Влияние надежности коммутационной аппаратуры и устройств релейной защиты и автоматики на надежность схем

Для локализации отказавшего элемента и подачи в узел нагрузки питания от резервного источника необходимо, чтобы сработали устройства релейной защиты и автоматики (УРЗА), а также коммутационные аппараты (КА), на которые воздействуют эти устройства.

Рассмотрим операции отключения поврежденной линии и подачу резервного питания в расчетный узел нагрузки (рис. 7.7). Имеется распределительное устройство с двумя секциями шин, между которыми установлен секционный выключатель с устройством автоматического ввода резерва (АВР) двустороннего действия. В нормальном режиме каждая секция питается по своей линии, а секционный выключатель отключен.

 

 

Рис. 7.7

При поврежденной линии Л1 происходит следующее: релейная защита на выключателе Q1 подает команду на его отключение; срабатывает Q1, отключающий Л1 от ИП, релейная защита на Q2 подает команду на отключение Q2; срабатывает Q2, отключающий Л1 от узла нагрузки А; от исчезновения напряжения на секции шин срабатывает устройство АВР и подает команду на включение Q5; срабатывает Q5 и напряжение от Л2 через секцию шин и Q5 подается на А.

Таким образом, для обеспечения питания узла нагрузки понадобилось выполнить шесть операций. В действительности количество операций значительно больше, поскольку каждый комплект УРЗА состоит из нескольких элементов (реле, контакторов и др.). При этом на каждой из операций работающая аппаратура может отказать. Поэтому для точной оценки надежности электроснабжения узла нагрузки нужно учитывать надежность УРЗА и КА.

С одной стороны, КА является элементом силовой электрической цепи и несет нагрузку (электрическую, механическую) в нормальном режиме. Поэтому КА, как и другие элементы электрической сети, может отказать в нормальном режиме. Такие отказы называют статическими (например, перекрытие опорной изоляции, перегрев контактов). С другой стороны, на КА воздействуют УРЗА для выполнения основных функций по включению (отключению). Возможен отказ в удовлетворении требованиям на срабатывание. С этой точки зрения КА можно рассматривать как элемент комплекта УРЗА. Такие отказы называются отказами функцио-нирования.

Отказы функционирования УРЗА и КА бывают трех видов:

• отказы в срабатывании (невыполнение УРЗА и КА требований на срабатывание);

• неселективные срабатывания (срабатывание УРЗА и КА при требовании на срабатывание, поступающем не на данное, а на другое срабатывание);

• ложные срабатывания (срабатывание УРЗА и КА при отсутствии требований на срабатывание).

Если рассматривать надежность коммутационных операций, производимых по командам от УРЗА, то элементы релейной защиты, автоматики, исполнительных органов коммутационного аппарата эквивалентируются системой последовательно соединенных элементов, каждый из которых может отказать. Отказ любого из элементов приводит к отказу КА, количественной характеристикой которого является вероятность несрабатывания , определяемая как отношение числа несрабатываний устройства релейной защиты и автоматики и числа несрабатываний исполнительного органа коммутационного аппарата к общему числу требований М(t) на работу этих устройств за период наблюдений t:

(7.10)

Ориентировочные значения вероятности несрабатывания типичных схем релейной защиты и устройств автоматического ввода резерва приведены в табл. 7.4.

 

Таблица 7.4

 

Наименование устройства	Вероятность несрабатывания
U=6, 10 кВ	U=35, 110 кВ
Релейная защита линии (вместе с КА) Релейная защита трансформатора (вместе с КА) Автоматический ввод резерва	0,020 - 0,022	0,015 0,010 0,020

 

Интенсивность отказов в расчетной точке схемы электрических соединений, зависящая от надежности работы УРЗА и КА, составит

(7.11)

где – интенсивность требований, поступающих на УРЗА и КА. Требованиями считаются устойчивые отказы, которые фиксируются как отказы в электроснабжении, и неустойчивые отказы, которые ликвидируются при исчезновении напряжения. Неустойчивые отказы для воздушных ЛЭП составляют 50-70 % от всех отказов. Для других видов основного оборудования СЭС число неустойчивых отказов меньше и в расчетах надежности их можно не учитывать.

Для ВЛ ожидаемая интенсивность требований на срабатывание УРЗА и КА

, (7.12)

где k —коэффициент увеличения числа требований на срабатывание за счет учета неустойчивых отказов; – удельная (из расчета на 1 км длины линии) интенсивность отказов ВЛ; l – длина защищаемой ВЛ. Примерные величины: для ВЛ 35, 110 кВ и для ВЛ 6, 10 кВ.

При отказе в срабатывании УРЗА и КА управляющая команда поступает на срабатывание соответствующих устройств более высокого структурного уровня. Так, если откажет в отключении линейный выключатель Q1 (рис. 7.8), то поступает заявка на отключение шинного выключателя Q2, что приводит к полному обесточиванию шин распределительного устройства. Поскольку наложение отказов в срабатывании УРЗА и КА случается редко, при практических расчетах надежности схем электрических соединений его можно не учитывать.

 

 

Рис. 7.8

 

Время восстановления при отказах в срабатывании УРЗА и КА – это время локализации отказа.

 

Пример 7.3

Требуется определить показатели надежности в расчетной точке А схемы
(рис. 7.7). Длина ВЛ1 составляет 25, ВЛ2 – 20 км. Показатели надежности элементов приведены в табл. 3.2. Надежность выключателей (интенсивность отказов в статическом состоянии) и шин РУ не учитывается. РУ 110 кВ обслуживается ОВБ и расположено в сельской местности.

Решение

Шины первой секции РУ 110 кВ будут обесточены при отказе ВЛ1 (ВЛ2) в период простоя ВЛ2 (ВЛ1) на время ремонта, а также при отказе ВЛ1 (несрабатывании Q2 или несрабатывании Q5) на время устранения отказа в срабатывании.

 

 

Рис. 7.9

 

Схема замещения представлена на рис. 7.9, где элементы 1 и 2 замещают ВЛ1 и ВЛ2, а элементы 3, 4, 5 отражают отказы в срабатывании Q1, Q2, Q5. Заштрихованная на рисунке поверхность элементов означает, что время восстановления для них определяется временем локализации отказа.

Численные значения показателей надежности (с использованием данных
табл. 3.2, 7.3, 7.4):

год^-1; ;

год^-1; ;

год^-1; ;

год^-1; ;

=3,2 год^-1;

=3,2×0,015=0,048 год^-1; ;

=0,048 год^-1; ;

=0,064 год^-1; ;

По формулам (7.7) и (7.8) для параллельно соединенных элементов с учетом преднамеренных отключений определяем показатели надежности эквивалентного элемента:

;

год ; год ; год^-1;

; ; .

Показатели надежности структуры:

год^-1; =2,19 ч.

Из рассмотренного примера видно, что надежность УРЗА и КА оказывает большое влияние на надежность схемы. Так, составляющая интенсивности отказов, обусловленная ненадежностью УРЗА и КА (элементы 3, 4, 5), составляет 90,5 %.