Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие в нашей стране техники релейной защиты энергосистем (РЗ) с одной стороны привело к значительному повышению её технического совершенства, а с другой - к значительному снижению надёжности. Процент отказов устройств РЗ в конце 80-х, начале 90-х годов превысил аналогичный показатель для электромеханических реле (который составляет 0,4-0,6%) примерно в 20 раз и достиг в среднем 10%.
Показатели неправильной работы отечественных систем РЗ (панели и шкафы РЗ, выполненные на полупроводниковой элементной базе) за 1997 г. оказались уже существенно ниже: направленная высокочастотная защита воздушных линий электропередачи (В Л) - 3.2%, дистанционная защита В Л - 2.3 %, токовая защита от замыканий на землю ВЛ - 7.1%, устройство резервирования при отказе выключателей - 10.0% , устройство АПВ ВЛ - 3.5%, комплексные защиты блоков генератор-трансформатор - 3.4%.
Неправильные действия РЗ приводят к большим ущербам для системы. Поэтому при создании устройств РЗ необходимо обеспечить их высокую надежность. В связи с описанным представляется весьма целесообразной работа над созданием новых методов и средств, обеспечивающих необходимое повышение надёжности систем РЗ.
Важным этапом анализа надёжности является расчёт её показателей. В релейной защите энергосистем эта задача существенно усложнена рядом факторов, к основным из которых можно отнести следующие:
в последнее время в технику релейной защиты всё активнее вводятся автоматические и автоматизированные проверочные устройства, что, как показал проведённый анализ, приводит к необходимости пересмотра методов расчёта надёжности РЗ;
до сих пор у специалистов нет однозначного мнения относительно состава потока восстановлений исправности РЗ и особенностей формирования этого потока;
имеется ряд особенностей функционирования РЗ (наличие случайных и регулярных составляющих потока проверок, нестационарность некоторых случайных составляющих потоков отказов и восстановлений, неординарность потока восстановлений и т.д.), которые ставят под сомнение правомерность использования известных аналитических методов расчёта показателей надёжности и т.д. Большой вклад в решение указанной задачи внесли такие отечественные учёные, как Э.П. Смирнов, В.Г. Китушин, Ю.Б. Гук, А.И. Шалил, Н.А. Манов, В.Л. Фабрикант, ЕЯ. Шор, Н.В. Вавин и др.
Однако в настоящее время нет достаточно простого и точного метода, позволяющего рассчитать показатели надёжности реальных систем РЗ и провести с учётом надёжности сопоставление различных схем и стратегий обслуживания.
Работа выполнена автором в Новосибирском государственном техническом университете.
Цель и задачи работы. Целью работы является совершенствование методов и
средств расчёта аппаратной надёжности релейной защиты энергосистем.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи.
-
Анализ методов расчёта надёжности, используемых в настоящее время, выявление их достоинств и недостатков.
-
Совершенствование модели надёжности релейной защиты с учётом действия диагностических устройств и «переходного» характера процесса функционирования.
-
Совершенствование методики расчёта показателей РЗ.
-
Разработка алгоритмов и программ имитационного моделирования РЗ с целью расчёта её надёжности.
-
Исследование степени влияния на показатели надёжности РЗ таких факторов, как нестационарность и неординарность потоков восстановлений, наличие в потоке восстановления регулярных и случайных составляющих, а также законов распределения входных величин.
-
Разработка расчётной модели, алгоритма и программы для расчёта на ЭВМ показателей надёжности РЗ в режиме дежурства.
Методика проведения исследований. При решении поставленных в работе задач, связанных с разработкой методики расчёта показателей надёжности РЗ, использованы положения общей теории надёжности, теории вероятностей, теории массового обслуживания.
При разработке алгоритмов и программ имитационного моделирования, проведении экспериментов с помощью имитационной модели, исследовании её характеристик применялись положения теории моделирования и математической статистики.
В ходе расчётов надёжности и в процессе математического и имитационного моделирования широко применялась вычислительная техника.
Теоретические результаты и новизна.
-
Разработана модель надёжности релейной защиты, учитывающая диагностику и «переходный» характер процесса функционирования.
-
Проведено уточнение составляющих, входящих в поток восстановлений РЗ и разработана методика их учёта в процессе расчёта показателей надёжности.
-
Усовершенствована методика определения показателей надёжности РЗ на этапах составления и агрегирования структурных схем, расчёта показателей надёжности и выбора оптимального варианта решения.
-
Разработаны, отлажены и проверены на ЭВМ алгоритмы и программы имитационного моделирования функционирования устройств РЗ с целью расчёта их показателей надёжности.
-
Проведены исследования и разработаны рекомендации по учёту потока регулярных проверок в рамках существующих аналитических методов расчёта надёжности.
-
Оценена степень влияния на результаты расчётов показателей надёжности таких факторов, ^ак нестационарность и неординарность потоков восстановлений, наличие в потоке восстановления регулярных и случайных составляющих,
а также законов распределения входных величин.
Практическая ценность. Работа имеет важное народнохозяйственное значение в связи с тем, что надёжность электроэнергетических систем непосредственно зависит от надёжности функционирования релейной защиты и автоматики. Повышение надёжности РЗ является эффективной мерой предотвращения аварийных последствий, вызываемых отказами в её функционировании. Результаты исследований, посвященных разработке методов и средств повышения надёжности РЗ, имеют практическую ценность.
Разработанные модель надёжности РЗ, методика расчёта, а также алгоритмы и программы имитационного моделирования процесса функционирования РЗ на ЭВМ не только позволяют рассчитывать показатели надёжности устройств РЗ, но дали также возможность оценить степень влияния на результаты расчётов таких факторов, как нестационарность потоков коротких замыканий, регулярность некоторых составляющих потоков проверок, неординарность потоков восстановлений и т.д., и наметить пути снижения погрешностей, вызванных этими факторами при аналитических расчётах.
Разработан алгоритм и программа построения вероятностного полинома и расчёта показателей надёжности устройства РЗ в режиме дежурства.
Результаты работы были использованы при разработке системы релейной защиты от замыканий на землю подстанции «Ханты-Мансийская» АО «Тюменьэнегр-го».
Реализация результатов работы.
Результаты работы были использованы при разработке системы релейной защиты от замыканий на землю подстанции «Ханты-Мансийская» АО «Тюменьэнегр-го».
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Модель надёжности релейной защиты, учитывающая диагностику и «переходный» характер процесса функционирования.
-
Методика учёта в расчётах потока восстановлений РЗ.
-
Методика расчёта показателей надёжности РЗ.
-
Алгоритмы и программы имитационного моделирования функционирования устройств РЗ с целью расчёта их показателей надёжности.
-
Алгоритм и программа построения вероятностного полинома и расчёта показателей надёжности устройства РЗ в режиме дежурства.
-
Методика оценки регулярных проверок в рамках аналитических методов расчёта надёжности.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах кафедры электрических станций НГТУ (1996 -2000 г.г.), на научно-техническом семинаре энергетического факультета НГТУ (2000 г.), на третьем русско-корейском международном симпозиуме «KORUS-99» в 1999
году в г. Новосибирске.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 4 статьи, 2 тезисов докладов.
Структура работы. Работа состоит из 5 глав. В первой главе выполнен обзор и классификация существующих методов расчёта надёжности в энергетике, рассмотрены особенности расчёта надёжности устройств РЗ, во второй описана модель надёжности РЗ, рассмотрены составляющие, входящие в поток восстановлений РЗ и описана методика их учёта при расчёте показателей надёжности.
В третьей главе описаны алгоритмы имитационного моделирования РЗ, данные, полученные при испытаниях и проверке имитационной модели. Представлены результаты исследования влияния различных факторов на надёжность РЗ.
Четвёртая глава посвящена построению расчётных моделей РЗ, оценке надёжности в режиме дежурства и исследованию влияния упрощений схем замещения на точность расчёта показателей надёжности РЗ.
В пятой главе проведено исследование надёжности и даны рекомендации по оптимизации схем защиты от замыканий на землю подстанции «Ханты-Мансийская» АО «Тюменьэнерго», а также подстанции «Моховая» ОАО «Новосибирскэнерго».
