Надежность электроэнергетических систем. расчетная работа

Надежность и эффективность систем электроэнергетики. Структурная надежность

1

РАСЧЕТЫ СТРУКТУРНОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ

1. СТРУКТУРНО - ЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМ

Конечной целью расчета надежности технических устройств является

оптимизация конструктивных решений и параметров, режимов эксплуатации,

организация технического обслуживания и ремонтов. Поэтому уже на ранних

стадиях проектирования важно оценить надежность объекта, выявить

наиболее ненадежные узлы и детали, определить наиболее эффективные меры

повышения показателей надежности. Решение этих задач возможно после

предварительного структурно - логического анализа системы

электроснабжения (СЭС).

Большинство технических объектов, в том числе СЭС, являются

сложными системами, состоящими из отдельных узлов, деталей, агрегатов,

устройств контроля, управления и т.д. Техническая система (ТС) -

совокупность технических устройств (элементов), предназначенных для

выполнения определенной функции или функций. Соответственно, элемент -

составная часть системы.

Расчленение ТС на элементы достаточно условно и зависит от

постановки задачи расчета надежности. Например, при анализе

работоспособности технологической линии ее элементами могут считаться

отдельные установки и станки, транспортные и загрузочные устройства и т.д.

В свою очередь, станки и устройства также могут считаться техническими

системами и при оценке их надежности должны быть разделены на элементы

- узлы, блоки, которые, в свою очередь - на детали и т.д.

При определении структуры ТС в первую очередь необходимо оценить

влияние каждого элемента и его работоспособности на работоспособность

системы в целом. С этой точки зрения целесообразно разделить все элементы

на четыре группы:

1. Элементы, отказ которых практически не влияет на

работоспособность системы (например, деформация кожуха, изменение

окраски поверхности и т.п.).

2. Элементы, работоспособность которых за время эксплуатации

практически не изменяется и вероятность безотказной работы близка к

единице (корпусные детали, малонагруженные элементы с большим запасом

прочности).

3. Элементы, ремонт или регулировка которых возможна при работе

изделия или во время планового технического обслуживания (наладка или

замена технологического инструмента оборудования, настройка частоты

селективных цепей и т.д.).

4. Элементы, отказ которых сам по себе или в сочетании с отказами

других элементов приводит к отказу системы.

Очевидно, при анализе надежности ТС имеет смысл включать в рас-

смотрение только элементы последней группы.

Надежность и эффективность систем электроэнергетики. Структурная надежность

2

Для расчетов параметров надежности удобно использовать структурно

- логические схемы надежности ТС, которые графически отображают

взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом.

Структурно - логическая схема представляет собой совокупность ранее

выделенных элементов, соединенных друг с другом последовательно или

параллельно. Критерием для определения вида соединения элементов

(последовательного или параллельного) при построении схемы является

влияние их отказа на работоспособность ТС.

Последовательным (с точки зрения надежности) считается соединение,

при котором отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (рис. 1,

а).

Параллельным (с точки зрения надежности) считается соединение, при

котором отказ любого элемента не приводит к отказу системы, пока не

откажут все соединенные элементы (рис. 1, б).

а) б)

Рис. 1. Виды соединения элементов:

а) последовательное; б) параллельное

Определенная аналогия здесь прослеживается с цепью, составленной из

проводящих элементов (исправный элемент пропускает ток, отказавший не

пропускает), т.е. работоспособному состоянию ТС соответствует возможность

протекания тока от входа до выхода цепи.

Примером последовательного соединения элементов структурно –

логической схемы может быть СЭС, в которой последовательно

осуществляется производство и преобразование выходного сигнала

генератора в высокое напряжение, передача и преобразование напряжения для

электроприемника. Если же на некоторых участках линии, или пути сигнала,

предусмотрена одновременная обработка на нескольких единицах

оборудования, то такие элементы (единицы оборудования) могут считаться

соединенными параллельно.

Однако не всегда структурная схема надежности аналогична

конструктивной или электрической схеме расположения элементов.

Например, подшипники на валу редуктора работают конструктивно

параллельно друг с другом, однако выход из строя любого из них приводит к

отказу системы. Аналогично действие индуктивности и емкости

параллельного колебательного контура в селективных каскадах СЭС.

Надежность и эффективность систем электроэнергетики. Структурная надежность

3

Указанные элементы с точки зрения надежности образуют

последовательное соединение.

Кроме того, на структуру схемы надежности может оказывать влияние

и вид возникающих отказов. Например, в электрических системах для

повышения надежности в ряде случаев применяют параллельное или

последовательное соединение коммутирующих элементов (таблица 1). Отказ

таких изделий может происходить по двум причинам: обрыва (т.е.

невозможности замыкания цепи) и замыкания (т.е. невозможности разрыва

соединения). В случае отказа типа “обрыв” схема надежности соответствует

электрической схеме системы (при “обрыве” любого коммутатора при

последовательном их соединении возникает отказ, при параллельном – все

функции управления будет выполнять исправный коммутатор). В случае

отказа типа “замыкание” схема надежности противоположна электрической (в

параллельном включении утратится возможность отключения тока, а в

последовательном - общего отказа не происходит)