電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析

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1、第四節(jié)電氣設(shè)備及主接線的可靠性分析發(fā)電廠的升壓變電站和電力網(wǎng)中的各級(jí)變電站都是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。他們的功能是將電能從一個(gè)電壓等級(jí)變換成另一個(gè)電壓等級(jí)，輸送電能，且在同一電壓等級(jí)的連接回路之間盡享電能匯集和分配。發(fā)電廠和變電站能否完成規(guī)定的功能與電氣主接線有著密切的關(guān)系。對(duì)電氣主接線進(jìn)行可靠性分析計(jì)算的目的，主要有以下兒點(diǎn)：（1）通過設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)來分析計(jì)算電氣主接線的可靠性，作為設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)電氣主接線的依據(jù)。（2）對(duì)不同主接線方案進(jìn)行可靠性指標(biāo)綜合比較，提供計(jì)算結(jié)果，作為選擇最優(yōu)方案的依據(jù)。（3）對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的主接線，尋求可能的供電路徑，選擇最

2、佳運(yùn)行方式。（4）尋找主接線的薄弱環(huán)節(jié)，以便合理安排檢修計(jì)劃和采取相應(yīng)策略。（5）研究可靠性和經(jīng)濟(jì)性的最佳搭配等。分析計(jì)算電氣主接線的可靠性時(shí)，一般假定某一電源點(diǎn)為起點(diǎn)，以某二次母線（低壓母線）為終點(diǎn)，根據(jù)電氣設(shè)備的的可靠性數(shù)據(jù)，應(yīng)用可靠理論和方法，建立數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)據(jù)計(jì)算來論證電氣主接線的可靠性，使設(shè)計(jì)、運(yùn)行、檢修等工作建立在更加科學(xué)的基礎(chǔ)上。一、基本概念1.可靠性的含義系統(tǒng)是由許多元件組成的，在可靠性分析計(jì)算中元件不能再分解。不過元件與系統(tǒng)是相對(duì)的，視分析問題而定。在電力系統(tǒng)中，如果把系統(tǒng)定義為一座發(fā)電廠，那么元件是指發(fā)電廠內(nèi)的電氣設(shè)備，

3、如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器和母線等；如果把系統(tǒng)定義為一臺(tái)變壓器，那么元件是指這臺(tái)變壓器的繞組、鐵芯和套管等主要部件。可靠性定義為元件、設(shè)備和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和預(yù)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。可靠性被定義為一個(gè)概率，使得通常使用的模糊不清的可靠性概念，有了一個(gè)可以測(cè)量及計(jì)算的尺度。對(duì)電氣主接線來講，也就是在規(guī)定的額定條件下和預(yù)定的吋間內(nèi)（例如一年）完成預(yù)期功能狀況的概率。其中預(yù)定的功能可規(guī)定一些判據(jù)來衡量。根據(jù)具體情況和要求，衡量主接線完成功能和喪失功能的判據(jù)可能是保證某回路或某若干回路供電連續(xù)性的概率、保證發(fā)電出力的概率、保證母線電能質(zhì)量的概率

4、等。判據(jù)越多，越接近工程實(shí)際情況，其可靠計(jì)劃也越復(fù)雜，共至無法進(jìn)行。所以，判據(jù)的選擇應(yīng)根據(jù)電廠容量大小、重要程度、與電力系統(tǒng)連接方式以及經(jīng)濟(jì)效益等實(shí)際情況權(quán)衡而定。目前在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，多以保證連續(xù)供電和發(fā)電出力的概率作為可靠性計(jì)算的判據(jù)。1.電氣設(shè)備的分類從可靠性觀點(diǎn)看，電力系統(tǒng)中使用的設(shè)備（元件）可分為可修復(fù)元件和不可修復(fù)元件兩類。如果設(shè)備經(jīng)過一段時(shí)間工作后，發(fā)生了故障，經(jīng)過修理能再次恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，這種設(shè)備就稱為可修復(fù)元件，例如斷路器、變壓器等設(shè)備。由可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)稱為可修復(fù)系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中使用的絕大部分設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、

5、斷路器、母線和輸電線路等都屬于可修復(fù)元件，因此電氣主接線亦屬于可修復(fù)系統(tǒng)。如設(shè)備工作一段時(shí)間后，發(fā)生了故障不能修理，或者雖然能修復(fù)但不經(jīng)濟(jì)，這種設(shè)備就稱為不可修復(fù)元件，例如電容器、電燈泡等。由不可修復(fù)設(shè)備組成的系統(tǒng)稱為不可修復(fù)系統(tǒng)。2.電氣設(shè)備的工作狀態(tài)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，基本上可分為運(yùn)行狀態(tài)C工作或待命）和停運(yùn)狀態(tài)（故障或檢修）兩種。據(jù)統(tǒng)計(jì)一個(gè)可修復(fù)元件的壽命過程流程圖，可通過圖3?15來表示。其中“1”表示運(yùn)行狀態(tài)，'0'表示停運(yùn)狀態(tài)，持續(xù)工作時(shí)間TU和持續(xù)停運(yùn)時(shí)間TD都是隨機(jī)變量，元件運(yùn)行一段時(shí)間TU1后，隨機(jī)地發(fā)生故障，為恢復(fù)其功能進(jìn)行

6、修理，經(jīng)TD1時(shí)間后又投入運(yùn)行，整個(gè)元件的壽命處在“運(yùn)行”、“停運(yùn)”兩種狀態(tài)的交替之中，是一個(gè)循環(huán)過程。圖3-15可修復(fù)元件的狀態(tài)變化圖運(yùn)行狀態(tài)乂稱為可用狀態(tài)，即元件處于可執(zhí)行他的規(guī)定功能的狀態(tài)。停運(yùn)狀態(tài)乂成為不可用狀態(tài)，即元件由于故障處于不能執(zhí)行其規(guī)定功能的狀態(tài)。不可用狀態(tài)中計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)是事先安排的，強(qiáng)迫停運(yùn)狀態(tài)時(shí)隨機(jī)的，為簡(jiǎn)化分析，可靠性研究中不包括計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)。二、可靠性的主要指標(biāo)1、不可修復(fù)元件的可靠指標(biāo)不可修復(fù)元件常用的可靠性指標(biāo)有可靠度、不可靠度、故障率和平均無故障時(shí)間等。(1)可靠度。一個(gè)元件在預(yù)定時(shí)間t內(nèi)和規(guī)定條件下執(zhí)行規(guī)定功能

7、的概率，稱為可靠度，記作R(t).相反，不可靠度用F(t)表示。他們都是時(shí)間的函數(shù)。元件的可靠度是用概率表示的。設(shè)總共有n個(gè)相同元件，運(yùn)行t時(shí)間后，已有nKt)個(gè)元件損壞，還剩m⑴個(gè)元件完好，則有-=1或R⑴+F⑴=1(3-48)nn其中R⑴=,F⑴=11n由式(3-48)可見，元件的可靠度和不可靠度是對(duì)立的事件，其概率之和等于1,所以R⑴=1_FQ)當(dāng)t=0時(shí)，R(t)=1；t=oc,R(F)=0。這說明元件在開始運(yùn)行時(shí)是完好的，可靠度/?(0)=1,但在工作無窮大時(shí)間以后，元件必然發(fā)生故障(失效)，故/?(-)=0,R⑴表示可靠度在時(shí)間上如

8、何從1向0減小的情況，如圖3-16所示。圖3?16可靠度和不可靠度(1)不可靠度。不可靠度函數(shù)F(t)表示元件在小于或等于預(yù)定時(shí)間t發(fā)生故障的概率。由