Содержание
Из [1,2] известно, что распределительные электросети (РЭС) напряжением 10-6-0,4 кВ на территории нашей области общей протяженностью более 21 тыс. км (от 1,2 до 68,5 км) с подстанциями обслуживают три производственных сетевых предприятия:
- Северо-Восточные.
- Центральные.
- Южные электросети.
Соответственно СВЭС, ЦЭС, ЮЭС, входящие в состав «Кузбассэнерго – РЭС» — филиал ОАО «МРСК Сибири»:
- СВЭС обслуживает 71,7 % всех электросетей и подстанций.
- ЦЭС — 16,7%.
- ЮЭС — 12 %.
Статистика показывает, что при эксплуатации электрооборудования (ЭО) РЭС на территории Кемеровской области ежегодно в среднем имеет место до 18000 аварийных отключений линий электропередачи (ЛЭП) по разнообразным причинам с разной длительностью, а среднегодовой недоотпуск электроэнергии (ЭЭ) из-за этих отключений составляет около 295 тыс. кВт ч.
Эти данные свидетельствуют об актуальности задачи исследования с целью повышения надежности РЭС и их ЭО.
Анализ аварийных отключений РЭС напряжением 10-6-0,4 кВ за пять лет показал, что они возникают по следующим причинам (в среднем в процентах от общего числа отключений):
- Повреждение ЭО РЭС — 18,5%.
- Повреждение при грозах — 27,5%.
- Причины неизвестны – 54%.
Пути повышения надежности электроснабжения
Повреждение ЭО РЭС проявляются в виде механических повреждений кабелей, в дефектах монтажа концевых и соединительных муфт, в разрушениях изоляторов воздушных линий электропередачи (ВЛЭП), в поломках деревянных и железобетонных опор, в повреждении коммутационной аппаратуры и трансформаторов питающих подстанций (ТП), в повреждении проходных изоляторов ТП и другого электрооборудования.
Пути повышения надежности электроснабжения из-за отказов ЭО известны:
- Замена устаревшего ЭО на соответствующее современным требованиям по надежности и безопасности.
- Повышение надежности ЭО РЭС за счет применения научно обоснованной периодичности и улучшения качества его технического обслуживания.
Реализация первого из этих направлений определяется состоянием экономики как отдельных предприятий — владельцев ЭО РЭС, так и общей экономической ситуацией в стране и в предмет обсуждения настоящей статьи не входит.
Вторая задача может быть решена применением методов теории массового обслуживания (ТМО) к планированию технического обслуживания ЭО РЭС.
Для этой цели необходимо выполнить два условия:
- Знать характер потока отказов ЭО РЭС.
- Располагать показателями надежности отдельных видов ЭО в РЭС.
Для применения методов ТМО к планированию технического обслуживания ЭО необходимо, чтобы потоки отказов были простейшими (пуассоновскими), т.е. чтобы они обладали тремя основными свойствами:
- Стационарность потока означает, что вероятность появления некоторого числа отказов в течение определенного отрезка времени зависит от его длительности и не зависит от начала отсчета на оси времени.
- Отсутствие последствия состоит в том, что вероятность возникновения на некотором отрезке времени определенного числа отказов не зависит от того, сколько отказов уже возникло, т.е. не зависит от предыстории явления.
- Ординарность потока отказов означает практическую невозможность появления двух и более отказов в один и тот же момент времени.
Важной характеристикой простейшего потока отказов является его интенсивность. Математическое ожидание k числа отказов за время (0:t) равно:
(1)
Математическое ожидание числа отказов в единицу времени или интенсивность отказов, которая получается при t=1, равно:
(2)
Постоянной интенсивностью отказов характеризуется экспоненциальное распределение наработки на отказ.
Расчеты для определения надежности электроснабжения
Для выявления закономерностей, присущих РЭС, были проанализированы 628 отключений за пять лет двадцати двух РЭС длиной от 4,1 до 56,18 км со средней длиной 21,6 км.
При этом фиксировали и рассчитывали следующие параметры:
- Наработку на отключение, ч.
- Длительность простоя без электроэнергии, ч.
- Расчеты плотностей распределения вероятностей fi(t) для каждого i-го интервала.
- Интенсивности отказов (отключений) λi(t) функции распределения Fi(t).
- Интенсивности отказов (отключений) λi(t) функции надежности Pi(t).
Все расчеты произведены по формулам, приведенным в таблице 1.
где
- n=628 — общее число отключений.
- mi — число отключений на интервале времени Δti.
По результатам расчетов, представленным в таблице 1, построена плотность распределения вероятностей на рисунке 1, откуда видно, что она может соответствовать экспоненциальному закону с плотностью распределения плотностью распределения fi(t)=λ*e—λt.
Для рассматриваемых в данном случае РЭС 6-10 кВ средняя наработка на отказ (отключение) составила 3316 ч, интенсивность отказов:
где
- 1/ч — время простоя на один отказ также подчиняется экспоненциальному распределению, а среднее значение ta.cp = TB = 1/μcp =3,4 ч.
Соответствие экспериментального распределения с теоретическим экспоненциальным при большом объеме выборки (в данном случае n=628) удобно проверить с помощью критерия согласия Колмогорова.
В этом случае в качестве меры расхождения теоретического и экспериментального распределений принимают максимальное абсолютное значение разности модуля теоретической FT(t) и статической Fi(t) функций:
(3)
Проверку проведем для уровня значимости α=0,0005. В таблице 2 FT=1-е—λy*t — теоретическая функция распределения для экспоненциального закона распределения.
где
- Модуль максимального отклонения теоретического значения FT от фактического значения Fi составил D=0,08.
Из таблиц для α=0,01 критическое значение критерия Колмогорова λα=2,03. [4] Для 628 отказов значение:
Поскольку λ<λα, гипотеза о принадлежности выборки к экспоненциальному закону принимается.
В соответствии с центральной предельной теоремой теории вероятности возможно допущение о том, что если закон случайной величины системы известен, то входящие в нее элементы имеют такие же законы распределения такой же случайной величины.
В данном случае экспоненциальный закон распределения наработок (времени безотказной работы) имеет электрооборудование, составляющее РЭС:
- Трансформаторы.
- Коммутационные аппараты (разъединители, выключатели).
- Опоры ЛЭП.
- Кабельные вставки.
- Изоляторы и др.
В свою очередь, интенсивность отказов РЭС λΣ есть сумма интенсивностей отказов входящих в эту систему i-х элементов:
(4)
Применительно к поверхностным воздушным ЛЭП угольных шахт и входящего в него ЭО наличие экспоненциального закона распределения времени безотказной работы и времени восстановления было доказано в [3].
Исходя из этого, были рассчитаны приводимые в табл. 3 показатели надежности ЭО РЭС:
- Средняя интенсивность отказов λi.cp.
- Среднее время аварийного простоя ti.a.cp.
- Средняя вероятность простоя (аварийного простоя).
где
- μ=1/ta.cp≈1/TB — интенсивность восстановления, 1/ч.
Вероятность простоя (аварийного простоя) Р(Э) является удобной величиной для расчетов экономического выражения надежности [3].
С помощью приведенных в таблице 2 интенсивностей отказов можно рассчитать вероятность появления любого k=1,2,3,. числа отказов вида электрооборудования, входящего в состав некоторой РЭС за время t по формуле Пуассона:
(5)
Выявление основных причин отключений и способы их профилактики
По формуле (5) рассчитаны вероятности появления различного числа отказов для ВЛ на ЖБ опорах, разъединителей 6-10 кВ на ВЛ и кабельных вставок 6-10 кВ на ВЛ в течение года. На основании этих данных для примера построен график вероятности появления отказов для ВЛ на ЖБ опорах (рисунок 2) Отключения РЭС во время гроз, как показано выше, занимают от общего их числа немногим менее 30%.
Причины отключений могут быть следующие:
- Обрывы и схлестывания проводов при сильных и порывистых ветрах.
- Разрушения разрядников при токах, превышающих расчетные значения.
- Разрушения разрядников при близких от опор разрядах молнии.
- Прогибы и поломки опор.
- Разрушение разъединителей, установленных на ВЛ и др.
Время аварийного простоя при таких отключениях формируется следующим образом:
- В 80 % длительность не превышает 3,5 ч.
- 10 % случаев приходится на промежуток 3,5 — 6 часов.
- На простои более 24 ч приходится менее 1 % всех отключений.
Отключения при грозах сопровождаются действием АПВ (автоматического повторного включения), что в ряде случаев не ведет к успеху.
В таблице 4 приведены результаты обработки действий АПВ 6-10 кВ за три года наблюдений из которых можно сделать следующие выводы:
- Вероятностный режим успешных и неуспешных действий АПВ за 3 года наблюдений оставался практически стационарным (отклонения от среднего значения не превышают +1,3 и — 0,7 % для успешных и +0,8 и — 1,7 % для неуспешных АПВ).
- Вероятность отказов устройств АПВ при срабатывании относительно невелика (в среднем 4,36 % от общего числа устройств, находившихся под наблюдением).
- Потоки успешных (неуспешных) АПВ с достаточной для практики точностью можно считать простейшими, т.е. пуассоновскими, а для расчетов периодичности технического обслуживания применять аппарат теории массового обслуживания.
- Бесперебойность электроснабжения может быть существенно улучшена за счет применения средств определения характера и места повреждения, вызывающих неуспешные АПВ.
- Существующие устройства АПВ, установленные на питающих РЭС подстанциях, характеризуются относительно высокой вероятностью неуспешных действий при грозах.
Ранее было отмечено, что более 50 % всех отключений приходится на невыясненные причины. Практика показывает, что такого рода перерывы электроснабжения являются следствием отсутствия на РЭС регистраторов аварийных событий.
В связи с этим в большинстве случаев оказывается невозможно определить характер отказа и причину его возникновения, как и указать хотя бы приблизительно область обхода ВЛ.
Эти трудности особенно проявляются при эксплуатации протяженных ВЛ, проходящих в труднодоступной местности, особенно в зимнее время.
Список литературы
- www.kuzbassenergo-rsk.ru
- Характеристика распределительных сетей системы электроснабжения Кемеровской области / Г.И. Разгильдеев, Е.В. Ногин // Вести. Кузбасского гос. тех. унив. 2009, № 5, с. 65-69.
- Разгильдеев Г.И. Надежность электрооборудования и электроснабжения угольных шахт: дис. докт. тех. наук: 05.281. — Л. 1971. — 245 с.
- Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Юнити, 2007, с.364-366.
Источник: Показатели надежности электрооборудования распределительных сетей 10-6-0,4 кВ / Г.И. Разгильдеев, Е.В. Ногин // Вестник КузГТУ. — 2010. — №6. — C. 85-89.
