Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Как определяется надежность тяговой подстанции. Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте






Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Кроме того, электроэнергия на железных дорогах расходуется на различные технические нужды: освещение вокзалов и станций, выполнение работ по ремонту подвижного состава, пути, изготовление запасных частей и т.д. Удовлетворение потребности железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется с помощью тяговых подстанций, которые получают энергию от систем внешнего электроснабжения.

Тяговые подстанции - это комплекс электротехнических устройств, предназначенных для питания электрической тяги поездов, устройств автоблокировки, не тяговых потребителей продольного электроснабжения и районных потребителей (нагрузок).

Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением (электроустановкой), оснащенной мощной современной силовой (трансформаторы, автотрансформаторы, полупроводниковые преобразователи, батареи конденсаторов), коммутационной (выключатели переменного и постоянного тока, разъединители, короткозамыкатели) и вспомогательной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме автотелеуправления.

Надежная и безопасная эксплуатация электроустановок невозможна без работоспособного электрооборудования и качественного функционирования электрических сетей, которые являются завершающим звеном в системе обеспечения потребителей электрической энергией.

 

 

1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА

 

1.1 Организационная структура Карагандинской дистанций электроснабжения

 

Карагандинский участок энергоснабжения организован в ноябре 1960 года на основании приказа МПС № 60 от 11 мая 1960г, начальником которого был Ермоленко В.Ф.

В момент организации в энергоучастке работало 217 человек, которые обслуживали 276 км линий электропередач и 23 маломощных дизельных и локомобильных электростанций, вырабатывающих всего лишь 30 миллионов киловатт-часов электроэнергии. Себестоимость одного киловатт-часа полезнореализуемой электроэнергии составляла 17, 1 копейки. В энергоучастке была только лишь одна аварийно-восстановительная автомашина.

Важнейшим звеном технической реконструкции железнодорожного транспорта и его развития явилась электрификация железных дорог, имеющая большое значение для увеличения провозной способности, повышения производительности труда и снижения себестоимости перевозок.

Электрификация участка Караганда – Целиноград была возложена сразу на две строительные организации. От Караганды до Анара все основные строительные работы были поручены управлению «Карагандастройпуть», а от Анара до Целинограда – тресту «Целинтрансстрой». Координирующим центром выступал заказчик – управление Казахской дороги.

В 1964 году на Казахской железной дороге введен в эксплуатацию первый электрифицированный участок железной дороги Караганда-Анар с развернутой длиной 483, 5 км. Было смонтировано 3 тяговых подстанций на переменном токе, в том числе: тяговая подстанция Осакаровка с первичным напряжением 220 кВ и две тяговых подстанций в Караганде и Шокае напряжением 110 кВ.

В связи с электрификацией участка Караганда – Анар – Углерудная в 1965-1967 годах была проведена сплошная электрификация линейных станций, разъездов и путевых зданий. На участке Караганда – Анар сплошная электрификация Карагандинского отделения дороги.

В 1966 году в участке введена в эксплуатацию линия продольного электроснабжения 10 кВ Караганда – Карагайлы протяженностью 250 км. В этот период на ЦРП Караганда были заменены два трансформатора 1800 кВА на 3200 кВА. На электрифицированном участке Караганда-Анар внедрены устройства телемеханики и автоматики управления оборудования контактной сети, обслуживание двух тяговых подстанций переведено с дежурством на дому, внедрено одностороннее ограждение лейтерных бригад контактной сети с применением радиостанций. На участке Караганда-Жарык построено 3 км линии электропередач 10 кВ. Для улучшения энергоснабжения на электростанции Кзыл-Джар введен в эксплуатацию дизель КДМ-100 и дизель ПДГ-5М на станции Агадыр.

В 1967 году было построено 375 км продольных линий электропередач 10 кВ, 15 низковольтных электрических сетей, 45 трансформаторных подстанций, 15 км сетей различного освещения, в 74 линейно путевых зданиях, расположенных на перегонах была смонтирована внутренняя электропроводка, смонтировано 4, 5 км уличного освещения на станции Агадыр и 10 км на узле станции Караганда-Сортировочная.

А в ноябре месяце 1967 года была завершена сплошная электрификация Карагандинского отделения дороги. Сплошная электрификация в значительной степени способствовала повышению производительности труда и главное в улучшении бытовых условий железнодорожников, особенно проживающих на линии.

В 1968-1969 годах коллективом энергоучастка построено 245 км продольных линий электроснабжения 10 кВ и низковольтных электрических сетей. Также были выполнены сверхплановые работы по строительству 28 км линий автоблокировки на участке Солонички-Майкудук, что позволило значительно улучшить продвижение поездов с народнохозяйственными грузами.

В 1971 году было освещено 49 стрелочных указателей, установлено 6 прожекторных мачт освещения станций, построена линия автоблокировки на участке Майкудук-Большая Михайловка.

В 1972 году участок энергоснабжения был расположен в пределах Карагандинского отделения Казахской железной дороги в границах: станция Джезказган – станция Каражал – станция Темиртау – станция Саяк – станция Ащи-Су – станция Анар. Протяженность участка энергоснабжения составляла 1989 км.

В этот период закончены работы по строительству линии электропередач 10 кВ, автоблокировки на участке Майкудук-Карабас, протяженностью 25 км, выполнены работы по освещению 12 переездов, монтажу электроосвещения поста подготовки вагонов станции Жана-Аул, усиленно освещение станций Караганда-Сортировочная и Жана-Аул.

1975 год – энергоучасток был разукрупнен на два энергоучастка – Карагандинский и Агадырский.

В 1982 году электрифицирован участок Караганда-Сортировочная- Дарья.

С электрификацией Карагандинского отделения неизмеримо возросла ответственность коллектива за качество работы, фигура энергетика приобрела большую весомость, значимость. Теперь наравне с поездным диспетчером в перевозочном процессе участвовал и энергодиспетчер, отвечающий за устойчивое энергоснабжение. Карагандинский энергоучасток перевыполнил все технико-экономические показатели в первом квартале. Балльность содержания контактной сети составила 16, 2 при плане 25.

За успешное выполнение производственного плана в 1967 году коллектив энергоучастка был впервые награжден Почетной грамотой Управления Казахской железной дороги

Президиума дорпрофсожа и награжден второй денежной премией МПС и ЦК профсоюза работников железнодорожного транспорта.

По итогам работы 1970 года коллектив энергоучастка был награжден переходящим Красным Знаменем и денежными премиями Управления Казахской железной дороги и Призидиума дорпрофсожа, памятным знаменем Карагандинского ОККПКаз и облисполкома и занесен в областную Книгу Трудовой Славы. 83 человека было награждено юбилейной медалью «За доблестный труд», 2 человека награждены орденами «Знак почета», 3 человека «За трудовую доблесть».

29 июля 1971 года коллективу энергоучастка за высокие производственные показатели было присвоено звание – «Предприятие высокой культуры производства» с вручением диплома и денежной премии.

В 1972 году за досрочное выполнение юбилейных социалистических обязательств взятых к 50-летию образования СССР коллектив энергоучастка награжден Памятным Красным Знаменем и денежной премией Управления Казахской железной дороги и президиума Дорпрофсожа.

24 июля 1981 года за успешное выполнение заданий, социалистических обязательств, осуществление мероприятий, обеспечевших повышение надежности энергоснабжения в осенне-зимний период 1980/1981года коллектив Карагандинского энергоучастка был награжден почетной грамотой Президиума Всесоюзного Центрального Совета Профессиональных Союзов.

Коллектив Карагандинского энергоучастка, которым руководил Табаев А. с большой радостью воспринял весть о присуждении предприятию по итогам первого квартала 1984 года переходящего Красного знамени МПС и ЦК профсоюза отрасли.

1998 году Карагандинская дистанция электроснабжения стала победителем отраслевого соревнования среди предприятий АО «НК «КТЖ»

В 2004 году Карагандинская дистанция электроснабжения отметила 40 лет со дня электрификации участка Караганда – Целиноград.

По состоянию на 01.01.2013г. по Карагандинской дистанции электроснабжения эксплуатационная длина электрифицированного участка 375, 6 км, развернутая длина 1097, 5 км. Контактная сеть переменного тока напряжением 27, 5 кВ обслуживается 8-ю районами контактной сети и 2-я монтерскими пунктами района контактной сети. Участки обслуживания: Сороковая-Дария-321, 6 км, БП-696км-Карьерная-15, 5 км, Кокпекты-Темиртау-25, 5 км, Жанааул-Углерудная-6, 8 км, ст. Углерудная-5, 2 км., БП-767 км-Топар-1 км.

Неэлектрифицированные участки: Кокпекты-Карагайлы-248, 1 км, Углерудная-Сокыр-41, 3км, Караганда-Сотировочная-Караганда-11, 5км, Жанааул-Входная-1, 8 км, Карабас-Абай-6, 7 км, обслуживаются 2-я монтерскими пунктами района электрических сетей. Эксплуатационная длина не электрифицированных участков – 309, 4 км, развернутая длина – 340, 9 км.

В Карагандинской дистанции электроснабжения находятся в эксплуатации 6 тяговых подстанций, из них тяговая подстанция Осакаровка-первичное напряжение 27, 5 кВ, тяговые подстанции Караганда, Шокай, Карабас – на напряжение 110 кВ, тяговые подстанции Карамурын, Шептыкуль – напряженим 220 кВ.

Хозяйство энергетики обслуживается персоналом района электрических сетей и районами контактной сети. Протяженность линии электроснабжения всего – 1120, 5 км в т.ч. основные одноцепные линии 6-10 кВ – 668, 9 км, двухцепные – 20, 6 км.

Своевременным проведением работ по текущему и капитальному ремонту, монтажу оборудования, наладкой устройств телемеханики и автоматики, настройкой релейно-электронной защиты, испытанием электрооборудования и кабелей занимается эксплуатационно-производственный участок.

Для обслуживания устройств контактной сети и электроснабжения эксплуатируется 13 единиц автомоторельсового подвижного состава и 17 единиц автомобильного транспорта.

Специалисты и служащие в своей работе применяют передовые методы работы с учетом новых технологий.

Для повышения надежности работы тяговых подстанции и постов секционирования в 2003 году были выполнены мероприятия: заменены маслянные выключатели на вакуумные, тяговая подстанция Шептыкуль ВМО-35 кВ на ВВС-27, 5 кВ – 5 шт. Тяговая подстанция Шокай ВМО-35кВ на ВВС-27, 5 кВ – 5 шт., тяговая подстанция Карабас ВМК-27, 5 кВ на ВВК-27, 5 кВ- 6 шт., тяговая подстанция Карамурын ВМК-27, 5 кВ на ВВК-27, 5 кВ – 5 шт., на тяговой подстанции Карамурын заменен маслянный выключатель У-220кВ на ВГТ-220 кВ, аккумуляторная батарея СК-20 на BAREN.

В 2004 году заменен масляный выключатель ВМО-27, 5 кВ на зап. фидере контактной сети тяговой подстанции Караганда-Сортировочная на вакуумный ВБЭТ-27, 5 кВ; масляные выключатели ВМО-27, 5 кВ на фидерах контактной сети тяговой подстанции Осакаровка на вакуумные ВБЭТ-27, 5 кВ – 5 шт., маслянные выключатели ВМПЭ-10 кВ на за фидерах 10 кВ тяговой подстанции Караганда-Сортировочная на вакуумный ВБМ-10 кВ- 12 шт.

В 2005 году на тяговой подстанции Карабас заменена аккумуляторная батарея СК-6 на OpzS. На тяговой подстанции Шептыкуль на вводе № 1 – разрядники РВМГ-220 кВ на ОПН-220 кВ в количестве 3 штук.

В 2006 году на тяговых подстанциях Шептыкуль и Караганда-Сортировочная заменены аккумуляторные батареи СК-5 на WARTA. Заменены на вводах 110 кВ разрядники РВС-110 кВ тяговых подстанций Караганда-Сортировочная, Шокай на ОПН-110 кВ. Для дополнительной защиты в силовые отсеки ячеек 10 кВ тяговой подстанции Караганда-Сортировочная установлены разрядники ОПН-10 кВ. На шинах 27, 5 кВ тяговой подстанции Карамурын произвели замены разрядников РВМ-35 кВ на ОПН-27, 5 кВ в количестве 8 штук. Огромная работа произведена в Карагандинской дистанции электроснабжения по внедрению Автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ).

В 2007 году на вводе 27, 5 кв № 1 тяговой подстанции Карамурын разрядники РВМ-35 кВ заменены на ОПН-27, 5 кВ. В целях усиления надежности контактной сети заменяются изоляторы ПФ на ПС по всему участку дистанции, изоляторы VKL на ФСПО, устанавливаются комплекты гибких усовиков на жесткие усовики. На 01.01.05 г на участке Карабас-Караганозек, Дарья-Карамурын заменен несущий трос – 28, 8 км. В 2006 году заменен несущий трос на участке Дария – ОП-713 км протяженностью 39, 9 км.

Вся история Карагандинской дистанции электроснабжения говорит о том, что в дальнейшем коллектив будет принимать активное участие в работе и развитии железнодорожного транспорта Казахстана. И можно быть уверенным, что коллектив Карагандинской дистанции электроснабжения внесет достойный вклад в решении задачи, поставленной Президентом нашей страны Назарбаевым Н.А. в Стратегии вхождения Казахстана в число 50-ти наиболее конкурентоспособных государств мира.

Далее слово было предоставлено заместителю директора Департамента электроснабжения Жунусову К.Г. В своем выступлении он провел анализ повреждения оборудования и состояния тяговых подстанций за прошедший период 2006 года и 1-полугодие 2007 года, отметив при этом, что часто причиной повреждений являются не отказы электрооборудования, а человеческий фактор.

Об особенностях внедрения автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии на дистанциях электроснабжения выступили Фоменко Ю.П. – главный инженер Карагандинской дистанции электроснабжения, Румынская Е.- инженер АСКУЭ ТОО RTS г.Алматы Оптимизация снабжения и потребления электрической энергии возможна лишь при усовершенствовании существующей системы учета электроэнергии, а именно при автоматизированной системе коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ).

АСКУЭ решает следующие основные задачи:

- формирование базы данных коммерческого учета по каждой точке учета

для взаиморасчетов с поставщиками, транзитниками, потребителями

электроэнергии и мощности;

- формирование фактических балансов приема- транзита-отпуска

электрической энергии в разрезе потребителей и поставщиков

электрической энергии и мощности

- обеспечение персонала дистанции электроснабжения

достоверной и легитимной информацией для контроля распределения электроэнергии и мощности;

- локализация и снижение потерь электроэнергии; - повышение точности и качества учета электроэнергии и мощности - исключения хищения электроэнергии.

Задача взаиморасчетов с потребителями решается при помощи билингового программного обеспечения (БПО). Указанное БПО позволяет специалистам вести взаиморасчеты потребителями с выдачей необходимых документов, контролем и анализом сбыта электроэнергии.

Главный инженер ЭЧ-24 Шымкент Маисов С.Т. ознакомил слушателей семинара с технологиями и методами организации безопасного производства работ на тяговых подстанциях и при замене элегазовых и вакуумных выключателей.

На семинаре были подняты для обсуждения такие актуальные темы, как подготовка хозяйства электроснабжения к работе в зимний период, особенности эксплуатации и контроля состояния контуров заземления тяговых подстанций, автотрансформаторных пунктов питания и постов секционирования, были рассмотрены рекомендации по планированию и организации работ по обслуживанию и ремонту электроустановок. В частности, по технической ревизии тяговых подстанций. Также говорили о роли энергодиспетчера в организации работ по устранению повреждений, в обеспечении безопасности движения поездов, о взаимоотношениях с диспетчерами РДЦ.

Для практического обмена опытом была организована поездка на тяговую подстанцию «Караганда-Сортировочная», где начальник тяговой подстанции Комутов С. и начальник ЭПУ Полеивец Г.П. ознакомили участников семинара с новым оборудованием подстанции, работой релейной защиты и автоматики фидеров контактной сети, линий ВЛ-110 кВ и намеченными планами по повышению надежности электроснабжения железнодорожных и бытовых потребителей.

По итогам семинара состоялся обмен мнениями, разработаны и приняты рекомендации по улучшению эксплуатации оборудования тяговых подстанций, основные: исключить случаи заземления оборудования для молниеотвода к общему контуру заземления тяговых подстанций.

 

1.2 Схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций Карагандинской дистанции электроснабжения

 

 

 


Рисунок 1.2 Схема внешнего электроснабжения

 

Рисунок 1.2 Схема внешнего электроснабжения

 

1.3 Однолинейная схема тяговой подстанции Карамурун

 

 

 

Рисунок 1.3 Однолинейная схема

 

2 ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ

Как определяется надежность тяговой подстанции

 

Надежность работы тяговых подстанций и бесперебойность электроснабжения тяговых потребителей обеспечиваются правильным выбором: схемы питания от электроснабжающей системы; типа и мощности преобразовательных агрегатов; схемы и аппаратуры распределительных устройств, системы резервирования; системы защиты от возможных нарушений нормального режима; системы управления[1].

Устройства электроснабжения (ЭС) состоят из двух достаточно сложных подсистем -тяговых подстанций и контактной сети, включающих большое количество оборудования, аппаратов, деталей, проводов, изделий, от нормального функционирования которых зависит работоспособность как подсистемы, так и системы в целом. Надежность тяговой подстанции – свойство обеспечивать в расчетных режимах преобразование электрической энергии и питание контактной сети с отклонениями по уровню напряжения в пределах установленных норм.

Повреждения тяговых подстанций связаны с выходом из строя высоковольтных выключателей силовых трансформаторов, полупроводниковых выпрямителей, релейной защиты и устройств управления вследствие перенапряжений, токов коротких замыканий и неправильных действий эксплуатационного персонала. Так как основное электрооборудование подстанций резервируется, то продолжительность перерывов в движении поездов из-за повреждений на подстанциях составляет около 3% общего числа задержек, вызванных неисправностью устройств ЭС.

Повышение надежности тяговых подстанций достигают главным образом повышением работоспособности электрооборудования в режимах отключения токов короткого замыкания, ограничением атмосферных и коммутационных перенапряжений в режимах рабочих перегрузок. Большинство быстродействующих выключателей питающих линий постоянного тока работает на пределе разрывной мощности. Более надежными являются работа двух последовательных выключателей, применение лабиринтных дугогасительных камер. Требуется разработка средств диагностирования состояния контактов и дугогасительной камеры, а также методики оценки остаточного ресурса. Наибольший эффект дает переход к бесконтактным коммуникационным аппаратам и использование на подстанциях постоянного тока управляемых выпрямителей для бесконтактного отключения. Повышение надежности тяговых подстанций переменного тока может быть получено заменой масляных выключателей на выключатели с вакуумными камерами. Повышают эффективность защиты изоляции подстанций и постов секционирования посредством новых разрядников, включенных последовательно с предохранителями и установленных в наиболее опасных местах тяговой сети. Полупроводниковые выпрямительные и инверторные агрегаты тяговых подстанций обладают повышенной чувствительностью к токам коротких замыканий и уровням перенапряжений. Поэтому основными мерами повышения надежности являются замена полупроводниковых приборов с паяными контактами; строгое нормирование перегрузок; применение обоснованных запасов, эффективных защит и разумного резервирования. Важно применение устройств тестового и рабочего диагностирования агрегатов. Надежность подстанций повышают также заменой многозвенных фильтров на апериодические одно- и двухзвенные, применением реакторов со стальными сердечниками, переходом на конденсаторы с
негорючим заполнением Переход от 6-пульсных к 12-пульсным выпрямителям помимо энергетической эффективности уменьшает мощность сглаживающих устройств.
Оценивать системную надежность необходимо по числу повреждений, отнесенному к определенному измерителю, т. е. по удельному числу повреждений. За определенный период времени это соответствует параметру потока отказов. По тяговым подстанциям – число повреждений на одну подстанцию, на количество преобразованной электроэнергии и т.д. Объективный показатель должен давать оценку бесперебойности движения поездов, т. е. работоспособности системы в целом. Наиболее широко распространены измерители: для подстанций – одна подстанция. Однако эти измерители не бесспорны.

 

 

2.2 Показатели надежности.Основные показатели безотказности объектов

 

 

Вероятность безотказной работы

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданий наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой

 

(2.1)

 

где No - число однотипных объектов (элементов), поставленных на испытания (находящихся под контролем); во время испытаний отказавший объект не восстанавливается и не заменяется исправным; n(t) - число отказавших объектов за время t.

Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характеристика является функцией времени, причем она является убывающей функцией и может принимать значения от 1 до 0.

График вероятности безотказной работы объекта изображен на рис. 2.1.

Как видно из графика, функция P(t) характеризует изменение надежности во времени и является достаточно наглядной оценкой. Например, на испытания поставлено 1000 образцов однотипных элементов, то есть No = 1000 изоляторов.

При испытании отказавшие элементы не заменялись исправными. За время t отказало 10 изоляторов. Следовательно P(t) = 0, 99 и наша уверенность состоит в том, что любой изолятор из данной выборки не откажет за время t с вероятностью P(t) = 0, 99.

Иногда практически целесообразно пользоваться не вероятностью безотказной работы, а вероятностью отказа Q(t). Поскольку работоспособность и отказ являются состояниями несовместимыми и противоположными, то их вероятности [4, 7] связаны зависимостью:

 

Р(t) + Q(t) = 1, (2.2)

 

следовательно:

Q(t) = 1 - Р(t).

Если задать время Т, определяющее наработку объекта до отказа, то Р(t) = P(T і t), то есть вероятность безотказной работы - это вероятность того, что время Т от момента включения объекта до его отказа будет больше или равно времени t, в течение которого определяется вероятность безотказной работы. Из вышесказанного следует, что . Вероятность отказа есть функция распределения времени работы Т до отказа: . Статистическая оценка вероятности отказа:

 

; (2.3)

Из [4, 13, 15] известно, что производная от вероятности отказа по времени есть плотность вероятности или дифференциальный закон распределения времени работы объекта до отказа

 

(2.4)

 

Полученная математическая связь позволяет записать

.

Таким образом, зная плотность вероятности ¦ (t), легко найти искомую величину P(t).

На практике достаточно часто приходится определять условную вероятность безотказной работы объекта в заданном интервале времени Р (t1, t2) при условии, что в момент времени t1 объект работоспособен и известны Р (t1) и Р (t2). На основании формулы вероятности совместного появления двух зависимых событий, определяемой произведением вероятности одного из них на условную вероятность другого, вычисленную при условии, что первое событие уже наступило [4, 13], запишем

, откуда

 

(2.5)

 

По известным статистическим данным можно записать:

,

где N (t1), N (t2) - число объектов, работоспособных соответственно к моментам времени t1 и t2:

.

Отметим, что не всегда в качестве наработки выступает время (в часах, годах). К примеру, для оценки вероятности безотказной работы коммутационных аппаратов с большим количеством переключений (вакуумный выключатель) в качестве переменной величины наработки целесообразно брать количество циклов " включить" - " выключить". При оценке надежности скользящих контактов удобнее в качестве наработки брать количество проходов токоприемника по этому контакту, а при оценке надежности движущихся объектов наработку целесообразно брать в километрах пробега. Суть математических выражений оценки P(t), Q(t), f(t) при этом остается неизменной.

Средняя наработка до отказа

 

Средней наработкой до отказа называется математическое ожидание наработки объекта до первого отказа T1.

Вероятностное определение средней наработки до отказа [5] выражается так:

Используя известную связь между f(t), Q(t) и P(t), запишем , а зная, что , получим:

+ .

Полагая, что и учитывая, что Р(о) = 1, получаем:

.

(2.6)

 

Таким образом, средняя наработка до отказа равна площади, образованной кривой вероятности безотказной работы P(t) и осями координат. Статистическая оценка для средней наработки до отказа определяется по формуле

 

. (2.7)

 

где No - число работоспособных однотипных невосстанавливаемых объектов при

t = 0 (в начале испытания); tj - наработка до отказа j-го объекта.

Отметим, что как и в случае с определением P(t) средняя наработка до отказа может оцениваться не только в часах (годах), но и в циклах, километрах пробега и другими аргументами.

 

Интенсивность отказов

 

Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не наступил. Из вероятностного определения следует, что

 

(2.8)

 

Статистическая оценка интенсивности отказов имеет вид:

 

. (2.9)

 

где - число отказов однотипных объектов на интервале , для которого определяется ; - число работоспособных объектов в середине интервала (см. рис. 2.2).

,

где Ni - число работоспособных объектов в начале интервала ;


- число работоспособных объектов в конце интервала .

Если интервал уменьшается до нулевого значения (), то

, (2.10)

где Nо - количество объектов, поставленных на испытания; - интервал, продолжающий время t; - количество отказов на интервале .

Умножив и поделив в формуле (2.10) правую часть на Nо и перейдя к предельно малому значению D t, вместо выражения (2.9), получим

где а

Следовательно,

,

что и записано в вероятностном определении l (t), см. выражение (2.8).

Решение [13] выражения (2.8) дает:

 

или. (2.11)

 

Выражение (2.11) показывает связь l (t) и P(t). Из этой связи ясно видно, что по аналитически заданной функции l (t) легко определить P(t) и Т1:

. (2.12)

Если при статистической оценке время эксперимента разбить на достаточно большое количество одинаковых интервалов D t за длительный срок, то результатом обработки опытных данных будет график, изображенный на рис. 2.3.

 

Как показывают многочисленные данные анализа надежности большинства объектов техники, в том числе и электроустановок, линеаризованная обобщенная зависимость l (t) представляет собой сложную кривую с тремя характерными интервалами (I, II, III). На интервале II (t2 - t1) l = const. Этот интервал может составлять более 10 лет [8], он связан с нормальной эксплуатацией объектов. Интервал I (t1 - 0) часто называют периодом приработки элементов. Он может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от уровня организации отбраковки элементов на заводе-изготовителе, где элементы с внутренними дефектами своевременно изымаются из партии выпускаемой продукции. Величина интенсивности отказов на этом интервале во многом зависит от качества сборки схем сложных устройств, соблюдения требований монтажа и т.п. Включение под нагрузку собранных схем приводит к быстрому " выжиганию" дефектных элементов и по истечении некоторого времени t1 в схеме остаются только исправные элементы, и их эксплуатация связана с l = const. На интервале III (t > t2) по причинам, обусловленным естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и т.д., интенсивность отказов резко возрастает, увеличивается число деградационных отказов. Для того, чтобы обеспечить l = const необходимо заменить неремонтируемые элементы на исправные новые или работоспособные, отработавшие время t < < t2. Интервал
l = const cоответствует экспоненциальной модели распределения вероятности безотказной работы. Эта модель подробно проанализирована в подразделе 3.2. Здесь же отметим, что при l = const значительно упрощается расчет надежности и l наиболее часто используется как исходный показатель надежности элемента [6, 7, 9].

 

Средняя наработка на отказ

 

Этот показатель относится к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся отказы. Эксплуатация таких объектов может быть описана следующим образом: в начальный момент времени объект начинает работу и продолжает работу до первого отказа; после отказа происходит восстановление работоспособности, и объект вновь работает до отказа и т.д. На оси времени моменты отказов образуют поток отказов, а моменты восстановлений - поток восстановлений.

Средняя наработка на отказ объекта (наработка на отказ) определяется как отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к числу отказов, происшедших за суммарную наработку:

 

, (2.13)

 

где ti - наработка между i-1 и i-м отказами, ч; n(t) - суммарное число отказов за время t.

Параметр потока отказов

 

Этот показатель также характеризует восстанавливаемый объект и по статистическим данным определяется с помощью формулы:

 

(2.14)

 

где n(t1) и n(t2) - количество отказов объекта, зафиксированных соответственно, по истечении времени t1и t2.

Если используются данные об отказах по определенному количеству восстанавливаемых объектов, то

 

, (2.15)

где - количество отказов по всем объектам за интервал времени ; Nо - количество однотипных объектов, участвующих в эксперименте (отказавший объект восстанавливается, Nо = соnst). Нетрудно увидеть, что выражение (2.14) похоже на выражение (2.8) с той лишь разницей, что при определении предполагается моментальное восстановление отказавшего объекта или замена отказавшего однотипным работоспособным, то есть Nо = соnst.

Параметр потока отказов представляет собой плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта. Отказы объектов возникают в случайные моменты времени и в течение заданного периода эксплуатации наблюдается поток отказов. Существует множество математических моделей потоков отказов. Наиболее часто при решении задач надежности электроустановок используют простейший поток отказов - пуассоновский поток [4, 7]. Простейший поток отказов удовлетворяет одновременно трем условиям: стационарности, ординарности, отсутствия последствия.

Стационарность случайного процесса (времени возникновения отказов) означает, что на любом промежутке времени вероятность возникновения n отказов зависит только от n и величины промежутка , но не зависит от сдвига по оси времени. Следовательно, при вероятность появления n отказов по всем интервалам составит

.

Ординарност ь случайного процесса означает, что отказы являются событиями случайными и независимыми. Ординарность потока означает невозможность появления в один и тот же момент времени более одного отказа, то есть .

Отсутствие последствия означает, что вероятность наступления n отказов в течение промежутка не зависит от того, сколько было отказов и как они распределялись до этого промежутка. Следовательно, факт отказа любого элемента в системе не приведет к изменению характеристик (работоспособности) других элементов системы, если даже система и отказала из-за какого-то элемента.

Опыт эксплуатации сложных технических систем показывает, что отказы элементов происходят мгновенно и если старение элементов отсутствует (l = const), то поток отказов в системе можно считать простейшим.

Случайные события, образующие простейший поток, распределены по закону Пуассона [4, 7, ]:

при n і 0 (2.16)

 

где Рn(t) - вероятность возникновения в течение времени t ровно n событий (отказов); l - параметр распределения, совпадающий с параметром потока событий.

Если в выражении (2.16) принять n = 0, то получим - вероятность безотказной работы объекта за время t при интенсивности отказов l = const. Нетрудно доказать, что если восстанавливаемый объект при отсутствии восстановления имеет характеристику l = const, то, придавая объекту восстанавливаемость, мы обязаны записать w(t) = const; l = w [13]. Это свойство широко используется в расчетах надежности ремонтируемых устройств. В частности, в [9, 10, ] важнейшие показатели надежности оборудования электроустановок даны в предположении простейших потоков отказов и восстановлений, когда и соответственно .

 

 

2.3 Оборудование обеспечивающее надежность

 

Исполнительным элементом защиты от аварийных режимов является элегазовые выключатели серии ВГТ установленные на тяговой подстанции Карамурун для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также для работы в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 110 и 220 кВ. Они могут эксплуатироваться как в открытых (ОРУ), так и в закрытых (ЗРУ) распределительных устройствах в районах с умеренным и холодным климатом (от -55 до +40°С) при условии, что окружающая среда невзрывоопасная и не содержит агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию[3].

 

Рисунок 2.1 Высоковольтный выключатель ВГТ

 

Устройство и принцип действия выключателей ВГТ

Элегазовые выключатели серии ВГТ представляют собой электрические коммутационные аппараты высокого напряжения, в которых гасящей и изолирующей средой является: элегаз (климатическое исполнение У1), либо смесь газов - элегаз + тетрафторметан (CF4), для климатического исполнения ХЛ1 - смесь газов (элегаз + тетрафторметан).

Выключатель ВГТ-110 состоит из трех установленных на общей раме полюсов, каждый из которых состоит из опорного изолятора, дугогасительного устройства с токовыми выводами, механизма управления с изоляционной тягой. Полюса (колонны) заполнены элегазом (газовой смесью), механически связаны друг с другом и управляются одним пружинным приводом типа ППрК.

В элегазовом выключателе ВГТ-220 каждый полюс имеет отдельную раму и управляется собственным приводом, причем полюс этого выключателя состоит из двух колонн, дугогасительные устройства которых установлены на сдвоенных опорных изоляторах и соединены последовательно двумя шинами. Для равномерного распределения напряжения по дугогасительным устройствам параллельно к ним подключены шунтирующие конденсаторы.

Составляющие выключателей серии ВГТ

Дугогасительные устройства, установленные в полюсах (колоннах) выключателя. Эти устройства содержат размыкаемые главные и снабженные дугостойкими наконечниками дугогасительные контакты, поршневое устройство для создания давления в его внутренней полости, а также фторопластовые сопла, в которых потоки газа приобретают направление, необходимое для эффективного гашения дуги. Надпоршневая (полость высокого давления) и подпоршневая полости снабжены системой клапанов, позволяющих обеспечить эффективное дутье в зоне горения дуги во всех коммутационных режимах. В верхней части дугогасительного устройства расположен контейнер, наполненный активированным адсорбентом, поглощающим из газовой полости влагу и продукты разложения газа. Во включенном положении главные и дугогасительные контакты замкнуты. При отключении сначала размыкаются (практически без дугового эффекта) главные контакты при замкнутых дугогасительных контактах, а затем размыкаются дугогасительные контакты. Скользящий контакт между гильзой поршневого устройства и трубой подвижного контакта осуществляется уложенными в ее углубления контактными элементами, имеющими форму замкнутых проволочных спиралей.

Пружинный привод типа ППрК с моторным заводом рабочих (цилиндрических винтовых) пружин, представляющий собой отдельный агрегат, помещенный в герметизированный трехдверный шкаф. Привод имеет два электромагнита отключения и два блокировочных устройства, предназначенных для предотвращения:
• прохождения команды на включающий электромагнит:
а) при включенном выключателе;
б) при невзведенных пружинах;
в) при положении взводящего пружины кулака, препятствующем включению выключателя;
• прохождения команды на отключающие электромагниты при отключенном выключателе; «холостую» (при включенном выключателе) динамическую разрядку рабочих пружин; включение электродвигателя завода пружин при ручном их заводе. Привод прост в обслуживании и надежен в эксплуатации, чему в немалой степени способствуют установленные на нем цепи сигнализации: «Неисправность в системе завода пружин», «Не взведены пружины», «Опасное снижение температуры в шкафу» и др.

Отключающее устройство, установленное на противоположном от привода торце рамы. Оно состоит из отключающей пружины, сжимаемой при включении выключателя тягой, соединенной с наружным рычагом крайней колонны. Пружина расположена в цилиндрическом корпусе, на наружном фланце которого находится буферное устройство, предназначенное для гашения кинетической энергии подвижных частей и служащее упором (ограничителем хода) при динамическом включении выключателя.

Механизм управления полюса (колонны), расположенный в корпусе и опорном изоляторе. Он состоит из установленного в подшипниках и уплотненного системой манжета с «жидкостным затвором», шлицевого вала с наружным и внутренним рычагами. Внутренний рычаг через нерегулируемую изоляционную тягу соединен со штоком подвижного контакта. В корпус механизма встроен клапан автономной герметизации, через который с помощью медной трубки подсоединяется сигнализатор давления, установленный на раме выключателя.

Клапан автономной герметизации, встроенный в корпус механизма управления полюса (колонны). Он состоит из корпуса и подпружиненного клапана, узла подсоединения медной трубки сигнализатора и заглушки, устанавливаемой на время транспортирования и после заполнения газом при вводе выключателя в работу.

Электроконтактный сигнализатор давления, установленный на раме выключателя. Сигнализатор давления снабжен устройством температурной компенсации, приводящим показания давления к температуре плюс 20°С, и служит для визуального контроля плотности элегаза (падения давления). Он имеет три пары контактов, разомкнутых при нормальном (рабочем) давлении газа. Первая пара контактов замыкается при снижении давления элегаза до 0, 34 МПа изб., а газовой смеси - до 0, 52 МПа изб., подавая сигнал о необходимости пополнения полюса. Вторая и третья пары контактов замыкаются при давлении элегаза 0, 32 МПа изб., газовой смеси -0, 5 МПа изб., блокируя подачу команды на электромагниты управления.

Достоинства элегазовых выключателей серии ВГТ

• использования в соединениях двойных уплотнений, а также применения «жидкостного затвора» в узле уплотнения подвижного вала. Естественный уровень утечек - не более 0, 5% в течение года - подтверждается испытаниями каждого выключателя на заводе-изготовителе по методике, применяемой в космической технике;
• современные технологические и конструкторские решения и применение надежных комплектующих, в том числе высокопрочных изоляторов зарубежных фирм:

• высокая заводская готовность, позволяющая осуществлять простой и быстрый монтаж выключателей и ввод их в работу.
• высокая коррозионная стойкость покрытий, применяемых для стальных конструкций выключателя.
• высокий коммутационный ресурс, заданный для каждого полюса, в 2-3 раза превосходящий коммутационный ресурс лучших зарубежных аналогов (в расчете на каждый полюс), в сочетании с высоким механическим ресурсом, повышенными сроками службы уплотнений и комплектующих обеспечивают при нормальных условиях эксплуатации не менее чем 25-летний срок службы выключателя до первого ремонта.
• возможность отключения токов нагрузки при потере избыточного давления газа в выключателе.
• отключение емкостных токов без повторных пробоев, низкие перенапряжения.
• низкий уровень шума при срабатывании выключателя, соответствующий высоким природоохранным требованиям[4].

3 ПРАКТИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРОБЛЕМНЫМ ВОПРОСАМ

 

3.1 Повышение надежности транзитной тяговой подстанций

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.