Кафедра «Электроснабжение»
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ
СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ
К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ НАДЕЖНОСТИ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
для бакалавров направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», профиль 03 «Электроснабжение»
2018, Киров
Введение
Под надежностью любого технического объекта понимается свойство объекта выполнять задание функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Применительно к системам электроснабжения надежность – это бесперебойное снабжение электроэнергией в пределах допустимых показателей её качества и исключение ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.
Перерыв электроснабжения является нежелательным и приводит во многих случаях к неприятным последствиям: нарушению нормального функционирования технологического оборудования, порче ценного оборудования и сырья, браку продукции, а в ряде случаев и к человеческим жертвам. Причиной появления перерывов электроснабжения является выход из строя элементов систем электроснабжения: трансформаторов, выключателей, линий и т.д. Выход из строя элемента системы электроснабжения является случайным событием, предусмотреть которое заранее невозможно. Так, например, причинами повреждения воздушной линии могут служить образование гололеда на проводах, сильные порывы ветра, прямой удар молнии в линию. Трансформатор может выйти из строя из-за утечки масла из бака или пробоя изоляции обмоток.
Для предотвращения перерывов электроснабжения принимают специальные меры для улучшения работы всех элементов и повышения тем самим надежности электроснабжения потребителей. Очевидно, что все это приводит к дополнительным материальным и денежным затратам на сооружение резервных элементов и требует применения специальных устройств защиты и автоматики, более тщательного надзора за работой электроустановки. Вопрос о целесообразности применения тех или иных средств для повышения надежности электроснабжения решается на основании соответствующего технико-экономического анализа. При этом требуется, в частности, определение таких характеристик надежности, как вероятность отказа и вероятность безотказной работы системы электроснабжения. Определение этих характеристик невозможно без использования аппарата теория вероятностей.
Математический аппарат теории надежности основан на таких разделах современной математики, как теория вероятностей и математическая статистика, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, математическая логика, теория графов, теория оптимизации, теория экспертных оценок, теория больших систем.
С проблемой надежности в электроснабжении связаны следующие практические задачи:
- статистическая оценка и анализ надежности действующего оборудования и установок;
- прогнозирование надежности оборудования и установок;
- нормирование уровня надежности;
- испытания на надежность;
- расчет и анализ надежности;
- оптимизация технических решений по обеспечению надежности при проектировании, создании и эксплуатации электротехнического оборудования, установок, систем;
- экономическая оценка надёжности;
- оценка сроков службы оборудования и установок.
Теория надёжности вводит в практику инженерного исследования количественные оценки, которые позволяют:
- сравнивать различные виды оборудования, установок и систем по их надёжности;
- устанавливать требования и нормативы надёжности оборудования для установок и систем;
- рассчитывать надёжность установок по надёжности их элементов;
- оптимизировать величину необходимого резерва и структуру технических объектов;
- выявлять наименее надёжные элементы оборудования, установок и систем;
- оценивать сроки службы оборудования и установок.
В расчетах надежности систем электроснабжения, так же, как и любых технических систем, возникает противоречивое желание: иметь, с одной стороны, наиболее точную расчетную модель, с другой - простоту расчетов и обеспеченность модели исходными данными.
В настоящее время в энергетике, да и в большей части основных областей техники, получили широкое распространение элементные методы расчета, исходящие из предположения, что система состоит из самостоятельных (в смысле надежности) элементов, т. е. на второй план отходят функциональные зависимости между параметрами элементов. Применение элементных методов расчета надежности на современном этапе в значительной степени оправдано теми задачами, которые могут быть решены при реальных возможностях получения информации об отказах оборудования и его режимах работы. Оценка надежности систем электроснабжения производится на этапе проектирования или реконструкции и в более редких случаях в процессе эксплуатации. Поэтому необходимы методы оценки надежности, позволяющие работать с минимумом исходных данных, в то же время обеспечивающие достоверные результаты, по возможности простые, позволяющие рассматривать достаточно большое количество вариантов.
Понятия и определения теории надежности
1.1. Общие понятия
Схема электрических соединений СЭС – схематическое представление связей между источником питания и пунктами преобразования, распределения и потребления электроэнергии.
Схема замещения (по надежности) – условное представление схемы электрических соединений, состоящей из элементов с надежностными характеристиками.
Надежность – свойство СЭС (или элемента) выполнять заданые функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования
Повреждение – нарушение исправности объекта или его составных частей в результате влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные нормативно – технической документацией.
Отказом называется событие, заключающееся в нарушении работоспособности, т.е. в переходе объекта с одного уровня работоспособности или функционирования на другой, более низкий, или в полностью неработоспособное состояние. Понятие отказа в теории надежности является одним из основных.
Большая часть элементов электрических систем, в особенности элементов силового тока (генераторы, трансформаторы, линии электропередач, коммутационная аппаратура, аппаратура регулирующих и компенсирующих устройств и т.д.), относится к восстанавливаемым после отказа элементам. Поэтому дальнейшее изложение проводится применительно к показателям надежности восстанавливаемых элементов.