксплуатации

электроустановок потребителя и т.д.

К техническим мероприятиям по обеспечению надежности относят:

1) – на стадии проектирования (исходными данными, для которого являются

условия технологического присоединения к электрической сети ЭЭС и условия

информационного обмена на рынке данными коммерческого учета, технологическими

данными):

 выбор категории электроприемников по надежности электроснабжения;

 выбор релейной защиты и автоматики (РЗА), в максимальной степени локализующих

возмущения внутри системы электроснабжения предприятия;

 размещение на предприятии исполнительных органов противоаварийной автоматики

(САОН);

 автоматики ликвидации аварийных режимов (АЧР) в обоснованных объемах;

 оснащение установок средствами измерений и телеизмерений, позволяющими

выполнять действующие требования наблюдаемости системы электроснабжения со

стороны оперативно-диспетчерского персонала самого предприятия и системного

оператора (согласно ПУЭ, ПТЭЭП, ПТЭ);

 проектирование системы коммерческого учёта в соответствии с «Правилами учета

электроэнергии», ПУЭ и техническими условиями энергоснабжающей организации и

т.д.

2) - на стадии технической эксплуатации:

 следование требованиям ПТЭЭП, ПТЭ (для субъектов розничного рынка,

включенных в реестр энергоснабжающих организаций, в части оперативно-

диспетчерского управления), местных инструкций, других эксплуатационных

документов; выполнение диспетчерских команд территориального подразделения

СО (РДУ);

 выполнение технических условий заданных в договоре энергоснабжения.

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что технические и

организационные мероприятия по обеспечению надежности необходимо проводить со

стороны энергосистемы и со стороны потребителя, т.е. в его сетях. В [11] отмечено, что

при выборе независимых взаимно резервируемых источников питания, являющихся

объектами энергосистем, следует учитывать вероятность одновременного зависимого

кратковременного снижения или полного исчезновения напряжения во время действия РЗА

при повреждениях в электрической части энергосистемы, а также длительного исчезновения

напряжения на этих источниках при тяжелых авариях.

Таким образом, если потребитель не может допустить даже кратковременного

исчезновения питания, то возможны следующие меры:

1. Использование собственных резервных источников электроснабжения.

2. Осуществлять непрерывность технологического процесса путем установки

взаимно резервирующих технологических агрегатов.

3. Использование специальных устройств безаварийного останова технологического

процесса и т.д.

Надежность электроснабжения также является одним из свойств технологической

системы предприятия (группы предприятий).

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект ставит целью практическое закрепление изучаемого теоретического

материала по курсу «Надежность электроэнергетических систем», приобретение

инженерных навыков расчёта надежности при проектировании электроэнергетических

систем и сетей, развитие творческих способностей студента при решении конкретно

поставленной задачи.

Курсовой проект представляет комплексное задание, включающее в себя как вопросы

обзора и оценки существующих моделей надежности систем электроснабжения

потребителей, «слабых звеньев» элементов электроэнергетических систем, анализ

повреждаемости электрического оборудования электростанций и сетей (синхронных

генераторов, трансформаторов, асинхронных генераторов и машин постоянного тока),

анализ методов повышения надежности ЭЭС, экономические вопросы надежности ЭЭС. А

также расчет показателей надежности схемы электроснабжения потребителей аналитическим

и логико-вероятностным методами, и другие вопросы, связанные с надежностью

электроэнергетических систем (ЭЭС).

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1. Основные организационные требования

Курсовой проект выполняется в соответствии с индивидуальным заданием,

выдаваемым каждому студенту, в соответствии с календарным графиком, составленным

руководителем проекта.

Перед началом выполнения проекта необходимо тщательно ознакомиться с

настоящими методическими указаниями и уяснить содержание индивидуального задания.

Прежде, чем начать расчеты, следует повторить соответствующий теоретический материал и

просмотреть решенные задачи, связанные с тематикой проекта.

Работа над проектом осуществляется ритмично. График работы учитывается при

оценке курсового проекта. Оценка выполнения в процентах учитывается отдельно. Дата

последнего дня подписания курсовых проектов устанавливаетcя кафедрой ЭМ. Студенты, не

подписавшие проект по истечении указанной даты, считаются не выполнившими учебный

план. Защита курсовых проектов проводится в установленные кафедрой дни. Защита

проводится публично в присутствии сотрудников кафедры и студентов. Студент, дважды не

защитивший проект, к последующей защите не допускается и считается не выполнившим

учебный план.

Проект сдается на бумагоносителе и в электронном варианте.

2.2. Требования к оформлению курсового проекта

Пояснительная записка должна быть не менее 15 страниц машинописного текста.

Титульный лист и все оформление должно вестись с учетом соответствующих требований

ЕСКД.

Пояснительная записка должна содержать следующие структурные элементы:

- обложку;

- титульный лист и график работы над проектом;

- содержание;

- введение;

- теоретическую часть;

- техническое задание на проектирование;

-Vрасчёт надежности ЭЭС аналитическим методом;

- расчёт надежности ЭЭС логико-вероятностным методом с построением дерева

отказов и анализом сечений;

- заключение (выводы по результатам проектирования и рекомендации по

повышению надежности ЭЭС);

- библиографический список.

Текст пояснительной записки печатается через полуторный интервал в MS WORD 7.0

и выше, шрифтом Times New Roman.

- размер шрифта – 14, форматирование по ширине;

- нижнее поле 2,5см, левое верхнее, правое поля – 2 см.

Абзац набирается с соблюдение следующих правил:

- все слова внутри абзаца разделяются только одним пробелом;

- перед знаком препинания пробелы не ставятся, после знака препинания – один

пробел;

- выделения курсивом, полужирным, прописным обеспечиваются средствами Word.

Формулы набираются в редакторе Microsoft Equation 3.0 без использования

нестандартных символов, гарнитуры Times New Roman Symbol.

Нумеровать следует формулы, на которые приводятся ссылки в тексте. Номер

формулы заключается в круглые скобки и выравнивается по правому краю печатного листа.

Расшифровка буквенных обозначений (экспликация) формул обязательна.

Последовательность экспликации должна соответствовать последовательности

расположения этих обозначений в формуле.

Оформление графической части должно соответствовать требованиям стандартов,

входящих в Единую систему конструкторской документации (ЕСКД). При выполнении

графической части рекомендуется использовать средства компьютерного проектирования.

3. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

3.1. Исходные данные

1. Упрощенные схемы электроснабжения потребителей (приложение Б).

2. Исходные данные для проведения расчётов надежности ЭЭС (приложение А).

3.2. Перечень вопросов, рассматриваемых в проекте

3.2.1. Теоретическая часть

Выполнение курсового проекта начинается с выполнения теоретической части. Темы

задаются преподавателем или выбираются студентом самостоятельно. Обязательным

требованием является использование нормативной документации (ГОСТов и т.д.) и(или)

периодических изданий. Год издания не ранее 1990.

Теоретическая часть курсового проекта включает:

- обзор существующих моделей надежности ЭЭС;

- обзор существующих моделей надежности оборудования ЭЭС и анализ его

повреждаемости;

- обзор методов повышения надежности элементов электроэнергетических систем или

системы в целом;

- экономические аспекты надежности ЭЭС;

- обзор нормативных документов по надежности ЭЭС;

- методы повышения надежности электроснабжения потребителей и т.д.

Перечень рекомендуемых периодических изданий, имеющихся в наличии в

библиотеке университета:

1. Энергетик. Электрика. Электрические станции. Электротехника.

2. Энергетика за рубежом. Энергохозяйство за рубежом.

3. Известия РАН. Энергетика.

4. Известия вузов. Проблемы энергетики.

5. Известия вузов. Энергетика.

6. Энергетическая политика и т.д.

3.2.2. Расчётная часть

В приложении Б приведены варианты схем питания упрощенных подстанций 110 кВ,

предназначенных для глубокого ввода на территорию промышленных предприятий.

Варианты отличаются способами секционирования питающей сети при возникновении

коротких замыканий на линиях и оборудовании.

Рассчитать показатели надежности схемы электроснабжения потребителей

аналитическим методом для всех трех подстанций при кратковременном и длительном

отключениях;

1. Составить схемы замещения для каждой подстанции отдельно:

- для кратковременного отключения;

- для длительного отключения.

Данные для расчёта приведены в приложении А, пример расчёта в п. 4.1 данных

методических указаний и в [12, 13]. Результаты расчётов должны быть сведены в таблицу.

Задание составлено так, что студенты в пределах группы могут коррелированно оценить

надежность при применении различных видов ВЛ, а также оценить надежность системы при

её переводе на более современную аппаратную базу (например использование элегазовых

выключателей и т.д.) .

Приведение двухцепной линии к одноцепной и пример расчёта надежности

двухцепной линии дано в [14] стр. 37-39 и п.4.4. данных методических указаний.

- оценить надежность схемы электроснабжения логико-вероятностным методом с помощью

дерева отказов;

- рассчитать количество электроэнергии, недоотпущенной потребителям за время

отключения оборудования и определить ущерб, получаемый при аварийном отключении

оборудования. Пример расчёта приведен в п.4.2. и в [18] стр. 156.

3.2.3. Графическая часть

Графическая часть проекта содержит два чертежа на листах формата А1.

- на первом чертеже в соответствии с заданием приводиться схема электроснабжения

потребителей, доработанная (согласно варианту) схема, и расчётные схемы надежности для

всех трех подстанций при кратковременном и длительном аварийном отключениях, а также

результаты расчёта, сведенные в таблицу;

- на втором чертеже должны быть приведены: дерево отказов системы и анализ

надежности системы с помощью минимальных сечений.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

4.1. Аналитический метод расчёта надёжности электроустановок

Для определения показателей надёжности электроустановок аналитическим методом

необходимо составить расчётную схему соединения их элементов. Расчётная схема отражает

логику связей элементов с точки зрения надёжности работы всей установки или с точки

зрения отказа всей установки. Расчётная схема ЭЭС часто не совпадает с электрической

схемой. Иногда последовательно соединённые в электрической схеме элементы на

логической схеме должны быть изображены параллельным соединением и наоборот.

Например, шинные разъединители всех параллельных по электрической схеме

присоединений составляют, последовательную цепочку, если рассматривается погашение

сборных шин. Расчёт проводится путём замены параллельных и последовательных цепей

эквивалентными элементами, для чего используются формулы, определяющие общее число

аварийных отключений, длительность аварийных простоев для эквивалентного элемента.

Необходимо учесть:

- длительность планового ремонта для каждого случая подсчитывается исходя из

существующих закономерностей ремонтных работ;

- одновременные отключения цепи из двух параллельных элементов в плановый

период не допускаются;

- за время отключения элемента с большой длительностью ремонта может быть

произведен ремонт других элементов (с относительно меньшей длительностью ремонта).

В зависимости от применяемой схемы соединения восстановление электроснабжения

может заключаться:

- в замене отказавшего элемента;

- в ремонте поврежденного элемента;

- в операции автоматического секционирования;

- в работе автоматики АВР, АПВ;

- при производстве переключений вручную.

Основные допущения аналитического расчета заключаются в следующем.

1. Перерывы электроснабжения, ликвидируемые работой автоматики (АПВ, АВР), не

учитываются. Устройства релейной защиты считаются действующими безотказно.

2. Кратковременные отключения (производство переключений вручную)

подсчитываются отдельно. Длительность перерывов электроснабжения при

кратковременных отключениях принимается 20...30 мин. Расчетная схема для

кратковременных отключений должна содержать только элементы, соединенные

последовательно; параллельные ветви учитывать не следует.

3. Для длительных отключений (ремонт элементов) рассматриваются также отказы

параллельных цепей, вызванные наложениями повреждений одного элемента на аварийное

восстановление другого и аварийных повреждений на плановые отключения.

4. Расчетные схемы для всех видов отключений составляются отдельно для каждого

потребителя или (и) групп потребителей.

5. Если параллельные цепи имеют перемычку (линии, переключательные посты

дальних ЛЭП, секционные или шиносоединительные выключатели), расчетные схемы для

кратковременных и длительных отключений приходится составлять для режимов с