电气设备及主接线的可靠性分析

第四节电气设备和主接线的可靠性分析发电厂增压变电站和电网中的各级变电站是电力系统的重要组成部分。他们的功能是将电力从一个电压级别转换到另一个电压级别，传递电力，享受同一电压级别的连接电路之间的电力收集和分配。发电站和变电站能否完成规定的功能与电线杆布线密切相关。电气主接线的可靠性分析和计算目的如下：(1)通过设备的可靠性数据，分析了计算电气主接线的可靠性，作为电气主接线设计和评估的基础。(2)综合比较不同主接线方案的可靠性指标，作为选择最佳方案的基础，给出了计算结果。(3)为已经运行的主布线找到可能的电源路径，并选择最佳工作方式。(4)寻找主接线的弱点，合理安排维修计划，采取适当的战略。(5)研究可靠性和经济的最佳搭配。分析和计算电气主接线的可靠性时，通常一个电源点为起点，一个二次总线(低压总线)为终点，根据电气装置的可靠性数据应用可靠性理论和方法，建立数学模型，通过数据计算证明电气主接线的可靠性，使设计、运行、维护等更加科学。一、基本概念1.可靠性的含义系统由许多元件组成，在可靠性分析计算中不能再分解元件。但是，根据分析问题，组件与系统相关。在电力系统中，如果系统定义为一个发电站，则构件是指发电站内的电气设备，如发电机、变压器、断路器、母线等。将系统定义为变压器时，元件表示此变压器的主要元件，例如绕组、核心和套管。可靠性定义为组件、设备和系统在规定的条件和预定时间内完成规定功能的概率。可靠性定义为概率，是衡量和计算常用模糊可靠性概念的尺度。对于电力的主布线，即在规定的额定条件和预定时间(如一年)内完成预计功能状态的概率。在此，预先确定的功能可以通过指定一些标准来测量。根据情况和要求，测量主布线完成功能和功能损失的标准可以是保证特定电路或特定电路电源连续性的概率、发电输出保证概率、总线电能质量保证概率等。标准越多，越接近工程的实际情况，其可靠的计划也就越复杂，不能进一步实施。因此，基准的选择取决于发电站容量大小、重要性、与电力系统的连接方式、经济效益等实际情况。目前，在设计主接线时，经常将连续供电和发电输出的概率作为可靠性计算的基础。2.电气设备分类从可靠性的角度来看，电力系统中使用的设备(构件)可以分为可修复构件和不可修复构件两类。如果设备经过一段时间后可以故障维修，恢复到原来的工作状态，那么这种设备就称为断路器、变压器等可恢复组件。由可恢复组件组成的系统称为可恢复系统。电力系统中使用的大多数设备(例如发电机、变压器、断路器、母线和输电线路)属于可修复构件，因此电气主布线也属于可修复系统。设备运行一段时间后出现故障或可以修复，但不经济的情况下，这称为电容器、灯泡等不可恢复组件。包含不可恢复设备的系统称为不可恢复系统。电气设备的运行状态电气设备的运行状态基本上可以分为运行状态(运行或待机)和关闭状态(故障或修复)。可修复组件的寿命过程流程图如图3-15所示。其中，“1”表示启动状态，“0”表示关闭状态，“停止时间TU”和“停止时间TD”均为任意变量，组件运行一段时间TU1后随机出现故障，修复以恢复其功能，TD1小时后重新启动，整个组件的寿命为“启动”、“关闭”等图3-15可恢复组件的状态更改图操作状态也称为启用状态。也就是说，元件可以执行其规定功能的状态。锁定状态再次变为不可用。这意味着组件由于故障而无法执行指定的功能。在不可用性状态下，计划的关闭状态是预定的，强制关闭状态时是随机的，为了简化分析，计划的关闭状态不包括在可靠性研究中。二、可靠性的主要指标1、不可恢复组件的可靠指标不可恢复组件常用的可靠性指标包括可靠性、可靠性、故障率和无错误时间。(1)可靠性。一个组件在预定时间t内和规定条件下执行规定功能的概率称为可靠性，并以R(t)记录。相反，置信度以F(t)表示。他们都是时间的函数。元件的可靠性以概率表示。总共n个相同组件，运行t小时后nf(t)个组件损坏，ns(t)个组件保持不变或(3-48)其中，从格式(3-48)中可以看出，组件的置信度和置信度是概率总和为1的相反事件T=0时，这表明，启动时组件完好无损，稳定，但在任务无限时间后，组件将发生错误(失败)。因此，R(t)表示图3-16所示的可靠性在时间上从1减少到0的情况。图3-16没有可靠性和可靠性(2)可靠性。可靠性函数F(t)表示零部件在小于或等于预定时间t的时间内失败的概率。T=0时R(t)=1，f (t)=0，R(t)=0，F(t)=1。图3-16所示，所述可靠性和可靠性的问题是相同的。正确的(3-48)诱导(3-49)F(t)是不可靠F(t)到时间t的一阶导数，表示单位时间内出现故障的概率，称为故障密度函数(3-50)(3)失败率。缺陷密度函数f(t)与可靠性函数R(t)(称为故障率函数)的比率。他说组件工作到时间t，在t瞬间后的下一个时间间隔内发生错误的条件概率，即(3-51)类型(3-51)表示可靠性、可靠性和故障率之间的关系，可以根据组件的广泛观察统计、R(t)或(3-1)来获取。复合函数的微分定律如下格式(3-51)(3-52)(3-53)由此可见，设备可靠性R(t)是以故障率对时间积分为指数的指数函数的结论非常重要。通过很多测试、长期观察和理论分析，由多个部分组成的设备，故障率的一般形式称为浴缸曲线，如图3-17所示。图3-17设备的一般故障率曲线(a) 初始故障期间；(b)-意外失败期间；(c)-损失失败期间；(d)-指定故障率根据设备的使用寿命，故障率大体分为三个阶段。设备生命周期的初始失败阶段“初始失败期间，随时间变化的失败率”通常是由于设计制造和安装调试的原因造成的，例如设备寿命短的部件、设计上的疏忽和生产过程中的质量问题。这段时间的主要任务是严格执行调试和收购，加强管理，找出不可靠的原因，迅速稳定失败率。初始故障期间结束后进入第二阶段称为意外故障期间。这段时间的障碍是随机的，偶然的失败大部分是由于操作上的食物造成的，所以要严格按照规定适当操作。在此期间，设备故障率低、稳定、大体恒定，是设备最佳的时间段。这段时间的长度称为设备的有效寿命。最后，称为损失故障期间的第三阶段发生在设备寿命结束时，故障率再次上升，导致故障的主要原因是设备特定部件的老化和磨损。预测损失开始时间，如果可以主动、改进、维修或更换，则可以减少上升的故障率，从而延长设备的使用寿命。可维修设备或系统与服务一起，用于在长期意外故障期间延长设备和系统的使用寿命。但是，对于维护费用高、故障多的设备，报废更经济。电力系统的主要设备，如发电机、变压器、断路器、输电线路等，是可维修的组件，通过定期检修，可以在偶发性故障下长时间工作，故障率在浴缸曲线上具有偶发性故障持续时间特性，无论时间如何。=常数因此，对于电力系统和电气设备，可以将样式(3-53)、样式(3-48)和样式(3-49)分别指定为(3-54)(3-55)(3-56)由此可见，电力系统和电气设备的可靠性函数、可靠性函数和缺陷密度函数都具有指数随时间分布的共同特征。(4)平均无故障工作时间。不可修复元件的平均无故障操作时间(Mean time to failure)用符号TU表示MTTF，是元件寿命TU随机变量的数学期望。如果t表示连续随机变量，则f(t)是缺陷密度函数，按预期定义如下(3-57)指数分布，当失败率为常数时(3-58)从格式(3-58)中可以看出，在上述条件下，平均无故障工作时间TU及其设备的故障率相互倒数。故障率为常数时，设备的平均无故障运行时间也是常数。2、可修复组件的可靠性指标由于组件是可恢复的，因此必须在两个方面考虑稳定性：一个具有指示组件故障状态的指示器，另一个具有指示恢复过程的指示器。描述可维修组件可靠性的主要指标包括：(1)可靠性。可靠的R(t)是组件启动时正常运行条件下的时间间隔0，t不出现故障的概率，对于可修复组件，主要集中在从启动到初始故障的时间上。(2)可靠性。可靠性F(t)，也称为故障度，表示组件在启动时良好条件下在时间间隔0，t中出现第一次故障的概率。原件有瞬间t缺陷密度f(t)是组件在t，t期间发生第一次失败的概率(3)失败率。故障率是组件从开始到t状态良好为止在时间t后的单位时间内发生的次数。平均故障率为故障次数/(n*年)(3-59)风格：设备平均故障率(二次/年)；n是运行设备的台湾平均年数。(4)修理率。元件停用状态转换为停用状态，主要依赖维修，表示维修能力的指标是维修率。维修率表示现有维护能力和维修组织承诺的平均单位时间内可以维修设备的表数。和在设备的正常寿命内是恒定的，可以观察和记录同一类型设备的长期运行，并使用数学统计信息获得。在稳定性分析计算中，故障率和维修率通常是已知数据。(5)平均维修时间。“平均维修时间”(Mean Time To Repair)记住MTTR(也称为平均停止时间)，它是使用TD符号对设备的每个连续维护所用时间的平均值，是元件连续停止时间TD随机变量的数学期望。维修率为常数，恢复时间TD符合指数分布时可用(3-60)样式(3-60)表示在上述条件下，平均维修(停止)时间TD和维修速度相互服务。平均停机时间通常是每个故障的平均时间，即平均停止工作时间=错误停止工作时间/失败次数(6)平均运行周期。将可修复元件的“平均失败间隔”(Mean time between failure)简化为MTBF，或将其作为平均执行周期并以TS符号表示时(7)可用性。可用性、效率或常用的a符号表示正常状态子元素或系统正常运行的概率。可用性和可靠性的区别在于，可靠性定义要求组件在时间间隔0，t内连续运行，而可用性级别没有此要求。t小时前，一个组件出现故障，但已修复，如果t小时正常，则可用性有所贡献，可靠性没有贡献，因此您可以更好地了解可恢复组件的有效性。对于可修复元件：对于不可修复元件。由于设备正在长期运行，且寿命处于启动和关闭状态，因此可用级别必须为(3-61)(8)不可用。不可用性，也称为无效，经常使用的符号是可用性的对立事件，表示正常状态子要素或系统失去规定功能而停止的可能性(3-62)组件的不可用性通常是强制停止速率缩写，即FOR=强制停止时间*100%/(运行时强制停止时间)(3-63)(9)故障频率。故障频率表示设备在长期运行条件下每年的平均故障次数，用符号f表示，平均运行周期Ts的倒数，即：(3-64)发电厂200MW发电机的统计数据为故障率=5.68次/年，维修率=350次/年。在稳定状态下寻找发电机的可靠性指标。根据上述可靠性指标计算。可用性包括不可用性包括平均无故障工作时间是(年)平均维修时间为(年)平均执行周期为(年)失败频率如下(第二年/年)3、电气主接线可靠性指标发电厂和变电站的电气主接线由发电机、变压器、断路器、总线和输电线路等组件的组合组成，设备多，连接复杂。各种设备的运行、计划维护和故障排除会影响整个主接线的可靠性。同时，主接线的可靠性标准取决于主接线的功能和在电力系统中的位置。例如，终端变电站具有低压侧总线的可靠性标准。对于中间变电站，可靠性标