5.2. Причины отказов линий электропередачи

Линии электропередачи являются наиболее часто повреждаемымиэлементами электроэнергетических систем из-за территориальнойрассредоточенности и подверженности влиянию внешних неблагоприятныхусловий среды.К основным причинам повреждения воздушных линий относятсяследующие: повреждение опор и проводов из-за гололедно-ветровых нагрузок;грозовое перекрытие изоляции; пережог проводов; повреждение опор ипроводов автотранспортом и другими механизмами; дефекты изготовленияопор и проводов, изоляторов; падение деревьев; перекрытие изоляции птицами;несоответствие опор, проводов, изоляторов природно-климатическим зонамстраны; перекрытие воздушных промежутков на строительные исельскохозяйственные машины; неправильный монтаж опор и проводов;несоблюдение сроков ремонта и замены оборудования.Эти причины приводят в основном к ослаблению или нарушениюмеханической прочности проводов, опор, изоляторов; поломке деталей опор;коррозии и гниению металлических и деревянных частей.Вибрация, ≪пляска≫ и обрыв проводов, разрушение опор или их частей

сопровождаются одно- и многофазными короткими замыканиями. Отмечаетсязависимость параметра потока отказов воздушных линий от времени года исрока эксплуатации, при этом возрастание параметра потока отказов принеблагоприятной погоде весьма значительно.Основной причиной повреждения кабельных линий является нарушениеих механической прочности землеройными машинами и механизмами (до 70%всех повреждений). Наибольшая повреждаемость возникает при прокладкекабелей непосредственно в земле. Значительную часть повреждений кабельныхлиний составляют электрические пробои в соединительных кабельных муфтахи на концевых воронках, участках кабелей, проложенных с большим уклоном.Вследствие старения и износа изоляции, попадания влаги в кабельнуюлинию, коррозии металлических частей, усиливающейся при появленииблуждающих токов, возникновения неравномерностей в вязкой пропитке подлине кабеля из-за разности уровней по горизонту отказы возникаютсущественно реже. Продолжительность восстановления кабельных линийнамного больше по сравнению с воздушными и составляет десятки часов.

5.3 Отказы в электроэнергетических системах

Электроэнергетические системы в целом обладают известным запасомживучести и при отдельных возмущениях не уязвимы за счет избыточности ихструктуры и возможностей системы управления как автоматического, так иручного. Однако при определенных отказах группы элементов и внешнихвоздействиях эта избыточность не обеспечивает ни требуемого уровняфункционирования, ни безопасности.

Отказы функционирования элементов системы различаются по своему виду, например, разрыв цепи, короткое замыкание, отказ срабатывания. К одновременному отключению многих элементов электрической сети электроэнергетической системы могут привести следующие группы событий:

1. отказы вспомогательного оборудования и систем станций и подстанций (электроснабжение собственных нужд, системы оперативного тока, охлаждения и т.д.);

2. отказы систем управления, защиты и автоматики;

3. ошибки оперативного и обслуживающего персонала;

4. внешние воздействия (взрывы, ураганы, землетрясения);

5. пожары в помещениях электроустановок и кабельных тоннелях.

Отказы общей причины, т.е. отказы множества элементов, вызванные одной причиной, следующие:

− одновременное длительное отключение ряда элементов одной цепи электропередачи или узла системы;

− одновременное длительное отключение двух и более параллельных цепей межсистемных связей или системообразующих линий;

− полное погашение распределительного устройства (РУ) подстанций или станций.

Последствиями отказов общей причины являются повреждение большогочисла единиц оборудования; перерыв электроснабжения потребителей;непосредственная угроза жизни персонала и населения окружающего района.

Предупреждение отказов общей причины обычно осуществляется либо настадии проектирования, либо во время профилактических мероприятий путеманализа обстоятельств возникновения этих отказов.

Цепочечный характер могут носить аварии не только вэлектроэнергетической системе, но и на станциях и подстанциях. Общее числоцепочечных аварий в год составляет несколько десятков. В числе причинцепочечных аварий: неправильные действия персонала; отказы устройстврелейной защиты и автоматики; отказы выключателей; воздействие природных

сил; отказы элементов в расчетных условиях; отключение шин; отключениегенераторов; отключение трансформаторов; отказы функционирования из-заповреждений.

Чаще всего первопричиной аварии является совместное действие двух-трех факторов, а в некоторых случаях шести-семи, и, как правило, те жефакторы выступают в качестве причин развития аварий. Анализ этих причин позволяет наметить основные мероприятия по повышению живучести ЭЭС:

− уменьшение объема профилактического обслуживания с целью снижения вероятности отказов из-за ошибок персонала;

− внедрение комплекса самонастраивающихся устройств релейнойзащиты и автоматики на новой элементной базе с целью уменьшения числа неправильных действий и отказов срабатывания;

− повышение безотказности коммутационной аппаратуры за счет внедрения элегазовых выключателей;

− своевременный ввод линий системообразующей сети ЭЭС;

− внедрение систем технической диагностики и контроля для генераторов, трансформаторов, линий и выключателей.

6. МОДЕЛИ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ И ПРОСТЫХ СИСТЕМ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ. ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ ВНЕЗАПНОГО ОТКАЗА ЭЛЕМЕНТА

План лекции

1. Модели отказов элементов

2. Формирование модели внезапного отказа элемента

Краткое содержание лекции

Многообразие причин отказов элементов систем электроэнергетикиотражается в подразделении отказов на внезапные и постепенные, математические модели которых различны. Математическое описание процесса возникновения отказов называется моделью отказов. Для формирования модели отказов необходимо знать их физическуюсущность. Внезапные отказы – это отказы, возникающие вследствие внешнихслучайных воздействий в случайные моменты времени, которые нельзяпредсказать заранее. Они не связаны с внутренним состоянием элемента илиоборудования. Постепенные отказы – отказы, возникающие в результатепостепенного изменения внутреннего состояния элемента или оборудования вслучайные моменты времени.Каждый из типов отказов характеризуется собственной математическоймоделью явления, и, следовательно, своим подходом к получениюколичественных характеристик. В качестве одной из основных характеристикотказов является функция распределения времени безотказной работы, покоторой могут быть получены все остальные характеристики надежности,связанные с отказами. При формировании моделей отказов рассматриваютсяпериоды нормальной работы и интенсивного износа (старения).

Формирование модели внезапного отказа элемента

У большинства объектов ЭЭС имеется длительный период, на котором интенсивность отказов практически постоянна – период нормальной эксплуатации. В этом случае оборудование выводится в ремонт раньше, чем начнется заметное старение его элементов. В данном случае λ (t) = λ = const. Разделим период рассматриваемого времени (0;t ) на интервалы ∆ t _i, i = 1,2,3, ...,n, и обозначим вероятность того, что превышение максимальной

прочности произойдет на i интервале, α_i. Очевидно, что при первом таком превышении произойдет отказ оборудования, в данном случае элемента. Т.к. максимальная прочность элемента постоянна, а случайные пиковые воздействия независимы, то случайные события появления пиковой нагрузки на каждом интервале времени также независимы (вспомним простейший поток событий). События появления пиковой нагрузки на любом интервале времени - A i , и ее не появления - B i являются противоположными событиями. Тогда по теореме умножения для независимых событий вероятность появления хотя бы одного превышения максимальной прочности будет равна

Т.к. условия эксплуатации конкретного оборудования неизменны, , тогда вероятность того, что время безотказной работы равно( k − 1 ) интервалов, будет:

где α – вероятность превышения максимальной прочности, приводящего котказу.

Суммируя все вероятности появления отказов, начиная с первогоинтервала, и заменяя согласно локальной предельной теоремеМуавра-Лапласа, получим интегральную функцию распределения временибезотказной работы, выраженную в числе интервалов времени:

Здесь k – к-й интервал времени, в котором произошел отказ.Переходя к непрерывному аргументу времени, получим вероятностьотказа:

где λ – параметр распределения – среднее число отказов в единицу времени,т.е. интенсивность отказов.

Тогда вероятность безотказной работы будет равна:

Среднее время безотказной работы при схеме внезапных отказов и показательном времени распределения между отказами будет:

Определим по модели отказов интенсивность отказов:

Отсюда внезапные отказы характеризуются постоянной интенсивностью. Параметры модели внезапных отказов в зависимости от времени имеют следующий вид Рис. 6.1

а) изменение частоты отказов во времени

б) изменение вероятности безотказной работы

в) изменение вероятности отказа

г) изменение интенсивности отказа

Рисунок 6.1. Зависимость показателей надежности от времени при внезапных отказах элемента

Таким образом, в системах со своевременными капитальными ипрофилактическими ремонтами, заменой износившихся частей, когда другие виды отказов составляют незначительную долю, в качестве основного распределения времени безотказной работы принимается экспоненциальное распределение, т.е. модель внезапных отказов оборудования описывается экспоненциальным законом. При этом необходимо помнить, что время эксплуатации без ремонтов и профилактики должно быть значительно меньше времени безотказной работы оборудования, т.к. при t = T

то есть, если не проводить своевременные ремонты в процессе эксплуатации, то к концу срока службы оборудования его показатели надежности станут недопустимо низкими.