Глава IV Структурная надёжность работы основных элементов ЭС

4.1 Основные понятия и показатели надёжности воздушных линий электропередачи

Воздушным линиям (ВЛ) принадлежит важная роль в работе ЭС и надёжном электроснабжении потребителей. На долю ВЛ 35-750кВ приходится значительная часть отказов и отключений электрического оборудования (~ 35% -50 %)

Причины высокой повреждаемости ВЛ:

§ Влияние климатических воздействий (гололёдно-ветровые нагрузки, атмосферные перенапряжения и т. д.);

§ Доступность ВЛ посторонним вмешательствам (наезды на опоры, обрывы проводов, «расстрел» изоляторов);

§ Сложность контроля технического состояния элементов ВЛ.

Изучение надёжности ВЛ имеет цели:

Рекомендуемые материалы

§ Оценку надёжности схем развития ЭС, эл. сетей, систем электроснабжения отдельных потребителей;

§ Анализ конструкций, оборудования, сооружения ВЛ;

§ Технико-экономический анализ вариантов ВЛ сверхвысокого напряжения и выбор конструкций, опор, фундаментов, проводов, уровней изоляции;

§ Анализ и рационализацию системы ремонтов и технического обслуживания ВЛ;

§ Решение задач планирования, управления и производственно-хозяйственной деятельности при эксплуатации ВЛ;

§ Решение задач диспетчерского управления на разных уровнях;

§ Разработка нормативов аварийного запаса оборудования и запасных частей для ВЛ;

§ Разработка рекомендаций и указаний по эксплуатации ВЛ с учётом местных условий;

§ Определение необходимости и степени эффективности мероприятий по повышению надёжности ВЛ.

Надёжность ВЛ 35-750кВ оценивается комплексом показаний из 5-ти групп:

¨ Показатели безотказности;

¨ Ремонтопригодности;

¨ Долговечности;

¨ Комплексные показатели;

¨ Экономические показатели.

1) Под безотказностью ВЛ понимается её свойства непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. ВЛ – восстанавливаемый объект и её показатель безотказности –параметр потока отказов – в общем случае w(t) – т.е функция времени. На величину «w» влияют: факторы старения и износа элементов, а также плановые ремонты (рис.4.1):

t₁, t₂, t₃, момент времени выполнения капитальных ремонтов;

t -окончание приработки (периода освоения).

                                                                (4.1)

где

M –математическое ожидание отказов ВЛ;

r(t) –число отказов за время t;

r (t+Dt) число отказов за время (t+Dt);

w (t) –среднее число отказов, ожидаемых в малом интервале времени.

w (t)

                                      w (t)

                                                                         w_ср (средний)

                                                                                     t

    0          t₀           t₁                t₂         t₃

Рис. 4.1

Из анализа причин отказа ВЛ следует:

w=w₁(t)+ w₂,                                                                                    (4.2)

где

w –поток отказов ВЛ ,

w cвязан с износом и старением ВЛ и зависит от срока службы ВЛ ,

w - связан с внешними воздействиями на ВЛ ,

Поток отказов «w » вызывается загниванием древесины, коррозией металлических опор, износом арматуры, проводов ,тросов, разрушением изоляторов, составляющая потока «w » связана с гололёдно-ветровыми нагрузками, дефектами монтажа, обрывами проводов, ударами молний, ледоходом, пожарами и т.д.

Величина w=const и не зависит от длительной эксплуатации, капитальных ремонтов т.е. определяется случайными причинами.

В эксплуатационной и проектной практике ЭС для ВЛ в период нормативного срока службы пользуются значением среднего потока отказов «w_ср » не зависящего от срока службы ВЛ. Периодичность капитальных ремонтов ВЛ принимается 3-6 лет.

С вероятностью безотказной работы ВЛ связано понятие функции надёжности ВЛ – р(t).

р(t)=1-åр(t)q(t);                                                                               (4.3)

где

i- возможные состояния ВЛ;

р_i (t) – вероятность нахождения ВЛ в момент времени “t” в состоянии “i”

q_i – вероятность нарушения надёжности ВЛ в момент времени “t” в состоянии “i”.

2) Ремонтопригодность ВЛ –свойство ВЛ, заключающееся в её приспособленности к обнаружению причин отказов, предупреждению отказов и восстановлению работоспособности путём технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность ВЛ определяется следующими основными показателями:

§ средним временем восстановления линии при отказе (Т_в);

§ средней продолжительностью преднамеренных отключений ВЛ (Т_р);

§ средней периодичностью ремонтов (m);

§ cредними трудозатратами на капитальный ремонт и техническое обслуживание ВЛ (N_р).

Рассмотрим содержание отдельных показателей:

Величина «Т_в » - математическое ожидание времени для приведения ВЛ в работоспособное состояние после отказа.

Величина «N_р » для ВЛ 35-750кВ характеризует их потребность в плановых ремонтах и других видах обслуживания. Средние значения величины «N_р » для ВЛ представлены в таблице 4.1

Таблица 4.1

Средние трудозатраты на капитальный ремонт и техобслуживание

3) Долговечность ВЛ – их свойство cохранять работоспособность при установленной системе ремонтов и техобслуживании до предельного состояния при котором дальнейшая эксплуатация невозможна.

Для ВЛ на деревянных опорах – 30 лет, на металлических и ж/б опорах – 50 лет.

Износ ВЛ имеет 5 форм:

§ Экономический или нормальный износ, определяемый внедрением в эксплуатацию более эффективных и надёжных ВЛ либо ВЛ с меньшими затратами на 1кВт, передаваемый мощности или кВт ч переданной электроэнергии;

§ Технический износ – неспособность ВЛ соответствовать возросшему уровню требований к качеству эл. энергии;

§ Социальный износ, вызванный неспособностью ВЛ отвечать ожесточившимся требованиям социальных стандартов (безопасность персонала, населения или животных, сложность обслуживания и т.д.;

§ Экологический износ – когда ВЛ не соответствуют новым нормативам по охране окружающей среды;

§ физический износ, обусловленный явлениями старения, разрушения, изнашивания, загнивания и т.п. элементов ВЛ.

Таким образом предельное состояние ВЛ определяется не только физическим износом, хотя он в большинстве случаев – основной.

4) Комплексные показатели надёжности ВЛ. Эти показатели характеризуют несколько свойств, составляющих надёжность ВЛ (безотказность, долговечность, ремонтопригодность).

а) Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения ВЛ в работоспособном состоянии относительно периода эксплуатации учитывает затраты времени на все виды простоя ВЛ в процессе эксплуатации после отказов и в результате преднамеренных отключений:

,                                                   (4.4)

где

Т - среднее время работы ВЛ между отказами (наработка на отказ);

Т_В - среднее время восстановления ВЛ;

Т_Р - среднее время преднамеренного отключения ВЛ;

w – параметр потока отказов ВЛ;

m - средняя периодичность ремонтов.

б) Коэффициент готовности – вероятность того, что ВЛ окажется работоспособной в производственный момент времени, исключая простой при ремонтах :

,                                                                    (4.5)

где

Т - среднее время работы ВЛ между отказами (наработка на отказ);

Т_В - среднее время восстановления ВЛ.

в) коэффициент простоя ВЛ из-за отказов:

.                                                                                     (4.6)

г) Коэффициент простоя ВЛ при ремонтах:

,                                                                                     (4.7)

где

 Тр – среднее время ремонта ВЛ.

5) Экономические показатели надёжности ВЛ.

а) Эффективность затрат на повышение надёжности ВЛ:

Эн =,                                                                                         (4.8)

где

 - повышение надёжности ВЛ в результате введения резерва

З_Н - величина приведенных затрат на образование резерва.

Пример. Если на ВЛ вводится избыточность путём замены провода А на АС, то вероятность обрыва провода уменьшается и вероятность отказа ВЛ уменьшается, время восстановления – без изменения.

б) Суммарные затраты на проведение техобслуживания или ремонта за определённый срок эксплуатации т.е. мат.ожидание затрат на интервале времени.

в) Ущерб от отказа ВЛ.  Этот экономический показатель состоит из трёх звеньев

§ ущерб энергоснабжающего предприятия (ПЭС, РЭС,Э/СТ);

§ ущерб потребителей энергии;

§ ущерб смежных звеньев народного хозяйства.

Проанализируем эти составляющие ущерба

Звено I:

¨ Затраты на восстановление ВЛ;

¨ Потери от замены элементов ВЛ (опор, проводов, изоляторов);

¨ Потери от увеличения технологического расхода энергии в электросети из-за отклонения эл. режима от оптимального значения при отказе ВЛ;

¨ Затраты на топливо, расходуемое на пуски энергоблоков, растопки котлов на резервных станциях, вводимых вследствие отказа ВЛ;

¨ Затраты на выработку энергии на резервном оборудовании;

¨ Потери от простоя оборудования и обсуживающего персонала связанного с отказом ВЛ.

Звено II:

¨ Потери от простоя и снижения производительности технологического оборудования;

67 Какой метод наиболее часто используется для определения поверхностного натяжения пластичных тел - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

¨ Потери от брака продукции, снижения ее качества;

¨ Потери от простоя рабочих;

¨ Затраты на содержание резервов и запасов сырья и т.п.

Звено III:

¨ Пожары в городах, лесном хозяйстве;

¨ Затраты от падения опор, проводов на дороги и т.д.