Курсовая работа. казанский государственный энергетический университет
 Скачать 111.65 Kb.
|
 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «КГЭУ») Кафедра ЭПП Экз. № УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА по учебной дисциплине Надежность и диагностика систем электроснабжения при выборе оптимальных технических решений МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ Казань 2019 ВВЕДЕНИЕ Система электроснабжения представляет собой сложную систему, состоящую из множества элементов. В такой системе возникновение отказа любого элемента, составляющего систему, или существенное отклонение параметров электроснабжения (частоты, уровня напряжения, мощности и т.д.) может привести не только к ухудшению его качества, но и к полному прекращению электроснабжения потребителей. Что в ряде случаев не допустимо. Цель работы Целью работы является практическое закрепление изучаемого теоретического материала по курсу «Надежность и диагностика систем электроснабжения при выборе оптимальных технических решений», приобретение инженерных навыков расчёта надежности при проектировании электроэнергетических систем и сетей, оценки надежности при эксплуатации кабельных линий, развитие творческих способностей студента при решении конкретной поставленной задачи. Работа представляет собой комплексное задание, включающее в себя как вопросы обзора и оценки существующих моделей надежности систем электроснабжения потребителей, «слабых звеньев» элементов электроэнергетических систем, анализ повреждаемости электрического оборудования электростанций и сетей, анализ методов повышения надежности, расчет и оценка показателей надежности систем электроснабжения, кабельных линий вероятностными, аналитическим и логико-вероятностным методами. Организация выполнения работы Основные требования Работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выдаваемым каждому студенту. Перед началом выполнения курсовой работы необходимо ознакомиться с настоящими методическими указаниями и уяснить содержание индивидуального задания. Прежде, чем начать расчеты, следует повторить соответствующий теоретический материал и методику решения задач, связанных с тематикой работы. Работа сдается на проверку не позднее срока, установленного преподавателем. После проверки работы и устранения возможных ошибок студент осуществляет ее защиту. Требования к оформлению работы Оформление текстовой и графической частей работы должно соответствовать действующим требованиям к текстовым документам и электрическим схемам. Титульный лист и все оформление должно вестись с учетом соответствующих требований ЕСКД. При выполнении и оформлении работы необходимо придерживаться следующей структуры: Титульный лист, на котором указываются название учебного заведения, наименование кафедры, вид выполняемого задания, тема работы, фамилия, инициалы и учебный шифр студента, дата выполнения работы, фамилия и инициалы преподавателя - руководителя работы. Содержание, где указываются наименования разделов и подразделов пояснительной записки работы с указанием номера страницы начала раздела или подраздела. Введение, в котором следует кратко описать влияние надежности элементов и систем на бесперебойность обеспечения потребителей электроэнергии. Результаты выполненных расчетов: техническое задание на проектирование; расчёт структурной надежности системы электроснабжения логиковероятностным методом; оценка надежности кабельных линий с применеием вероятностных моделей надежности. Выводы по результатам расчетов. Библиографический список использованной литературы. Общий объем пояснительной записки работы не должен превышать 20 листов бумаги формата А4. Текст пояснительной записки печатается через полуторный интервал в MS WORD, шрифтом Times New Roman: размер шрифта - 14, форматирование по ширине; левое поле 2,5см, верхнее, нижнее и правое поля - 2 см. Задание на работу Работа состоит из двух частей. Первая часть включает в себя расчет структурной надежности, вторая - оценку надежности кабельных линий с применением вероятностных моделей надежности. В ходе выполнения первой части курсовой работы: определить оценки показателей надежности для элементов системы по данным статистки отказов за период эксплуатации N лет с учетом справочных данных, приведенных в приложениях 1 и 2; логико-вероятностным методом составить структурную схему сети для анализа надежности и определить значения ее показателей; рассчитать и построить график зависимости вероятности безотказной работы системы на L последующих лет эксплуатации, с разбивкой по кварталам; сделать вывод о необходимости и сроках технического обслуживания по критерию минимально допустимого уровня надежности. В ходе выполнения второй части курсовой работы: произвести оценку надежности кабельной линии с использованием тангенса угла диэлектрических потерь и уроня частиичных разрядов, полученных при диагностировании кабельных линий; сделать вывод о степени надежности кабельной линиии и необходимости проведения мероприятий повышения надежности. Примечание: Считать абсолютной надежность источников питания и шин 110кВ и 10кВ. Законы распределения отказов и восстановлений принять экспоненциальными, отказы элементов - независимыми. Для двухцепных ЛЭП учитывать только одновременный отказ 2-х цепей. Пропускная способность всех устройств сети электроснабжения выше максимальной потребляемой нагрузки. Расчет структурной надежности системы электроснабжения Методические указания Из приложений 1 и 2 следует выбрать для заданного номинального напряжения, типов устройств, видов отказов справочные данные по интенсивностям отказов элементов системы электроснабжения. После чего необходимо по статистике отказов устройств подстанции на момент полного «старения» справочных данных уточнить показатели надежности. Для линий электропередачи следует пересчитать справочные данные интенсивности отказов (откл/100 км в год) на фактическую длину ЛЭП. Для анализа и определения значений показателей надежности элементов и подстанции в целом следует применить логико-вероятностный метод построения структурной схемы надежности, как параллельнопоследовательной структуры. Параллельно-последовательная структура надежности дает представление о связи между надежностью системы и надежностью ее элементов. При этом применяется широко известный метод «свертки». Расчет надежности ведется последовательно, начиная от расчета элементарных узлов структуры к ее все более сложным узлам, и сводится к расчету от дельных участков схемы, состоящих из параллельно и последовательно соединенных элементов. При этом группы элементов, соединенные либо параллельно, либо последовательно, объединяются в эквивалентные элементы. Варианты заданий На рисунке 1 показан пример схемы замещения подстанции, для которой необходимо рассчитать показатели структурной надежности.      ПОкВ Oil ЮкВ ПОкВ От2 Рисунок 1. Схема замещения подстанции  На схеме обозначены: 1, 2, 3 - шины питания, В1, В2, В3, - выключатели, причем один из них является воздушным, Л1, Л2 - линии электропередачи, От1, От2, - отделители, Т1, Т2, - трансформаторы. Параметры схемы замещения, данные для расчета и статистика отказов приведены в табл. 4, 5, 6 приложения 1. Вариант задания выбирается по трем последним цифрам учебного шифра студента - XYZ. Код варианта определяется по формуле: NB = X+Y+Z, где XYZ - три последние цифры учебного шифра студента. По вертикали таблицы (координата X) данные объединены в триады, по координатам Y, Z - в группы по два значения. В ячейках Л1, Л2 размерность данных в км, в ячейках ВВ указаны номера воздушных выключателей. Пример расчета Схема замещения подстанции показана на рис. 1. Описание схемы и параметры расчета: длина линий: Л1 = 50 км; Л2 = 200 км. Линия Л2 - двухцепная. выключатели: В1 и В3 - масляные, В2 - воздушный. период эксплуатации N = 5 лет, период прогнозирования L = 2 года. минимально допустимый уровень надежности P доп = 0,9. - все выключатели и отделители включены. По таблицам приложений выбираем только устойчивые отказы. Таблица 1- Исходные данные по элементам схемы
В табл. 1 по данным приложения 1 подготовлена информация для раздела «справочные данные» для схемы замещения и расчетных условий. Здесь жирным шрифтом и курсивом выделены параметры линий, пересчитанные на их конкретную длину Л1: 1.41 •( 50 км/100 км) = 0,71 откл/год; Л2: 0.44^200 км/100 км) = 0,88 откл/год. По данным статистики отказов следует рассчитать оценки интенсивности отказов элементов с учетом временного «старения» справочных данных. При отсутствии данных об отказах, остаются справочные значения. Для расчета оценки интенсивности отказов используем выражение n ^i = (1 _ g) • ^i + g • (—) где g=N/M, N - период эксплуатации, M = N + 15 - полное время «старения» справочных данных, i - номер элемента, n - число отказов i-го элемента за период эксплуатации. В таблице 2 приведены результаты расчетов. Таблица 2.- Результаты расчета оценки интенсивности отказов
Исходя из заданной схемы замещения системы электроснабжения и учитывая все возможные пути от источника к потребителю, составим структурную схему надежности. При этом надо учесть, что объекты генерации и шины 10кВ по условию задачи абсолютно надежны. При составлении схемы для анализа надежности их можно не учитывать, если они не являются элементами связи или ветвления (например - шины 110кВ должны быть введены в структурную схему как узлы ветвления 2 и 3). Для рассматриваемой схемы подстанции структурная схема надежности имеет вид как представлено на рисунке 2.  Рисунок 2. Структурная схема надежности. Для определения, как изменяется функция вероятности безотказной работы во времени, применяем к структурной схеме надежности метод «свертки». Результаты расчетов на заданном периоде эксплуатации с разбивкой по кварталам приведены в табл. 3. Таблица 3- Расчет показателей надежности на двухлетний период эксплуатации
По данным таблицы 3 построим график изменения функции вероятности безотказной работы во времени (рис. 3), оценим необходимость и периодичность технического обслуживания, используя соотношение P(t ) = P доп Из таблицы 3 и графика видно, что указанный критерий нарушается уже во втором квартале 1-го года эксплуатации P(0,25) > Рдоп > P(0,5), Оценка результатов контроля технического состояния кабельных линий с применением вероятностной модели надежности Методические указания Для оценки технического состояния кабеля с бумажно-масляной изоляцией напряжением 0,4 -35 кВ выбрана модель надежности - элемент с параметрическим отказом (ЭПО). ЭПО - есть модель надежности технической системы (изделия), учитывающая физические процессы, происходящие в системе (изделии) при эксплуатации. Модель ЭПО строится следующим образом: Исходя из физических принципов функционирования системы, определяют параметры состояния, которые характеризуют состояние системы. Определяются допустимые пределы изменения параметра состояния. Если параметр состояния в допустимых пределах, то система работоспособна. Параметрами состояния кабелей являются тангенс угла диэлектрических потерь и уровни частичных разрядов, полученные при экспериментальных измерениях. Свойство надежность количественно характеризуется показателем надежности - П. Будем обозначать: П = <Р(А) , где (А - вектор параметров состояния кабеля Функциональная связь между показателем и вектором устанавливается при выборе модели надежности. Если выбрана модель ЭПР и параметр состояния имеет нормальный закон распределения, то     mz max R'( Н m z max СУ СУ ) (1) П = Рп ; Ф = Ф, ® = {mz о }, где Рп - показатель надежности (вероятность безотказной работы), Rb,Rh - верхняя и нижняя границы доверительного интервала параметра состояния z, Ф - функция Лапласса; {mz, о }- математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение параметра состояния соответственно. Параметрами состояния кабельной линии являются уровень частичных разрядов или тангенс угла диэлектрических потерь. Для оценивания параметров и показателей надежности применяются: - точечное оценивание;  А в _ _ применяется метод - интервальное оценивание. Для точечного оценивания вектора параметров максимального правдоподобия (метод наименьших квадратов). Для точечного оценивания показателя надежности Рп применяется метод линеаризации. Для интервального оценивания параметров и показателей надежности применяется приближенный метод интервального оценивания. Точечное оценивание математического ожидания и СКО | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
