ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Надежность электрических станций, энергосистем и объектов» рассматривает общие вопросы надежности электрических станций (ЭС) и электроэнергетических систем (ЭЭС). Проблема надежности электростанций и их элементов, надежности ЭЭС связана с вопросами определения и оптимизации показателей надежности объектов на стадиях проектирования, сооружения и эксплуатации.

Основная цель дисциплины – изложение основ теории надежности и методов их практического применения для расчета надежности схем электрических соединений электростанций и энергосистем.

Решение основных задач надежности электро-энергетических систем предусматривает достижение оптимального соотношения между затратами на производство, передачу и распределение электрической энергии и технико – экономическими последствиями от недоотпуска электроэнергии. Это предполагает, прежде всего, достоверное прогнозирование, расчет и анализ показателей надежности электрических станций, электрических систем и узлов электропотребления.

Задача настоящего курса – на основе современных достижений науки и практики дать ответ на три главных вопроса:

· Что понимается под надежностью?

· Какими должны быть надежная ЭЭС, надежное электроснабжение?

· Как обеспечить надежность функционирования электрических станций и ЭЭС?

ЛЕКЦИЯ 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

Электроэнергетика является основой развития промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства и служит базой для повышения технико-экономического потенциала страны. От надежной работы электрических станций и электроэнергетических систем зависит надежность электро-снабжения потребителей, которая в конечном счете влияет на функционирование всей экономики страны.

Электроэнергетические системы являются динамическими системами сложного типа, состоящими из большого числа составляющих элементов (генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, коммутационные аппараты и др.). При этом сложность системы определяется не только числом элементов, но главным образом наличием связей между ними. Для ЭЭС сложность определяется тем, что все ее элементы функционально связаны единством процесса производства, распределения и потребления электрической энергии.

Объединение электроэнергетических систем и создание такого органически взаимосвязанного комплекса ЭЭС, как Объединенная энергосистема Центральной Азии (ОЭС ЦА), способствуют повышению надежности электроснабжения за счет возможности взаимопомощи энергосистем друг другу в аварийных ситуациях и других непредвиденных отклонениях от планируемого баланса мощности и энергии.

Сегодня ОЭС ЦА связывает юг Казахстана, Кыргызстан, Узбекистан и Таджикистан и имеет общий операционный режим и координированное руководство диспетчерской службой, общую систему планирования межсистемных перетоков, а также интегрированную систему информационных каналов и необходимого технического контроля. Через систему Казахстана ОЭС ЦА работает параллельно с Единой энергосистемой России. Это также повышает надежность энергоснабжения в регионе.

Проблема оценки и выбора рациональной степени надежности электрических станций и электроэнергетических систем является одной из наиболее важных проблем на современном уровне развития электроэнергетики. Этим и определяется повышенный интерес к проблеме надежности в последние годы как в нашей стране, так и за рубежом.

Вообще, под надежностью понимается свойство объекта (оборудования, установки, элемента или системы) выполнять заданные функции в заданном объеме в течение заданного времени при определенных условиях функционирования, сохраняя свои эксплуатационные показатели в пределах, оговоренных в нормативных документах.

Объект - предмет целевого назначения, рассматриваемый в период проектирования, производства, эксплуатации, изучения, исследования и испытания на надежность (объектами могут быть системы и их элементы, в частности сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали).

Как известно, основной функцией ЭЭС является обеспечение всех потребителей электроэнергией в необходимом количестве и надлежащего качества. Следовательно, надежность электроэнергетической системы есть свойство обеспечивать потребителей электроэнергией при отклонениях частоты и напряжения в определенных пределах, оговоренных ГОСТом и ПУЭ, и исключать ситуации, опасные для людей и окружающей среды.

Надежность ЭЭС определяется надежностью ее отдельных элементов (генерирующих агрегатов, трансформаторов, линий электропередачи, коммутационных аппаратов, устройств защиты и автоматики и др.), надежностью схемы (степенью резервирования), надежностью режима (запасами статической и динамической устойчивости), а также живучестью системы, т.е. способностью выдерживать системные аварии цепочечного характера без катастрофических последствий, или, без перерывов электроснабжения потребителей, не подключенных к системе автоматической частотной разгрузки (АЧР).

Надежность функционирования ЭЭС определяется:

1) структурой генерирующих мощностей;

2) схемой и пропускной способностью основных электрических сетей;

3) схемами электрических станций;

4) надежностью и другими техническими характеристиками основного оборудования (в первую очередь маневренностью), используемого в ЭЭС;

5) совершенством системы управления, включая противоаварийную и режимную автоматику;

6) располагаемыми резервами в генерирующей, сетевой и управляющей частях ЭЭС;

7) обеспеченностью электростанций энергоресурсами;

8) уровнем эксплуатации и в том числе качеством ремонтов оборудования;

9) режимами электро- и теплопотребления;

10) внешними воздействиями на ЭЭС и рядом других факторов.

Под надежностью электроснабжения понимается свойство электротехнической установки, участка электрической сети и энергосистемы в целом обеспечивать в нормальных (повседневных) условиях эксплуатации бесперебойное электроснабжение потребителей электрической энергией нормированного качества и в необходимом количестве.

Надежность электроснабжения определяется:

1) принятой схемой электроснабжения;

2) надежностью используемого в ней энергетического оборудования и технических устройств;

3) уровнем эксплуатации.

Надежность электроснабжения оценивается:

1) частотой и средней продолжительностью нарушений электроснабжения потребителей;

2) относительной величиной аварийного резерва, необходимого для обеспечения заданного уровня бездефицитной работы энергосистемы и ее отдельных узлов.

В практической деятельности специалисту-энергетику приходиться принимать различные решения. Например, выбирать проектный вариант энергосистемы или ее части, производить реконструкцию ее сетей и станций, назначать режимы. В энергетике на выбор решения влияет большое количество факторов. Одни из них можно численно проанализировать и сократить область вариантов решения. Другие не имеют теоретической ясности для количественного описания. Появляется неопределенность, преодолевать ее помогают знания, опыт, интуиция, качественный анализ. Появляется риск выбора неоптимальных и некачественных решений. Среди других факторов, надежность имеет особое место, ее надо учитывать всегда.

Оценка надежности электроснабжения должна производиться на стадиях разработки элементов, планирования развития электроэнергетических систем, проектирования отдельных систем и объектов, а также в процессе эксплуатации. Даже при хорошем качестве оборудования и высоком уровне эксплуатации отказы оборудования в работе неизбежны в силу ряда объективных причин случайного характера и, прежде всего, из-за того, что в условиях эксплуатации оборудование может подвергаться нерасчетным воздействиям, учет которых при его разработке потребовал бы введения неоправданно больших запасов.

Сформулируем три основные практические задачи анализа надежности ЭС и ЭЭС:

1) оценка показателей надежности для существующих и создаваемых установок или оборудования;

2) обеспечение заданного уровня надежности оборудования и установок;

3) выбор технических решений и оптимизация уровня надежности.

Решение основных задач надежности ЭЭС предусматривает достижение оптимального соотношения между затратами на производство, передачу и распределение электроэнергии и технико-экономическими последствиями от недоотпуска электроэнергии, для чего необходимо достоверное прогнозирование показателей надежности электрических станций, электрических систем и узлов электропотребления.