Теоретичні положення

Електростанція - це складна електроенергетична установка, що складається з окремих елементів, об'єднаних у підсистеми й взаємозалежних у технологічному процесі. Увесь технологічний процес підлеглий мети виробництва електроенергії й тепла для електро - і теплопостачання споживачів. Від надійності функціонування окремих елементів, підсистем і електростанції в цілому залежить досягнення цієї мети.

Надійність будь-якого технічного об'єкта, у тому числі й енергосистеми - це властивість об'єкта виконувати задані функції в заданому обсязі за певних умов функціонування. Надійність є комплексною властивістю.При розгляді об'єктів електроенергетики в поняття надійності включають: безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, режимну керованість, живучість і безпека. Залежно від призначення об'єкта й умов його експлуатації розглядається окремі складові властивості надійності або їх комбінації.

Електроенергетична система (ЕЕС) - це сукупність взаємозалежних електричних станцій, мереж, підстанцій і споживачів, об'єднаних загальним процесом виробництва, перетворення, передачі, розподілу й споживання енергії. Стосовно до ЕЕС у цілому розглядають такі властивості надійності, як безвідмовність, режимна керованість, живучість. Надійність електростанції як об'єкта ЕЕС включає властивості, які враховуються в повному обсязі або частково на стадіях проектування й експлуатації електростанцій. До них відносяться: безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність, живучість і безпеку.

Безвідмовність - властивість об'єкта безупинно зберігати рабочий стан у плині деякого часу або деякої наробітку.

Працездатність - цей стан об'єкта, при якому значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати задані функції, відповідають вимогам нормативної або конструкторської документації. Під наробітком розуміють тривалість або обсяг роботи.

Довговічність - властивість об'єкта зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування й ремонтів. Граничний стан оприділяються наносом або витратою моторесурсу встаткування, величина якого ухвалюється на стадії проектування й виготовлення.

Ремонтопридатність - властивість об'єкта, що полягає в пристосуванні до попередження й виявленню причин виникнення відмов, ушкоджень і усуненні їх наслідків шляхом проведення технічного обслуговування й ремонтів.

Живучість - властивість об'єкта протистояти збурюванням, не допускаючи їх каскадного розвитку й масового відключення споживачів, не передбаченого протиаварійною автоматикою.

Безпека - властивість об'єкта не допускати ситуацій, небезпечних для життя людей і навколишнього середовища у всіх збурюваннях режиму роботи й аварійних ситуаціях. У цей час крім традиційних заходів щодо техніки безпеки передбачається біологічний захист обслуговуючого персоналу від впливів високих напруг і радіації (на АЕС).Властивості надійності розкриваються через випадкові події, які можуть відбутися на електростанції. До них відносяться відмови й відновлення.

Відмова електроустановки - подія, що приводить до порушення її працездатності.
Відмова електроустановки від виконання заданих функцій наступає в результаті відмов устаткування, суміжних установок, протиаварійної автоматики, а також при нерозрахованих зовнішніх дій, виникненні незапланованого попиту на електроенергію, неприпустимій зміні параметрів режиму. При наявності резервних елементів і можливості заміни встаткування, що відмовило, а також ремонту без припинення роботи - надійність установки буде оприділятися не тільки частотою відмов, але й часом відновлення основних і резервних елементів.

Відновлення функціонування електроустановки виконується засобами релейного захисту й протиаварійної автоматики, оперативними перемиканнями, які виконуються черговим персоналом або диспетчером енергосистеми, проведенням аварійно-відбудовних ремонтів.Аналіз надійності схем електричних з'єднань електростанцій включає: вистава схеми у вигляді моделі, математичний опис моделі й розрахунки.Усі реальні події і явища мають як детермінований, так і випадковий характер. Математичні моделі можуть бути детермінованими. Стохастичність може бути великою або незначною. У теорії надійності стохастичність істотна, тому прикладні завдання надійності є імовірнісними. Основними методами кількісного аналізу надійності об'єктів енергетики служать теорія ймовірностей і математична статистика.Якщо є стаціонарні значення показників надійності елементів схем у вигляді математичних очікувань за умови незмінного режиму роботи електростанції й з обліком того, що потік відмов її елементів найпростіший і час відновлення підкоряється експонентному закону розподілу, оцінка надійності може бути вирішена на рівні випадкових подій із застосуванням основних теорем теорії ймовірностей. Якщо умови ті ж, то при зміні стану електростанції використовується математичний апарат Марківських випадкових процесів.

У загальному випадку, коли не обмежені характеристики випадкового процесу зміни стану досліджуваної системи, визначення показників надійності здійснюється з використанням методу статистичних випробувань.

При розв'язку завдань по надійності, наприклад, при виборі варіанта схеми електричних з'єднань електростанції з урахуванням надійності, необхідні чисельні показники надійності. Вибір технічних розв'язків проводиться або шляхом зіставлення отриманих показників з нормативними або заданими, або шляхом порівняння їх між собою й відбору більш надійного варіанта, або шляхом використання цих показників у техніко-економічних розрахунках.

Показник надійності - це кількісна характеристика властивостей, що визначають надійність об'єкта. У теорії надійності використовуються наступні показники надійності.
Імовірність відмови - імовірність того, що при заданій довготі роботи елемента можливе настання відмови.

/I/

Інтенсивність відмови – це імовірність відмови за одиницю часу

/3/

Тут імовірність відмови на відрізку часу визначається як функція розподілу випадкової величини наробітку Q на відмову або до відмови.
Статистично інтенсивність відмов визначається як відношення кількості елементів n в інтервалі t, t+Δt, до елементів Q(t), справних до моменту t:

/4/

Параметр потоку відмов - це межа відносини ймовірності відмови елемента за інтервал, віднесений до тривалості цього інтервалу при необмеженім його зменшенні.

/5/

Інтенсивність відновлення

Імовірність відновлення

де - випадковий інтервал часу від початку до закінчення відновлення.

Середній час відновлення - математичне очікування часу відновлення елемента

/6/

Коефіцієнт готовності - імовірність того, що елемент виявиться працездатним у довільний момент часу, коли буде потрібно його застосування. Визначається як відношення середнього часу безвідмовної роботи до суми часів безвідмовної роботи й відновлення

/11/

Коефіцієнт вимушеного простою визначається як відношення часу відновлення до суми часів безвідмовної роботи й відновлення

/12/

Коефіцієнт технічного використання - як і характеризує відносну тривалість роботи. Але додатково враховує планові простої.

Коефіцієнт оперативної готовності - використовується в тих випадках коли електроустановка частина часу перебуває в резерві.

Середня недовідпустка електроенергії - математичне очікування кількості електроенергії, недовідпущеної споживачеві за певний період часу.
При розрахунках надійності схем електричних з'єднань електроустановок схема розглядається як абстрактна структура незалежно від її фізичних властивостей, але, що володіє загальними закономірностями:

структура має вхід і вихід (вхід структури вибирається таким, щоб його надійність була значно вище надійності даної схеми, вихід - розрахункова крапка схеми), показники надійності структури визначаються на виході; відмови елементів розглядаються як незалежні події; елементи структури перебувають тільки у двох станах - працездатному й непрацездатному; потоки відмов і відновлень розглядаються як найпростіші потоки подій.

Приведемо основні формули при розрахунках надійності послідовного, паралельного й змішаного з'єднання елементів структури.
Послідовним з'єднанням у змісті надійності називається така структура, відмова якої наступає при виході з ладу хоча б одного елемента, тобто послідовна структура працездатна, якщо всі її елементи працездатні.
Якщо потік відмов є ординарним, стаціонарним на окремих відрізках часу й без наслідків (найпростіший потік), то число відмов на цих інтервалах часу t розподілене за законом Пуассона, і показники надійності можуть визначатися по наступних формулах:

Параметри потоків відмови дорівнює індуктивності потоковідмов
/I3/

Результуючий параметр потоків відмови структури

/I4/

Імовірність появи К відмов на інтервалі часу t

/15/

Імовірність безвідмовної роботи

/16/

Середній час безвідмовної роботи

/17/

Середній час відновлення

/18/

Паралельним з'єднанням у змісті надійності називається така структура, відмова якої наступає у випадку відмови всіх елементів, що входять у структуру.
Паралельну структуру називають також резервованою структурою, тому що вона містить більше елементів, чому це необхідно для її нормального функціонування. При відмові одного або декількох елементів у структурі функціонують елементи, що залишилися в роботі.

Наведені далі формули для визначення показників надійності паралельної структури отримані для високонадійних структур, для яких дотримується умова

/19/

Тобто мінімальний час нормальної роботи структури значно
більше сумарного часу відновлення елементів структури.
Параметр потоку відмов структури, що полягає верб двох з'єднані паралельно елементів I і 2

/20/

або

/21/

Середній час відновлення структури

/22/

Для структури, що полягає з n з'єднаних паралельно елементів, параметр потоку відмов визначають по формулі:

/23/

або

/24/

Середній час відновлення структури

/25/

Змішаним з'єднанням елементів називається така структура, яка являє собою комбінація послідовна й паралельно з'єднаних елементів. Розрахунки показників надійності таких структур здійснюється поетапним эквивалентированием. У структурі виділяють ділянки з послідовним і паралельним з'єднаннями й обчислюють показники надійності для цих ділянок. Потім заміняє ділянки еквівалентними їм по надійності елементами. В отриманій структурі з еквівалентних елементів знову виділяють послідовні й паралельні з'єднання й роблять нове эквивалентирование. Цей процес закінчується тоді, коли вихідна розрахункова схема буде замінено одним елементом. Реальні схеми електричних з'єднань не завжди являють собою комбінація послідовних і паралельних з'єднань і елементів. Існують і більш складні структури, у яких елементи з'єднані таким чином, що її подальше эквивалентирование неможливо.

Для розрахунків показників надійності таких структур застосовується метод мінімальних перетинів. Існують деякі групи елементів, одночасна відмова яких приводить до розриву всіх шляхів, що зв'язують вхід і вихід структури. Сукупність елементів, відмова яких приводить до відмови структури, у теорії надійності називається перетином. Якщо визначити всі перетини, що втримуються в досліджуваній структурі, і обчислити
їхня надійність, те можна визначити результуючі показники надійності всієї структури. Серед безлічі перетині складних структур є такі, які утворені мінімальним набором елементів називані мінімальними перетинами, тобто мінімальними перетинами називають такі перетини, які при видаленні з них будь-якого елемента перестають бути перетинами.

Проведені в теорії надійності дослідження показують, що надійність послідовно з'єднаних мінімальних перетинів структури визначає нижню границю її надійності. Для використання методу мінімальних перетинів необхідно дотримувати умов (18).

Отже, вихідну структуру можна перетворити в структуру з послідовним з'єднанням мінімальних перетинів, кожне з яких являє собою паралельне з'єднання елементів, що входять у даний перетин.

Поиск по сайту: