Методичні вказівки до виконання ргр з дисципліни „Надійність та діагностика сеп для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ТА РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ Методичні вказівки до виконання РГР з дисципліни „Надійність та діагностика СЕП” Для студентів спеціальності 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання м. Кривий Ріг 2010 р. Укладач: Аніськов О.В., ст. викл. Відповідальний за випуск Щокін В.П., к.т.н., доцент. Рецензент: к.т.н., доц. Гузов Е.С. Анотація Розглянуто на засіданні кафедри «Електропостачання та ресурсозбереження» Протокол №__ від ___ _________2010р. Схвалено на засіданні вченої ради електротехнічного факультету Протокол № __ від ___ _________2010р. ^ I. Мета роботи Робота направлена на вивчення студентами надійності у системах електропостачання, методику розрахунку надійності для різних варіантів структурних схем об’єкту|. ^ II. Загальні положення На стадии проектирования СЭС для обеспечения требуемой надежности приходится во многих случаях как минимум дублировать отдельные элементы, а иногда даже отдельные системы, т. е. использовать резервирование. Существует два метода структурного резервирования: общее и раздельное. При общем резервировании основной объект (система) резервируется в целом, а при раздельном − резервируются отдельные части (элементы) системы. Под кратностью резервирования «m» понимается отношение числа резервных элементов к числу основных. Кратность резервирования определяется из соотношения , где – число основных и резервных элементов; n – число основных элементов. При резервировании с целой кратностью величина k есть целое число (например, если , то на один основной объект приходится два резервных). При резервировании дробной кратностью получается дробное несокращаемое число. Например, при , резервных объектов 4, основных 2, общее число объектов 6. Сокращать дробь нельзя, так как новое отношение будет отражать совсем другой физический смысл. Рис. 1.1. Способы резервирования Схемы общего и раздельного структурного резервирования представлены соответственно на рис. 1.2 и 1.3, где п − число последовательных элементов в цепи, т-число резервных цепей (при общем резервировании) или резервных элементов для каждого основного (при раздельном резервировании). Рис. 1.2.Общее структурное резервирование Рис. 1.3. Раздельное структурное резервирование В зависимости от способа включения резервных элементов различают постоянное резервирование, резервирование замещением и скользящее резервирование. Постоянное резервирование – это такое резервирование, при котором резервные элементы участвуют в работе наравне с основными. В случае отказа основного элемента не требуется специальных устройств, вводящих в действие резервный элемент, поскольку он включается в работу одновременно с основным. Резервирование замещением − это такое резервирование, при котором резервные элементы вступают в работу только после отказа основного функции. При резервировании замещением необходимы контролирующие и переключающие устройства для обнаружения факта отказа основного элемента и переключения с основного на резервный. Скользящее резервирование представляет собой разновидность резервирования замещением, при котором основные элементы объекта резервируются элементами, каждый из которых может заменить любой отказавший элемент. Оба вида резервирования, постоянное и замещением, имеют свои преимущества и недостатки. Достоинством постоянного резервирования является простота, т. к. в этом случае не требуются контролирующие и переключающие устройства, понижающие надежность системы в целом, и, самое главное, отсутствует перерыв в работе. Недостатком постоянного резервирования является нарушение режима работы резервных элементов при отказе основных. Включение резерва замещением обладает следующим преимуществом: не нарушает режима работы резервных элементов, сохраняет в большей степени надежность резервных элементов, позволяет использовать один резервный элемент на несколько рабочих (при скользящем резервировании). Как недостаток можно отметить, что резервирование замещением выгодно только при резервировании крупных узлов, блоков, систем, а при резервировании более простых элементов системы оно целесообразно только при высокой надежности переключающих устройств. В зависимости от режима работы резервных элементов различают нагруженный (горячий) и ненагруженный (холодный) резерв. ^ Нагруженный (горячий) резерв в энергетике называют также вращающимся или включенным. В данном режиме резервный элемент находится в том же режиме, что и основной. Ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения в работу всей системы, и вероятность безотказной работы резервных элементов в этом случае не зависит от того, в какой момент времени они включаются в работу. ^ Облегченный (теплый) резерв характеризуется тем, что резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной. Поэтому, хотя ресурс резервных элементов также начинает расходоваться, с момента включения всей системы в целом, интенсивность расхода ресурса резервных элементов, до момента их включения, взамен отказавших, значительно ниже, чем в рабочих условиях. В основном, этот вид резерва применяется на агрегатах, работающих на холостом ходу, и ресурс резервных элементов будет расходоваться меньше, чем по сравнению с рабочими условиями, когда агрегаты несут полную нагрузку. Вероятность безотказной работы резервных элементов в случае этого вида резерва будет зависеть как от момента их включения в работу, так и от того, насколько отличаются законы распределения вероятности безотказной работы их в рабочем и резервном условиях. ^ В случае ненагруженного (холодного) резерва резервные элементы начинают расходовать свой ресурс с момента их включения в работу вместо основных. В энергетике этим видом резерва служат обычно отключенные агрегаты /7/. ^ Расчет надежности при постоянном общем резервировании Данная схема напоминает основную «0» электрическую цепь с «n» последовательно включенными элементами. Параллельно ей включено «m» резервных цепей, имеющих точно такие же параметры элементов, как и в основной цепи. Будем считать, что переключающие устройства идеальны (их надежность , а основная и резервные цепи равнонадежны), т. е. и . Рис. 1.4. Схема замещения при постоянном общем резервировании С учетом схемы замещения (рис. 1.4) вероятность отказа системы с т резервными цепями можно рассчитать следующим образом: , (1) где Q0(t) – вероятность отказа основной цепи, QPi(t) – вероятность отказа i-й резервной цепи. Соответственно вероятность безотказной работы системы: . (2) В соответствии с формулой имеем . (3) При одинаковых вероятностях отказов основной и резервной цепей формулы (3.17) и (3.18) принимают вид: , (4) . (5) Среднее время безотказной работы системы при общем резервировании , (6) где − интенсивность отказов системы, − интенсивность отказов любой из цепей, − интенсивность отказов i – го элемента. Для системы из двух параллельных цепей формула (1) принимает вид: . (7) Среднее время восстановления системы в общем случае определяется по формуле , (8) где ТBi – среднее время восстановления i-ой цепи. Для частного случая формула (3) принимает вид: . (9) Из рис. 1.5. видно, что если P0(t) имеет малое значение, к примеру , то и при просматривается существенное приращение надежности. Однако, с ростом надежности основной цепи P0(t), эффективность применения нескольких резервных ветвей резко снижается. Если надежность основной цепи , то заметен существенный прирост P(t) при включении только одной резервной цепи. В хозяйстве электроснабжения используются элементы высокой надежности, средняя наработка до отказа которых часто более 10 лет, причем стоимость объектов значительна. В связи с этим, как правило, оказывается выгоднее провести серию мероприятий, которые позволят поднять P0(t) основного объекта (одноцепной ЛЭП, кабельной линии, однотрансформаторной подстанции и т.д.) до уровня более 0,95 без существенных затрат, и тогда, для поднятия надежности резервированной системы до требуемого уровня, можно обойтись только одной резервной цепью с уровнем надежности, как в основной цепи. ^ Расчет надежности при постоянном раздельном резервировании Схема замещения при постоянном раздельном резервировании помещена на рис. 1.6. Вероятность того, что произойдет отказ элементов i-го типа, равна произведению вероятностей отказов i-го элемента и всех элементов, его резервирующих, т. е. . (10) Вероятность безотказной работы i-го и всех резервирующих его элементов . (11) Если резервные и резервируемые элементы равнонадежны , то . (12) Рис. 1.6. Схема замещения при постоянном раздельном резервировании Поскольку функциональные группы элементов соединены последовательно, то вероятность безотказной работы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы функциональных групп, т. е. . (13) Если все элементы равнонадежны, то . (14) Резервирование с дробной кратностью Расчетно-логическая схема одного из вариантов общего резервирования с постоянно включенным резервом и дробной кратностью приведена на рис.1.7. В рассматриваемой схеме используется n основных и () резервных элементов (l – общее число основных и резервных элементов). При этом и, следовательно, мы имеем дробную кратность резервирования равную . На основании ранее проведенных для других видов резервирование рассуждений можно получить выражения для вероятности безотказной работы и средней наработки на отказ для рассматриваемого случая общего резервирование структуры с дробной кратностью и постоянно включенным резервом при экспоненциальном распределении: ; , (15) где – вероятность безотказной работы основного или любого резервного элемента. Рассмотрим теперь методы расчета надежности структуры при резервировании замещением с дробной кратностью. Расчетно-логическая схема для такого типа резервирования при нагруженном резерве приведена на рис. 1.8. Рис. 1.7. Расчетно-логическая схема общего резервирования с постоянно включенным резервом и дробной кратностью Резервированная структура состоит из n основных однотипных и () резервных элементов, находящихся в нагруженном резерве (). При отказе одного из основных элементов на его место без перерыва в работе включается один из резервных. Причем резервные элементы также могут отказывать. Таких замещений, не нарушающих работу структуры в целом, может быть не более (). Средняя наработка до отказа такой структурвы в предположении абсолютно надежных переключающих устройств и равнонадежных элементов, каждый из которых имеет одинаковую интенсивность отказов , может быть определена по формуле: , (16) где l – общее число основных и резервных элементов структуры. Вероятность безотказной работы резервированной ТС в течение времени t для данного случая (рис. 3.11) определяется из следующего выражения: . (17) Рис. 1.8. Резервирование замещением с дробной кратностью В случае ненагруженного резерва при резервировании с дробной кратностью (рис. 1.8), часто такой вид резервирования называют скользящим, отказ одного из n основных однотипных элементов приводят к включению на его место одного из () резервных. При этом по условию элементы, находящиеся в резерве, отказывать не могут до их включения на место отказавшего основного элемента. Исходя из этого условия и учитывая, что в процессе нормального функционирования структуры в работе находится постоянно n элементов, интенсивность отказов каждого из которых равна , средняя наработка до отказа и вероятность безотказной работы в целом за время t при экспоненциальном распределении могут определяться из следующих выражений: ; (18) , (19) где − средняя наработка на отказ основного или резервного элемента; − интенсивность отказов основной цепи структуры. Имеется вариант структурной схемы объекта в смысле надежности и исходные параметры, характеризующие свойства элементов исследуемого объекта, определить: а) для заданного варианта структурной схемы объекта показатели надежности P(t), Q(t), T, l(t). б) построить графики функций P(t), Q(t), l(t). Варианты структурных схем объектов с последовательно-параллельным соединением элементов В1 В2 В3 В4 В5 В6 В7 В8 В9 В10 В11 В12 В13 В14 В15 В16 В17 В18 В19 В20 Таблица 3.2 Варианты численных значений интенсивностей отказов отдельных элементов Номер варианта Интенсивности отказов элементов, i10-61/час 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 4 7 3 2 6 5 2 6 2 1 5 3 4 7 Окончание табл. 3.2 1 2 3 4 5 6 7 8 3 7 5 2 4 6 1 3 4 3 6 4 7 5 2 1 5 5 3 6 1 4 7 2 6 8 7 10 6 9 12 11 7 12 9 8 11 7 11 6 8 11 10 7 9 12 6 8 9 9 6 12 8 11 10 7 10 7 12 9 10 6 8 11 11 10 13 14 15 12 11 9 12 14 15 10 9 13 12 11 13 12 10 11 13 14 9 15 14 11 9 13 12 10 15 14 15 14 13 9 11 12 10 15 16 1 3 5 7 9 11 13 17 5 11 9 1 13 7 3 18 9 1 7 3 5 13 11 19 7 5 1 11 9 3 13 20 11 13 9 5 1 7 3 ^ Вопросы для самоконтроля Как Вы понимаете, что такое последовательное соединение элементов с позиций надежности? Как Вы понимаете, что такое параллельное соединение элементов с позиций надежности? Что такое мостиковое соединение элементов? Что представляет собой приближенный метод преобразования звезды в треугольник и обратно? Что такое резервирование? Какие существуют виды резервирования? Что такое кратность резервирования? Достоинства и недостатки резервирования постоянного и замещением. Какие различают резервы в зависимости от режима работы резервных элементов? Достоинства и недостатки нагруженного, ненагруженного и облегченного резервов. Література 1. Венцель Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Венцель – М.: Наука, 1969. –576 с. 2.Тремясов В. А. Надежность электроснабжения: Учеб. пособие / В. А. Тремясов. − Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. −163 с. 3. Волков Н. Г. Надежность электроснабжения. Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. − Томск, 2003. −140 с. 4. Китушин В. Г. Надежность энергетических систем. Часть 1. Теоретические основы: Учебное пособие / В. Г. Китушин. − Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. −256 с. 5. Анищенко В. А. Надежность систем электроснабжения: Учеб. пособие / В. А. Анищенко. − Мн.: УП «Технопринт», 2001. −160 с. 6. Фокин Ю. А. Вероятностно-статистические методы в расчетах систем электроснабжения / Ю. А. Фокин. − М.: Энергоатомиздат, 1985. 7. Зорин В. А. Надежность систем электроснабжения / В. А. Зорин, В. В. Тисленко, Ф. Клеппель, Г. Адлер. – Киев: Вища школа, 1984. 9. Гук Ю.Б. Анализ надежности электроэнергетических установок. – Л.:Энергоатомиздат, 1988. 10. Гук Ю. Б. Расчет надежности схем электроснабжения / Ю. Б. Гук, М. М. Синенко, В. А. Тремясов. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. 11. Михайлов В. В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий / В.В. Михайлов / - 2-е изд., перераб. и доп. − М.: Энергоиздат, 1982. −152 с. 12. Справочник по проектированию электрических сетей. Под редакцией Д. Л. Файбисовича. − М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2005. –320 с.

Схожі:

	Методичні вказівки до виконання ргр з дисципліни „Надійність та діагностика сеп для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання Для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання		Методичні вказівки до виконання практичних робіт з дисципліни „Надійність та діагностика сеп для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання Методичні вказівки до виконання практичних робіт з дисципліни „Надійність та діагностика сеп”
	Методичні вказівки до виконання практичних робіт з дисципліни „Надійність та діагностика сеп для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання Методичні вказівки до виконання практичних робіт з дисципліни „Надійність та діагностика сеп”		Методичні вказівки самостійної роботи студентів з дисципліни „Надійність та діагностика сеп для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання Методичні вказівки самостійної роботи студентів з дисципліни „Надійність та діагностика сеп”
	Методичні вказівки самостійної роботи студентів з дисципліни „Надійність та діагностика сеп для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання Методичні вказівки самостійної роботи студентів з дисципліни „Надійність та діагностика сеп”		Методичні вказівки для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» Методичні вказівки ( конспект лекцій ) по дисципліні «Надійність І діагностика систем електропостачання» ( для студентів спеціальності...
	Методичні вказівки для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» Методичні вказівки ( конспект лекцій ) по дисципліні «Надійність І діагностика систем електропостачання» ( для студентів спеціальності...		4 курсів заочної форм навчання спеціальності 090603 – «Електротехнічні системи електроспоживання» Харків – хнамг – 2007 Методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни «Електричні машини» (для студентів 3 курсу денної І 3 – 4 курсів заочної форм...
	Методичні вказівки до самостійної роботи студентів з дисципліни „Релейний захист та автоматизація Для студентів спеціальності 090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» всіх форм навчання		Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Автоматизований електропривод» (для студентів 4 курсу всіх форм...